(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスに感応する半導体物質を加熱手段により傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、前記半導体物質に直列接続され、かつ少なくとも複数の所定の抵抗値に調整される既知抵抗と、
前記半導体物質と既知抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、
前記既知抵抗の負荷電圧をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、前記電源手段の出力電圧をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記電源手段の電圧を検出する回路電圧検出手段と、
前記第１のＡ／Ｄ変換器にデジタル変換可能な範囲の電圧が印加されるように前記既知抵抗を選択する抵抗切換手段と、
当該半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗値を抵抗比として正規化したデータを格納した検量線データ記憶手段と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換器からの信号により、前記半導体物質に接続された前記既知抵抗の電圧と前記電源回路の電圧とに基づいて前記半導体物質の基準状態での前記既知抵抗に対する抵抗比と前記データとに基づいてガス濃度を算出するガス濃度演算手段とを備え、
前記ガス濃度演算手段は、既知濃度に対する前記検量線における抵抗比とセンサ個体ごとの抵抗比との差が係数として設定されており、前記係数を乗算してガス濃度を算出することを特徴とする半導体ガスセンサー式ガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスに感応する半導体物質をヒータ等の加熱手段により傍熱的に加熱して半導体物質の負荷電圧を出力信号とするガス濃度測定装置、より詳細には感度調整技術に関する関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスに感応する半導体物質を加熱手段により傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーは、通常、半導体物質を負荷抵抗を介して基準電源に接続し、ガスの濃度により変化する半導体物質の抵抗を負荷抵抗の端子電圧として検出するように回路構成されて使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体物質は、その微粉末を液に懸垂させた状態で基体に滴下して焼成して形成される関係上、半導体物質層の厚み等のばらつきによりセンサーによっては基準状態での抵抗値が１０倍以上も異なる場合がある。
このようなセンサーは、通常、負荷抵抗と直列に接続され、負荷抵抗の抵抗値を調整して感度補正を行いつつ、負荷抵抗の電圧に基づいてガス濃度を検出することが行われている。
しかしながら、ガス濃度が高くなると、単位ガス濃度当りの電圧変化が小さくなるため、測定範囲を複数の領域、通常１０程度の領域に分割して、それぞれの領域に対応する検量データを用意して測定精度の向上を図ることが行われている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、同一ロットで製造された半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗値の変化が同一の指数関数に基づくことに着目して、広い濃度範囲を単一の検量線データで測定することができるガス濃度測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解消するために本発明においては、ガスに感応する半導体物質を加熱手段により傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、前記半導体物質に直列接続され、かつ少なくとも複数の所定の抵抗値に調整される既知抵抗と、
前記半導体物質と既知抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、
前記既知抵抗の負荷電圧をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、前記電源手段の出力電圧をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記電源手段の電圧を検出する回路電圧検出手段と、
前記第１のＡ／Ｄ変換器にデジタル変換可能な範囲の電圧が印加されるように前記既知抵抗を選択する抵抗切換手段と、
当該半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗値を抵抗比として正規化したデータを格納した検量線データ記憶手段と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換器からの信号により、前記半導体物質に接続された前記既知抵抗の電圧と前記電源回路の電圧とに基づいて前記半導体物質の基準状態での前記既知抵抗に対する抵抗比と前記データとに基づいてガス濃度を算出するガス濃度演算手段とを備え、
前記ガス濃度演算手段は、既知濃度に対する前記検量線における抵抗比とセンサ個体ごとの抵抗比との差が係数として設定されており、前記係数を乗算してガス濃度を算出するようにした。
【０００５】
【作用】
半導体ガスセンサーの抵抗値とガス濃度とは指数関数の関係にあり、センサー個々の間での基準状態での抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比も同一となるから、基準状態での抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比を検量線データとすることにより、検量線データを共通化できる。
【０００６】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すものであって、ヒータコイル１と、これとは電気的に分離され、かつ熱伝導関係を形成するようにガス感応半導体物資２を配置して構成された傍熱型半導体ガスセンサー３は、ヒータコイル１を電源回路５に接続し、また半導体物質２の一端を後述する可変抵抗器４に、他端を電源回路５の正極出力端子に接続されている。
【０００７】
可変抵抗器４は、複数の固定抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ４と、電子スイッチＳ１〜Ｓ４とを直列接続して、抵抗選択手段６からの信号により電子スイッチＳ１〜Ｓ４をＯＮ・ＯＦＦ制御することにより所定の抵抗値となるように構成されている。
【０００８】
また可変抵抗器４は、前置増幅器７を介して第１のアナログーデイジタル変換器８に接続され、デジタル信号に変換されて入力レベル判定手段９、及びガス濃度演算手段１０に入力している。
また電源回路５の出力端子は、第２のアナログーデイジタル変換器１１に接続され、デジタル信号に変換されて回路電圧演算手段１２により算出された電源電圧のデータがガス濃度演算手段１３に入力している。
【０００９】
ガス濃度演算手段１３は、第１、第２アナログーデイジタル変換器８、１１からの電圧データと、可変抵抗器４の抵抗値に基づいてセンサー３の抵抗値を算出し、規定濃度での抵抗値との比と、検量線データ記憶手段１４に格納されている濃度対抵抗比のデータに基づいてガス濃度を算出し、表示器１６に出力する。
【００１０】
検量線データ記憶手段１４は、表１に示したように既知のガス濃度Ｄ１、Ｄ２‥‥と、この濃度でのセンサー３の抵抗を正規化した値Ｃ１、Ｃ２、‥‥とを、値Ｃ１、Ｃ２、‥‥に基づいてアクセスできるように格納して構成されている。すなわち、既知の状態、例えばクリーンエア環境下でのガスセンサーの抵抗Ｒ0と、既知濃度Ｄ１、Ｄ２、‥‥における抵抗Ｒ１、Ｒ２、‥‥との比、Ｒ１／Ｒ０、Ｒ２／Ｒ０、‥‥が格納されている。
【００１１】
【表１】
0004150803.tif 000002
【００１２】
この実施例において、装置に電源を投入すると、第１のアナログーデイジタル変換器８から可変抵抗器４の現在選択されている既知抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、‥‥による負荷電圧のデータがレベル判定手段９に入力する。抵抗切換手段１５は、レベル判定手段９と検量線データ記憶手段１４とのデータに基づいて、第１のアナログーデイジタル変換器８に入力するアナログ電圧が、変換器８の変換可能範囲となるようにスイッチＳ１〜Ｓ４により可変抵抗器４のいずれか既知抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、‥‥を選択して抵抗値を調整する。
【００１３】
このような状態で、被検ガスがセンサー３に流れ込むと、センサー３の抵抗値がガス濃度に対応して変化する。ガス濃度演算手段１３は、第２アナログーデイジタル変換器１１からの電圧データと、可変抵抗器４の抵抗値に基づいてセンサー３の抵抗値Ｒｘを算出し、当該センサー３の基準状態での抵抗値Ｒ０との比Ｒｘ／Ｒ０と、検量線データ記憶手段１４の抵抗比対濃度のデータに基づいてガス濃度を算出する。
【００１４】
ところで、図２（イ）に示したように半導体ガスセンサーの抵抗値とガス濃度の指数関数の関係にあるから、センサーＡとセンサーＢとで基準状態での抵抗値にばらつきが存在するとしても、ガス濃度に対する抵抗の変化率はほぼ同一である。したがって、それぞれのセンサーＡ、Ｂの基準状態での抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比は、やはり図２（ロ）に示したように変化率はほぼ同一となる。
このことから、差分ΔＣに相当する値を係数としてガス濃度演算手段１３で乗算すれば、半導体物質２の抵抗値のばらつきに関わりなく、センサー３の特性を揃えることが可能となる。
【００１５】
すなわち、既知濃度のガスにより差分ΔＣに相当する係数を、パネルスイッチ等からガス濃度検出手段１３に設定することにより、センサー３のばらつき、すなわち抵抗値のばらつきに関わりなく少ない種類の検量線データで広い濃度範囲のガスを正確に測定することができる。
【００１６】
なお、上述の実施例においては、可変抵抗器の抵抗を離散的に変更するようにしているが、調整後の抵抗値が高い精度で判明する場合には連続的に変化させるようにしても同様の作用を奏することは明らかである。
【００１７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、半導体ガスセンサーの基準状態に対する抵抗比に基づいてガス濃度を算出するようにしたので、センサーの出力信号のばらつきに関わり無く、少ない種類の検量線データにより、広い濃度範囲を、高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図（イ）（ロ）は、それぞれ同上装置の動作を示す線図である。
【符号の説明】
１  ヒータコイル
２  ガス感応半導体物資
３  半導体ガスセンサー
４  可変抵抗器
【図１】
0004150803.tif 000003
【図２】
0004150803.tif 000004