(57)【要約】【課題】１つのガスセンサによって広範囲の濃度測定を行う。【解決手段】可燃性ガスとの反応性があるガス濃度検知素子４０と前記可燃性ガスとの反応性がなく且つ可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する温度補償素子５０とで形成された低濃度用ブリッジ回路２０によって可燃性ガスの濃度を測定するガス濃度測定回路体１０において、可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、切替手段２６によりガス濃度検知素子４０と参照抵抗器２５とを切り替え、温度補償素子５０と参照抵抗器２５とによって高濃度用ブリッジ回路２３を構成して可燃性ガスの濃度を測定する。【選択図】図１
2009103605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスとの反応性があるガス濃度検知素子、及び、前記可燃性ガスとの反応性がない温度補償素子、を備え、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含むブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度を測定するためのガス濃度測定回路体において、
前記ガス濃度検知素子と切り替えることにより前記温度補償素子とともに高濃度用ブリッジ回路を形成するように配設された、前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化しない参照抵抗器と、
前記ブリッジ回路の前記中間点電位差に基づいて測定した前記可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、前記温度補償素子と前記参照抵抗器とによって前記高濃度用ブリッジ回路を形成するように、前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替えるための切替手段と、を有し、
前記切替手段によって前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替えたときに、前記高濃度用ブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記切替濃度しきい値を超える前記可燃性ガスの濃度測定が可能なように、前記温度補償素子が前記可燃性ガスの濃度に応じてその抵抗値を変化させる特性を有する
ことを特徴とするガス濃度測定回路体。
【請求項２】
前記切替手段が、前記高濃度ブリッジ回路によって測定された前記可燃性ガスの濃度が前記切替濃度しきい値以下になったときに、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含む前記ブリッジ回路を形成するように、前記参照抵抗器を前記ガス濃度検知素子に切り替えるための手段であることを特徴とする請求項１に記載されたガス濃度測定回路体。
【請求項３】
可燃性ガスとの反応性があるガス濃度検知素子、及び、前記可燃性ガスとの反応性がなく且つ前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する温度補償素子、を備え、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含むブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度測定を行い、そして、前記ガス濃度検知素子と切り替えることにより前記温度補償素子とともに高濃度用ブリッジ回路を形成するように配設され且つ前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化しない参照抵抗器を、さらに備えたガス濃度測定回路体において用いられるガス濃度測定方法であって、
前記ブリッジ回路の前記中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度を測定する第１工程と、
前記第１工程で測定した前記可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、前記温度補償素子と前記参照抵抗器とを含む前記高濃度用ブリッジ回路を形成するように、前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替える第２工程と、
前記高濃度用ブリッジ回路の中間点電位差に基づいて、前記切替濃度しきい値を超える前記可燃性ガスの濃度を測定する第３工程と、
を有することを特徴とするガス濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスの濃度測定に用いられるガス濃度測定回路体及びガス濃度測定回路体で用いられる濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可燃性ガスの濃度測定においては、低濃度から高濃度までの広範囲にわたる濃度への対応が要請されている。その一方で、濃度測定に一般的に用いられる接触燃焼式ガスセンサにおいては、高精度の測定が可能であるものの、測定時に触媒によって測定対象ガスを燃焼（即ち、反応）させるので、測定対象ガスへの引火を避けるために、爆発下限界より低い濃度である低濃度領域での測定しかできず、また、熱伝導式ガスセンサにおいては、測定時に測定対象ガスが燃焼しないので広範囲の濃度測定が可能であるものの、分解能が低いために低濃度領域では十分な精度の測定ができず、これらの理由により、単一のガスセンサを備える回路体（即ち、ガスセンサユニット）では広範囲の濃度測定ができなかった。そして、この要請に対応するべく、ガスセンサユニットに低濃度領域用の接触燃焼式ガスセンサ、及び、高濃度領域用の熱伝導式ガスセンサを実装することで広範囲の濃度測定に対応した燃焼性ガス検知器が特許文献１において提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２０７８７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の燃焼性ガス検知器では、広範囲の濃度測定が可能であるものの、２つの異なるガスセンサを実装することから、部品数の増加による回路規模の増大及びコストの上昇という問題があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、複数のセンサを実装することなく、１つのガスセンサによって広範囲の濃度測定に対応可能なガス濃度測定回路体及びこのガス濃度測定回路体で用いられるガス濃度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、可燃性ガスとの反応性があるガス濃度検知素子、及び、前記可燃性ガスとの反応性がない温度補償素子、を備え、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含むブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度を測定するためのガス濃度測定回路体において、前記ガス濃度検知素子と切り替えることにより前記温度補償素子とともに高濃度用ブリッジ回路を形成するように配設された、前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化しない参照抵抗器と、前記ブリッジ回路の前記中間点電位差に基づいて測定した前記可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、前記温度補償素子と前記参照抵抗器とによって前記高濃度用ブリッジ回路を形成するように、前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替えるための切替手段と、を有し、前記切替手段によって前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替えたときに、前記高濃度用ブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記切替濃度しきい値を超える前記可燃性ガスの濃度測定が可能なように、前記温度補償素子が前記可燃性ガスの濃度に応じてその抵抗値を変化させる特性を有することを特徴とするガス濃度測定回路体である。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記切替手段が、前記高濃度ブリッジ回路によって測定された前記可燃性ガスの濃度が前記切替濃度しきい値以下になったときに、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含む前記ブリッジ回路を形成するように、前記参照抵抗器を前記ガス濃度検知素子に切り替えるための手段であることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、可燃性ガスとの反応性があるガス濃度検知素子、及び、前記可燃性ガスとの反応性がなく且つ前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する温度補償素子、を備え、前記ガス濃度検知素子と前記温度補償素子とを含むブリッジ回路の中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度測定を行い、そして、前記ガス濃度検知素子と切り替えることにより前記温度補償素子とともに高濃度用ブリッジ回路を形成するように配設され且つ前記可燃性ガスの濃度に応じて抵抗値が変化しない参照抵抗器を、さらに備えたガス濃度測定回路体において用いられるガス濃度測定方法であって、前記ブリッジ回路の前記中間点電位差に基づいて前記可燃性ガスの濃度を測定する第１工程と、前記第１工程で測定した前記可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、前記温度補償素子と前記参照抵抗器とを含む前記高濃度用ブリッジ回路を形成するように、前記ガス濃度検知素子を前記参照抵抗器に切り替える第２工程と、前記高濃度用ブリッジ回路の中間点電位差に基づいて、前記切替濃度しきい値を超える前記可燃性ガスの濃度を測定する第３工程と、を有することを特徴とするガス濃度測定方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載された発明によれば、可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値を超えたときに、可燃性ガスとの反応性がない温度補償素子と参照抵抗器とを含む高濃度用ブリッジ回路によって可燃性ガスの濃度測定を行うことから、例えば、切替濃度しきい値を可燃性ガスの爆発下限界より小さく設定することで、可燃性ガスの濃度がその爆発下限界濃度以上の範囲にあるときでも、可燃性ガスを爆発させることなくその濃度測定を行うことができる。そのため、複数のセンサを実装することなく、１組のガスセンサによって、広範囲の濃度測定を行うことができ、部品数の増加による回路規模の増大及びコストの上昇を回避することができる。
【０００９】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載された発明の効果に加えて、可燃性ガスの濃度が予め定められた切替濃度しきい値以下になったときに、ガス濃度検知素子と温度補償素子とを含むブリッジ回路によって可燃性ガスの濃度測定を行うことから、例えば、可燃性ガスの濃度が切替濃度しきい値を超えたあと、該切替濃度しきい値以下に戻ったときに、再度、ガス濃度検知素子による可燃性ガスの濃度測定を行うことができるため、ガス濃度検知素子及び温度補償素子それぞれに適した濃度範囲の測定を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載された発明によれば、ブリッジ回路の中間点電圧に基づいて測定した可燃性ガスの濃度が切替濃度しきい値を超えたときに、温度補償素子と参照抵抗器とを含む高濃度用ブリッジ回路を形成し、可燃性ガスとの反応性がない温度補償素子及び参照抵抗器からなる高濃度用ブリッジ回路によって可燃性ガスの濃度測定を行うことから、例えば、切替濃度しきい値を可燃性ガスの爆発下限界より小さく設定することで、可燃性ガスの濃度がその爆発下限界濃度以上の範囲にあるときでも、可燃性ガスを爆発させることなくその濃度測定を行うことができる。そのため、複数のセンサを実装することなく、１組のガスセンサによって、広範囲の濃度測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るガス濃度測定回路体を備えた水素ガス用ガス漏れ警報器の一実施形態について、図１〜図５の図面を参照して以下に説明する。
【００１２】
水素ガス用ガス漏れ警報器（以下、警報器）１は、水素ガス（請求項の可燃性ガスに相当）の濃度を測定してそれを表示し、また、水素濃度が予め定められた警報濃度を超えたときに利用者に対して警報を行う装置であり、図１に示すように、ガスセンサユニット１０と、制御装置６０と、を備えている。
【００１３】
ガスセンサユニット１０は、請求項のガス濃度測定回路体に相当し、固定抵抗器２１、固定抵抗器２２、参照抵抗器２５と、切替スイッチ２６と、センサ部３０と、が実装された数ｃｍ角程度の既存の小形プリント基板である。なお、ガスセンサユニット１０は、本発明に係る回路が実現できるものであれば、プリント基板以外のものを用いてもよく、そのサイズも任意である。
【００１４】
また、ガスセンサユニット１０は、切替スイッチ２６によって互いに切替可能な低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３を備えている。
【００１５】
低濃度用ブリッジ回路２０は、請求項のブリッジ回路に相当し、固定抵抗器２１、２２、と、センサ部３０が備えるガス濃度検知素子４０及び温度補償素子５０と、によって構成された、既知のホイートストンブリッジ回路である。
【００１６】
高濃度用ブリッジ回路２３は、固定抵抗器２１、２２と、センサ部３０が備える温度補償素子５０と、参照抵抗器２５と、によって構成された、既知のホイートストンブリッジ回路である。つまり、低濃度用ブリッジ回路２０と高濃度用ブリッジ回路２３とでは、ガス濃度検知素子４０及び参照抵抗器２５以外の部品を共用しており、切替スイッチ２６によってガス濃度検知素子４０と参照抵抗器２５とを切り替えることにより、低濃度用ブリッジ回路２０と高濃度用ブリッジ回路２３とを切り替えている。
【００１７】
固定抵抗器２１及び固定抵抗器２２は、例えば、既存の表面実装タイプの小形固定抵抗器が用いられ、また、本実施形態において、固定抵抗器２１及び固定抵抗器２２には、抵抗値が同値のものが用いられている。なお、固定抵抗器２１及び固定抵抗器２２の少なくとも一方を可変抵抗器とし、若しくは、固定抵抗器２１及び固定抵抗器２２の少なくとも一方に直列に可変抵抗器を接続し、その抵抗値を変化させて、各ブリッジ回路のゼロ点調整に用いてもよく、また、表面実装タイプ以外の抵抗器を用いてもよい。
【００１８】
センサ部３０は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ (微小電子機械システム)）技術を用いて、超小型に形成された１辺数ｍｍの接触燃焼式ガスセンサであり、水素と反応して生じる燃焼熱に応じてその濃度を測定するためのガス濃度検知素子４０と、ガス濃度検知素子４０の温度補償を行うための温度補償素子５０と、を有している。
【００１９】
また、センサ部３０は、図２に示すように、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶からなり且つ異方性エッチングにより形成された凹部３１ａ、３１ｂを有するシリコン基板３１と、シリコン基板３１の上面部に順次積層して形成された二酸化シリコン層３２、窒化シリコン層３３、酸化ハフニウム層３４と、で構成され、そして、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０とが、熱容量を小さくして感度を向上させるために設けられた凹部３１ａ、３１ｂの上部に位置する二酸化シリコン層３２、窒化シリコン層３３、酸化ハフニウム層３４とからなる薄膜状のダイヤフラム３５ａ、３５ｂの上面部に配設されている。
【００２０】
ガス濃度検知素子４０は、水素ガス中に置かれ、通電により発熱することで自身が備える触媒が水素と反応し、その反応熱に応じて抵抗値が変化する接触燃焼式センサ素子であり、図２に示すように、検知ヒータ部４１と、触媒焼結体４２と、からなる。
【００２１】
検知ヒータ部４１は、スパッタリングによって酸化ハフニウム層３４の上面部に形成された白金層を、フォトリソグラフ及びエッチングにより型抜きして形成された抵抗体であり、つづら折れ状に形成された測温部４１ａ、及び、検知ヒータ部４１を低濃度用ブリッジ回路２０に接続するための端子４１ｂ、４１ｃとからなる。そして、通電されることにより発熱してその周囲を覆う触媒焼結体４２を加熱するものであり、また、熱により自らの抵抗値が変化する性質を有している。なお、本実施形態では、検知ヒータ部４１の材料として白金を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、タングステンなどの、抵抗温度係数が大きく、高温まで安定な金属又は化合物であればどのようなものを用いても良い。
【００２２】
触媒焼結体４２は、パラジウム合金からなる触媒を担持したアルミナ粉体のペーストを、測温部４１ａに覆い被せるように半球状に配設したのち、７００℃程度の熱で焼成して形成したものであり、検知ヒータ部４１によって加熱され、水素と接触することによって、接触した水素を燃焼（即ち、反応）させるものである。そして、この燃焼による熱によって、検知ヒータ部４１の抵抗値が、可燃性ガスの濃度に応じて変化する。
【００２３】
温度補償素子５０は、ガス濃度検知素子４０と同様に水素ガス中に置かれて通電されることで、ガス濃度検知素子４０の温度補償を行うための素子であり、つまり、ガス濃度検知素子４０の有する触媒による燃焼熱に応じた抵抗値の変化分のみ取り出すために用いられる。温度補償素子５０は、図２に示すように、補償ヒータ部５１と、焼結体５２と、からなる。
【００２４】
補償ヒータ部５１は、検知ヒータ部４１と同一の構成になるように形成されており、スパッタリングによって酸化ハフニウム層３４の上面部に形成された白金層を、フォトリソグラフ及びエッチングにより型抜きして形成された抵抗体であり、つづら折れ状に形成された測温部５１ａ、及び、補償ヒータ部５１を低濃度用ブリッジ回路２０（又は、高濃度用ブリッジ回路２３）に接続するための端子５１ｂ、５１ｃとからなる。そして、通電されることにより発熱してその周囲を覆う焼結体５２を加熱するものであり、また、熱により自らの抵抗値が変化する性質を有している。
【００２５】
焼結体５２は、アルミナ粉体のペーストを、測温部５１ａに覆い被せるように半球状に配設したのち、７００℃程度の熱で焼成して形成したものであり、補償ヒータ部５１によって加熱されるものである。そして、焼結体５２においては、触媒を有しないため、触媒反応による水素の燃焼が生じない。
【００２６】
なお、温度補償素子５０は、温度補償の精度を高めるため、焼結体５２が水素と反応する触媒を有していないこと以外はガス濃度検知素子４０と材料及び形状が同一にされている。つまり、水素（ガス濃度検知素子４０の触媒に反応するガス）が含まれない雰囲気中で、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０とに同様に電圧を印加したとき、それぞれの触媒焼結体４２及び焼結体５２の表面温度が同一になる。また、温度補償素子５０は、水素濃度に応じて発熱が奪われることによりその抵抗値が変化する特性を有する、熱伝導式センサ素子としても動作する。また、本実施形態では、触媒焼結体４２及び焼結体５２を半球状としているが、この形状に限定するものではなく、例えば、立方体や平板形状など、触媒焼結体４２と焼結体５２とが同じ形で、且つ、測温部４１ａ、５１ａ上に配置されているものであれば、それら形状は任意である。
【００２７】
参照抵抗器２５は、例えば、固定抵抗器２１、２２と同様の既存の表面実装タイプの固定抵抗器が用いられており、切替スイッチ２６によってガス濃度検知素子４０と切り替えられることにより高濃度用ブリッジ回路２３を構成するものである。また、参照抵抗器２５は、水素と反応せず、温度によって抵抗値が変化しないので、ガス濃度検知素子４０及び温度補償素子５０とともに水素ガス中に置かれても、水素ガスに引火することなく、濃度測定に悪影響を与える特性の変化もない。
【００２８】
切替スイッチ２６は、請求項の切替手段に相当し、制御装置６０からの切替要求信号Ｓに応じて、ガス濃度検知素子４０と参照抵抗器２５とを切り替えるものであり、端子ａ−ｂ間を接続したときはガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０による低濃度用ブリッジ回路２０を構成し、端子ａ−ｃ間を接続したときは温度補償素子５０と参照抵抗器２５とによる高濃度用ブリッジ回路２３を構成する、既存の単極双投型アナログスイッチである。
【００２９】
低濃度用ブリッジ回路２０は、ガス濃度検知素子４０と固定抵抗器２１とが、端子ａ−ｂ間を接続した切替スイッチ２６を介して直列に接続され、これらに対して並列になるように、温度補償素子５０と固定抵抗器２２とが直列に接続され、そして、固定抵抗器２１と固定抵抗器２２との接続部Ｐ１が電圧印加部６８に接続され、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０との接続部Ｐ２が接地電位ＧＮＤに接続されて構成されている。そして、低濃度用ブリッジ回路２０は、接触燃焼式の濃度測定回路として動作し、切替スイッチ２６と固定抵抗器２１との接続部Ｐ３、及び、温度補償素子５０と固定抵抗器２２との接続部Ｐ４、との電位差（即ち、中間点電位差）Ｖｄを、水素ガスの濃度に応じて出力する。
【００３０】
高濃度用ブリッジ回路２３は、参照抵抗器２５と固定抵抗器２１とが、端子ａ−ｃ間を接続した切替スイッチ２６を介して直列に接続され、これらに対して並列になるように、温度補償素子５０と固定抵抗器２２とが直列に接続され、そして、固定抵抗器２１と固定抵抗器２２との接続部Ｐ１が電圧印加部６８に接続され、参照抵抗器２５と温度補償素子５０との接続部Ｐ２が接地電位ＧＮＤに接続されて構成されている。そして、高濃度用ブリッジ回路２３は、熱伝導式の濃度測定回路として動作し、切替スイッチ２６と固定抵抗器２１との接続部Ｐ３、及び、温度補償素子５０と固定抵抗器２２との接続部Ｐ４、との電位差（即ち、中間点電位差）Ｖｄを、水素ガスの濃度に応じて出力する。
【００３１】
制御装置６０は、マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）６１と、表示部６６と、警報部６７と、電圧印加部６８と、を備えている。
【００３２】
ＭＰＵ６１は、周知のように、予め定められたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）６２と、ＣＰＵ６２のためのプログラム及び制御データ等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ６３と、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ６２の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６４と、低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３の中間点電位差Ｖｄを計測するために接続部Ｐ３及び接続部Ｐ４の電圧が入力されるＡ／Ｄ変換器並びに切替スイッチ２６及び電圧印加部６８の制御信号を送出する出力ポート等を備えるＩ／Ｏ部（図示なし）と、からなる。また、ＲＯＭ６３には、制御データとして、切替スイッチ２６を切り替える条件である切替濃度しきい値、濃度異常を警報する異常濃度しきい値、及び、中間点電位差Ｖｄから水素濃度を求めるための濃度変換テーブル等が格納される。また、ＭＰＵ６１は、Ｉ／Ｏ部に接続された表示部６６、警報部６７、及び、電圧印加部６８、との間で制御信号等の入出力を行う。
【００３３】
そして、制御装置６０のＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６３に格納されたプログラムに基づいて、低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３の中間点電位差Ｖｄからガス濃度を求める濃度測定手段、濃度測定手段が測定した濃度とＲＯＭ６３に格納された切替濃度しきい値とを比較判定する濃度判定手段、及び、濃度判定手段の判定に基づいて切替スイッチ２６を切り替えるスイッチ切替手段、として動作するものである。
【００３４】
表示部６６は、利用者に対して濃度情報を表示するための部位であり、例えば、英数字表示を行うための既存のキャラクタ表示ＬＣＤ等が用いられ、ＭＰＵ６１のＩ／Ｏ部に接続されることにより、ＣＰＵ６２から送出されるガス濃度を示す信号に応じて、利用者がガス濃度を視認できるように、ガス濃度を数値表示するものである。
【００３５】
警報部６７は、利用者に対して危険を警報するための部位であり、例えば、既存の圧電ブザー等が用いられ、ＭＰＵ６１のＩ／Ｏ部に接続されることにより、ＣＰＵ６２から送出される危険濃度に達したことを示す信号に応じて、利用者に対して、水素濃度が危険濃度に達したことを警報する警報音を鳴動するものである。なお、警報部６７として、警報音を鳴動するブザー等以外にも、例えば、警報メッセージが格納された音声ＩＣ及び該警報メッセージを出力するスピーカ等で構成された、音声により危険濃度を通知する音声警報ユニット等を用いてもよい。
【００３６】
電圧印加部６８は、低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３に対して、濃度測定に適切な電圧を印加するための部位であり、例えば、制御装置６０の動作電源とは異なる直流電源、及び、該直流電源を低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３に接続又は切断するためのパワーＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。また、電圧印加部６８は、ＭＰＵ６１から送出される制御信号に基づいて、低濃度用ブリッジ回路２０に対して、ガス濃度検知素子４０及び温度補償素子５０を約４００℃に加熱する直流電圧を印加し、高濃度用ブリッジ回路２３に対しても、上記と同様に、温度補償素子を約４００℃に加熱する直流電圧を印加する。なお、適切な濃度測定が可能であれば、各ブリッジ回路に印加する電圧は、例えば、パルス電圧等の直流電圧以外であってもよく、また、電圧値およびその出力間隔（パルス電圧等のとき）等は、ガス濃度検知素子４０及び温度補償素子５０の駆動温度が、対象ガスが燃焼する温度以上になるものであればよい。
【００３７】
次に、上述した制御装置６０のＣＰＵ６２が実行する本発明に係る接続切替処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
警報器１の電源が投入されると、所定の初期化処理が実行され、その初期化処理の一つとして、濃度不明の状態でのガス濃度検知素子４０の使用による水素ガスの引火を回避するため、水素と反応しない高濃度用ブリッジ回路２３を構成するように、切替スイッチ２６に対して切替要求信号Ｓを送出する処理が行われる。また、水素濃度が、事前に切替濃度しきい値以下であることが判明しているときは、低濃度用ブリッジ回路２０を構成するように、切替スイッチ２６に対して切替要求信号Ｓを送出してもよい。そして、初期化処理完了後にステップＳ１１０に進む。
【００３９】
ステップＳ１１０では、Ａ／Ｄ変換器によって数値情報に変換された接続部Ｐ３及び接続部Ｐ４の電圧から、それら電圧の差分である中間点電位差Ｖｄを求め、中間点電位差Ｖｄをインデックスとして、ＲＯＭ６３に格納されている濃度変換テーブルから濃度情報を取得する。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００４０】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で取得した濃度情報と、ＲＯＭ６３に格納されている切替濃度しきい値とを比較し、濃度情報が切替濃度しきい値を超えている場合はステップＳ１３０に進み（Ｓ１２０でＹ）、濃度情報が切替濃度しきい値以下である場合はステップＳ１５０に進む（Ｓ１２０でＮ）。
【００４１】
ステップＳ１３０では、高濃度用ブリッジ回路２３で濃度測定を行っているか否かを判定する。ステップＳ１２０において、濃度しきい値を超えていることが判定されているので、以降の濃度測定を高濃度用ブリッジ回路２３で行うため、現在の構成が高濃度用ブリッジ回路２３でなければ、高濃度用ブリッジ回路２３を構成するように切替スイッチ２６を切り替えるためのステップＳ１４０に進み、（Ｓ１３０でＮ）、現在の構成が高濃度用ブリッジ回路２３であれば、その構成を維持して、再度、濃度測定を行うために、ステップＳ１１０に進む（Ｓ１３０でＹ）。
【００４２】
ステップＳ１４０では、切替スイッチ２６に対して、参照抵抗器２５と温度補償素子５０とによる高濃度用ブリッジ回路２３を構成するように切替要求信号Ｓを送出する。そして、高濃度用ブリッジ回路２３によって熱伝導式の濃度測定を行うため、ステップＳ１１０に進む。
【００４３】
ステップＳ１５０では、低濃度用ブリッジ回路２０で濃度測定を行っているか否かを判定する。ステップＳ１２０において、濃度しきい値以下であることが判定されているので、以降の濃度測定を低濃度用ブリッジ回路２０で行うため、現在の構成が低濃度用ブリッジ回路２０でなければ、低濃度用ブリッジ回路２０を構成するように切替スイッチ２６を切り替えるためのステップＳ１６０に進み（Ｓ１５０でＮ）、現在の構成が低濃度用ブリッジ回路２０であれば、その構成を維持して、再度、濃度測定を行うために、ステップＳ１１０に進む（Ｓ１５０でＹ）。
【００４４】
ステップＳ１６０では、切替スイッチ２６に対して、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０とによる低濃度用ブリッジ回路２０を構成するように切替要求信号Ｓを送出する。そして、低濃度用ブリッジ回路２０による接触燃焼式の濃度測定を行うため、ステップＳ１１０に進む。
【００４５】
なお、上述したステップＳ１１０が、請求項の第１工程及び第３工程に相当し、ステップＳ１２０、Ｓ１４０が、請求項の第２工程に相当する。
【００４６】
次に、上述した警報器１における、本発明に係る接続切替処理（動作）の一例を、低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３の中間点電位差Ｖｄの変化を模式的に示した図５を参照して説明する。
【００４７】
警報器１においては、水素の爆発下限界濃度４％（容量％、以下同じ）に対して、警報濃度しきい値１．０％、切替濃度しきい値２．０％に設定されており、水素濃度が２．０％のときに、低濃度用ブリッジ回路２０の中間点電位差Ｖｄ及び高濃度用ブリッジ回路２３の中間点電位差Ｖｄが共に２．０Ｖになるように調整されている。また、この時点においては、切替スイッチ２６の端子ａ−ｂ間を接続して低濃度用ブリッジ回路２０を構成している。
【００４８】
続いて、低濃度用ブリッジ回路２０の中間点電位差Ｖｄが０．５Ｖになったとき、濃度変換テーブルから取得した濃度情報により、水素濃度が０．５％であることを認識し、切替スイッチ２６を切り替えることなく端子ａ−ｂ間接続を維持して、引き続き、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０とを備える低濃度用ブリッジ回路２０によって水素濃度を測定する。このときの濃度測定は、接触燃焼式により行われる。
【００４９】
続いて、低濃度用ブリッジ回路２０の中間点電位差Ｖｄが１．０Ｖを超えたとき、濃度変換テーブルから取得した濃度情報により、水素濃度が１．０％を超えて上昇したことを認識し、警報部６７により警報を鳴動させて、警報濃度しきい値を超える危険な濃度を検出したことを利用者に警報する。このとき、切替スイッチ２６を切り替えることなく端子ａ−ｂ間接続を維持して、引き続き、低濃度用ブリッジ回路２０によって水素濃度を測定する。
【００５０】
続いて、低濃度用ブリッジ回路２０の中間点電位差Ｖｄが２．０Ｖを超えたとき、濃度変換テーブルから取得した濃度情報により、水素濃度が２．０％を超えて上昇したこと、即ち、切替濃度しきい値を超えたことを認識し、切替スイッチ２６を端子ａ−ｃ間接続に切り替えて高濃度用ブリッジ回路２３を構成し、参照抵抗器２５と温度補償素子５０とを備える高濃度用ブリッジ回路２３によって水素濃度を測定する。このときの濃度測定は、熱伝導式により行われる。また、切替スイッチ２６の切り替えにより、中間点電位差Ｖｄは２．０Ｖ以下に下がる。
【００５１】
続いて、高濃度用ブリッジ回路２３よる濃度測定において、その中間点電位差Ｖｄが２．０Ｖを超えたとき、水素濃度が２．０％より低下したこと、即ち、切替濃度しきい値以下に低下したことを認識し、切替スイッチ２６を端子ａ−ｂ間接続に切り替えて低濃度用ブリッジ回路２０を構成して、再度、低濃度用ブリッジ回路２０によって水素濃度を測定する。
【００５２】
なお、上述の動作例においては、低濃度用ブリッジ回路２０から高濃度用ブリッジ回路２３に切り替える中間点電位差Ｖｄの値、及び、高濃度用ブリッジ回路２３から低濃度用ブリッジ回路２０に切り替える中間点電位差Ｖｄの値、をそれぞれ同じ２．０Ｖとしたが、これに限らず、切り替えのための中間点電位差Ｖｄの値を、それぞれのブリッジ回路で異なる値としてもよい。
【００５３】
以上より、本実施形態によれば、警報器１がガスセンサユニット１０を有するので、水素ガスの濃度が、その爆発下限界以下に設定された切替濃度しきい値を超えたときに、水素との反応性がない温度補償素子５０と参照抵抗器２５とで形成された高濃度用ブリッジ回路２３によって水素ガスの濃度測定を行うことから、水素ガスの濃度がその爆発下限界を超える濃度領域にあるときでも、水素ガスを爆発させることなくその濃度測定を行うことができる。そのため、低濃度領域及び高濃度領域に対応した複数のセンサを実装することなく、ガス濃度検知素子と温度補償素子を備えた１つの接触燃焼式ガスセンサによって、広範囲の濃度測定を行うことができ、部品数の増加による回路規模の増大及びコストの上昇を回避することができる。
【００５４】
また、水素ガスの濃度が切替濃度しきい値以下になったときに、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０とにより低濃度用ブリッジ回路２０を形成して、ガス濃度検知素子４０によって水素ガスの濃度測定を行うことから、水素ガスの濃度が切替濃度しきい値を超えたあとに、切替濃度しきい値以下に戻ったときに、再度、ガス濃度検知素子４０による水素ガスの濃度測定を行うことができるため、ガス濃度検知素子４０及び温度補償素子５０それぞれに適した濃度範囲の測定を行うことができ、低濃度においては接触燃焼式により高精度の測定が可能となり、高濃度においては水素ガスを爆発させることなく広範囲の測定が可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態において、センサ部３０は、低濃度用ブリッジ回路２０及び高濃度用ブリッジ回路２３とともに、プリント基板であるガスセンサユニット１０に実装されているが、これに限らず、例えば、センサ部３０のみを小形基板等に実装してガスセンサユニット１０と分離し、センサ部３０とガスセンサユニット１０との間をリード線で接続する構成としてもよい。このようにすることで、ガスセンサユニット１０の構成及び形状の自由度をより高めることができる。また、このようにすることで、参照抵抗器２５が、水素ガスや一酸化炭素ガスなどの測定対象の可燃性ガスに触れることがなく配置できるため、参照抵抗器２５における可燃性ガスとの反応性、及び、温度変化に伴う抵抗値変化を考慮しなくてもよい。
【００５６】
また、本実施形態においては、センサ部３０として、ＭＥＭＳ技術を用いて超小型に形成された１辺数ｍｍのセンサチップを用いたが、これに限らず、らせん状に巻かれたコイル部を有する２本の白金抵抗体と、前記コイル部に配設された楕円球形状の触媒焼結体及び焼結体と、で構成された接触燃焼式センサ等を用いてもよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、ガス濃度検知素子として接触燃焼式センサ素子を用いていたが、これに限定するものではなく、例えば、半導体式センサ素子やサーミスタ式センサ素子など、測定対象の可燃性ガスに反応（即ち、引火するおそれがある）するセンサ素子を用いており、且つ、測定対象ガスに反応せず且つ測定対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する温度補償素子とともにブリッジ回路を形成して濃度測定するものであれば、どのようなものにも適用が可能である。
【００５８】
また、本実施形態においては、水素ガスの濃度を測定して警報する水素ガス用ガス漏れ警報器への適用に関するものであったが、これに限定するものではなく、例えば、一酸化炭素ガス、メタンガス、又は、プロパンガス等の可燃性ガスの濃度測定に用いられる測定機器等に適用することも可能である。このとき、切替濃度しきい値は各ガスの爆発下限界、例えば、一酸化炭素ガス１２．５％、メタンガス５．０％、プロパンガス２．２％、より小さく設定する。
【００５９】
次に、本発明者は、本発明に係るガスセンサユニット１０を用いて、接触燃焼式による水素ガスの濃度測定試験、及び、ヘリウムガスの濃度変化に伴う温度補償素子５０の抵抗値変動試験を行った。
【００６０】
（実施例１）
接触燃焼式による水素ガスの濃度測定は、図１に示す警報器１と同等の構成の測定装置を用いて行い、切替スイッチ２６において端子ａ−ｂ間を接続して、ガス濃度検知素子４０と温度補償素子５０による低濃度用ブリッジ回路２０を構成し、センサ部３０が水素ガスに接触するように測定装置を水素ガス雰囲気中に配置し、水素ガスの濃度を０％〜４％まで上昇させて、各濃度における、中間点電位差Ｖｄを測定した。その結果を図６に示す。
【００６１】
図６によれば、水素ガスの濃度に比例して、中間点電位差Ｖｄが上昇していることがわかる。このことから、本発明に係るガスセンサユニット１０を用いて、接触燃焼式による水素ガスの濃度測定が可能なことが判った。
【００６２】
（実施例２）
ヘリウムガスの濃度変化に伴う温度補償素子５０の抵抗値変動試験は、上記実施例１と同様に、図１に示す警報器１と同等の構成の測定装置を用いて行い、切替スイッチ２６において端子ａ−ｃ間を接続して、参照抵抗器２５と温度補償素子５０による高濃度用ブリッジ回路２３を構成し、温度補償素子５０がヘリウムガスに接触するように測定装置をヘリウムガス雰囲気中に配置し、ヘリウムガスの濃度を０％〜１００％まで上昇させて測定した中間点電位差Ｖｄから、各濃度における温度補償素子５０の抵抗値を算出した。その結果を図７に示す。
【００６３】
図７によれば、ヘリウムガスの濃度に比例して、温度補償素子５０の抵抗値が下降していることが判る、つまり、温度補償素子５０は、ヘリウムガス濃度に応じて抵抗値が変化する熱伝導式センサとして動作することを示しており、本発明に係るガスセンサユニット１０を用いて、温度補償素子５０による熱伝導式の濃度測定が可能なことを示している。そして、本試験では、安全のためヘリウムガスを用いていたが、水素ガスにおいても、同様に熱伝導式センサとして動作することが判る。
【００６４】
上記実施例より、ガスセンサユニット１０において、接触燃焼式による濃度測定、及び、熱伝導式による濃度測定が可能であることが示され、即ち、ガスセンサユニット１０を接触燃焼式及び熱伝導式のセンサユニットとして用いることで、低濃度から高濃度までの広範囲の濃度測定が可能であることが判った。
【００６５】
なお、上述した各実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態の水素ガス用ガス漏れ警報器の構成図である。
【図２】図１に示すセンサ部の上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図１中の制御装置のＣＰＵが実行する本発明に係る処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す水素ガス用ガス漏れ警報器における、水素濃度に対する中間点電位差の変化を模式的に示した図である。
【図６】図１に示す低濃度用ブリッジ回路おける、水素濃度に対する中間点電位差の変化を示したグラフである。
【図７】図１に示す温度補償素子における、ヘリウム濃度に対する温度補償素子抵抗値の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１      水素ガス用ガス漏れ警報器
１０    ガスセンサユニット（ガス濃度測定回路体）
２０    低濃度用ブリッジ回路（ブリッジ回路）
２３    高濃度用ブリッジ回路
２５    参照抵抗器
２６    切替スイッチ（切替手段）
３０    センサ部
４０    ガス濃度検知素子
５０    温度補償素子
６０    制御装置
【図１】
2009103605.tif 000003
【図２】
2009103605.tif 000004
【図３】
2009103605.tif 000005
【図４】
2009103605.tif 000006
【図５】
2009103605.tif 000007
【図６】
2009103605.tif 000008
【図７】
2009103605.tif 000009