(57)【要約】【課題】流量センサによる流量検出を正確に行うことができ、精度良く濃度を検出することができるセンサユニット及びガス検出装置を提供する。【解決手段】ガスセンサ５がセンサ素子８から構成されている。流量センサ６が、Ｐｔヒータ１４、上流側感温抵抗体１４及び下流側感温抵抗体１５から構成されている。ガスセンサ５及び流量センサ６の両者が一つの支持基台３上に搭載されて設けられている。そして、流量センサ６がガスセンサ５よりも雰囲気の流れ方向Ｙ１の上流側に配置されるように、流量センサ６及びガスセンサ５が設けられている。【選択図】図１
2009222647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に含まれる検出対象ガスと接触燃焼して温度が変化する前記気体の流路内に設けられた接触燃焼式のセンサ素子から構成されたガスセンサと、前記気体を加熱するヒータ素子、及び、前記ヒータ素子に対して前記気体の流れ方向の上流側又は／及び下流側に配置された温度センサ、から構成された流量センサと、の両者が一つの支持基台上に搭載されて設けられたセンサユニットにおいて、
前記流量センサが前記ガスセンサよりも前記気体の流れ方向の上流側に配置されるように、前記ガスセンサ及び前記流量センサが設けられている
ことを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサユニットと、
前記ガスセンサを用いて検出対象ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
前記流量センサを用いて気体の流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段により検出された気体の流量に基づいて前記濃度検出手段により検出されたガス濃度の流量補正を行う補正手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサユニット及びガス検出装置に係り、特に、吸引式のガス検出装置に用いられるセンサユニット及び吸引式のガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス漏れ警報器などに汎用で使用されるガス検出装置として、吸引式のものが知られている。この吸引式のガス検出装置は、装置内部に雰囲気（気体）を吸引する吸引部と、該吸引部により吸引された雰囲気が流れる流路と、この流路内に設けられた雰囲気中の可燃ガス（検知対象ガス）の濃度を検出するガスセンサと、を備えている。このような吸引式のガス検出装置においては、流路を流れる雰囲気の流量変動があると、ガスセンサに接触するガスの分子数が変化して、濃度の検出精度に問題が生じるケースがある。
【０００３】
上記雰囲気の流量変動の原因としては、吸引部の目詰まりや流路等の気密の劣化などが挙げられる。そのため、吸引部の目詰まりや流路等の気密の劣化などによって流量異常が生じているか否かを判断したり、雰囲気の流量変動による誤差を補正する流量補正を行うために、ガスセンサとは別に流量センサを設けたものが提案されている（例えば特許文献１）。しかしながら、この場合、ガスセンサとは別に流量センサを設けているためコスト的に問題があった。
【０００４】
上記問題点を解決するために、例えば、一つの支持基台上にガスセンサ及び流量センサを設けてハイブリッド化したものが提案されている（例えば特許文献２）。しかしながら、上記ガスセンサとして接触燃焼式のものを用い、流量センサとして熱式のものを用いると、流量センサによる流量検出が正確に行えない。この結果、流量異常の判断や流量補正がうまくいかずに濃度の検出精度が悪化する、という問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３０２３６５号公報
【特許文献２】特開平７−２７０３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、流量センサによる流量検出を正確に行うことができ、精度良く濃度を検出することができるセンサユニット及びガス検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、接触燃焼式のガスセンサ及び熱式の流量センサの両者が一つの支持基台上に搭載されて設けられたセンサユニットにおいて流量センサによる流量検出が正確に行えない原因を鋭意探求したところ、ガスセンサの接触燃焼により発生する熱が流量センサの温度センサに影響しているため、正確に流量検出ができなくなってしまう、ということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、請求項１記載の発明は、気体に含まれる検出対象ガスと接触燃焼して温度が変化する前記気体の流路内に設けられた接触燃焼式のセンサ素子から構成されたガスセンサと、前記気体を加熱するヒータ素子、及び、前記ヒータ素子に対して前記気体の流れ方向の上流側又は／及び下流側に配置された温度センサ、から構成された流量センサと、の両者が一つの支持基台上に搭載されて設けられたセンサユニットにおいて、前記流量センサが前記ガスセンサよりも前記気体の流れ方向の上流側に配置されるように、前記ガスセンサ及び前記流量センサが設けられていることを特徴とするセンサユニットに存する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のセンサユニットと、前記ガスセンサを用いて検出対象ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、前記流量センサを用いて気体の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段により検出された気体の流量に基づいて前記濃度検出手段により検出されたガス濃度の流量補正を行う補正手段と、を備えたことを特徴とするガス検出装置に存する。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように請求項１及び２記載の発明によれば、流量センサがガスセンサよりも気体の流れ方向の上流側に配置されるので、ガスセンサの接触燃焼による発生する熱は流体の流れ方向下流側に運ばれるためガスセンサよりも上流側に配置された流量センサに影響することがない。このため、流量センサによる流量検出を正確に行うことができ、精度良く濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。ガス検出装置は、図示しない吸引部と、図示しない流路と、図１に示すセンサユニット１と、図２に示す検出回路２と、を備えている。上記吸引部は、例えばファンなどから構成されていて、ガス検出装置内部に雰囲気（気体）を吸引する。流路は、吸引部により吸引された雰囲気が流れる。センサユニット１は、上記流路内に配置されている。
【００１１】
センサユニット１は、図１に示すように、支持基台３と、ガスセンサ５と、流量センサ６と、感温抵抗体７と、を備えている。支持基台３は、例えば箱型のシリコン（Ｓｉ）ウエハと、このＳｉウエハの上面に成膜された絶縁薄膜と、から構成されている。この支持基台３には、後述するガスセンサ５、流量センサ６及び感温抵抗体７が搭載される。
【００１２】
ガスセンサ５は、可燃ガスと接触燃焼する接触燃焼式のセンサ素子８及び比較素子９を備えている。センサ素子８は、支持基台３上に形成された白金から成るＰｔヒータ１０と、このＰｔヒータ１０上に積層された、可燃ガスの接触燃焼を促進する触媒層１１と、で構成されている。比較素子９は、支持基台３上に形成された白金から成るＰｔヒータ１２と、このＰｔヒータ１２上に積層された、可燃ガスと接触燃焼を起こさないアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層１３と、で構成されている。センサ素子８及び比較素子９は、雰囲気の流れ方向Ｙ１と直交する方向に並んで配置されている。
【００１３】
上記支持基台３のセンサ素子８及び比較素子９が形成されている部分は、Ｓｉウエハを異方性エッチングしてそれぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。即ち、センサ素子８は、支持基台３に形成した薄膜ダイヤフラムＤｓ上に搭載されている。比較素子９は、支持基台３に形成した薄膜ダイヤフラムＤｒ上に搭載されている。
【００１４】
流量センサ６は、支持基台３上に形成された白金から成るＰｔヒータ１４（ヒータ素子）と、このＰｔヒータ１４を挟んで流れ方向Ｙ１の上流側及び下流側にそれぞれ配置された上流側感温抵抗体１５（温度センサ）及び下流側感温抵抗体１６（温度センサ）と、を備えている。この上流側感温抵抗体１５及び下流側感温抵抗体１６は、雰囲気温度に応じてその抵抗値が変動する抵抗体である。
【００１５】
上記支持基台３のＰｔヒータ１４、上流側感温抵抗体１５及び下流側感温抵抗体１６が形成されている部分は、Ｓｉウエハを異方性エッチングして薄膜ダイヤフラムＤｆを形成することにより熱容量を小さくしている。即ち、Ｐｔヒータ１４、上流側感温抵抗体１５及び下流側感温抵抗体１６は、支持基台３に形成した薄膜ダイヤフラムＤｆ上に搭載されている。また、上述した流量センサ６は、ガスセンサ５よりも雰囲気の流れ方向Ｙ１の上流側に配置されている。即ち、流れ方向Ｙ１の上流側に流量センサ６が配置され、流れ方向Ｙ１の下流側にガスセンサ５が配置されている。
【００１６】
上記感温抵抗体７は、支持基台３上に形成されていて、雰囲気温度に応じてその抵抗値が変動する抵抗体である。感温抵抗体７は、上記流量センサ６よりも雰囲気の流れ方向Ｙ１の上流側に配置されている。
【００１７】
次に、検出回路２の構成について図２を参照して説明する。図２に示すように検出回路２は、濃度検出回路１７と、流量検出回路１８と、雰囲気温度検出回路１９と、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）２０と、を備えている。
【００１８】
濃度検出回路１７は、ブリッジ回路２１と、ヒータ駆動回路２２と、差動増幅器２３と、を備えている。ブリッジ回路２１は、上述したセンサ素子８、比較素子９、固定抵抗Ｒ１１及びＲ１２で構成されている。ヒータ駆動回路２２は、上記ブリッジ回路２１の端子ａ1−端子ｂ1間にパルス状のセンサ駆動電圧を供給する回路である。差動増幅器２３は、上記ブリッジ回路２１の端子ｃ1−端子ｄ1間の電位差を増幅して濃度信号Ｓ１として後述するμＣＯＭ２０に対して出力する。
【００１９】
以上の構成によれば、可燃ガスのない雰囲気中においては、理想的にはブリッジ回路２１は平衡状態となり、端子ｃ1−端子ｄ1間に電位差が生じない。但し、実際には可燃ガスがない雰囲気においてもセンサ素子８と比較素子９との間に若干の温度差が生じることが多く、これに伴って端子ｃ1−端子ｄ1間に電位差が生じることが多い。そこで、端子ｄ１に可変抵抗（図示せず）を設けて可燃ガスのない雰囲気中において端子ｃ１−端子ｄ１間に電位差が生じないように可変抵抗を調整することが多い。これに対して、可燃ガスを含む雰囲気中においては、可燃ガスとの接触熱によりセンサ素子８のＰｔヒータ１０の抵抗値が可燃ガスと接触燃焼しない比較素子９のＰｔヒータ１２の抵抗値よりも増加して、ブリッジ回路２１は不平衡状態となり、端子ｃ1−端子ｄ1間に電位差が生じる。この電位差は可燃ガスの濃度に比例した値である。そして、ブリッジ回路２１の端子ｃ1−端子ｄ1間に接続された差動増幅器２３が、上記電位差を増幅して可燃ガス濃度に応じた濃度信号Ｓ１として出力する。
【００２０】
流量検出回路１８は、ブリッジ回路２４と、定電圧回路２５と、差動増幅器２６と、ヒータ駆動回路２７と、を備えている。ブリッジ回路２４は、上述した上流側感温抵抗体１５、下流側感温抵抗体１６、固定抵抗Ｒ２１及びＲ２２で構成されている。定電圧回路２５は、上記ブリッジ回路２４の端子ａ2−端子ｂ2間に定電圧を供給する回路である。差動増幅器２６は、上記ブリッジ回路２４の端子ｃ2−端子ｄ2間の電位差を増幅して流量信号Ｓ２として後述するμＣＯＭ２０に対して出力する。ヒータ駆動回路２７は、Ｐｔヒータ１４にパルス状のセンサ駆動電圧を供給する回路であり、後述するμＣＯＭ２０によりその動作が制御されている。
【００２１】
以上の構成によれば、ヒータ駆動回路２７によってＰｔヒータ１４にパルス状のセンサ駆動電圧が供給されるとＰｔヒータ１４が発熱して雰囲気を加熱する。このときＰｔヒータ１４の上流側に配置された上流側感温抵抗体１５は、雰囲気の流量が大きいほど熱が奪われて温度が下がり抵抗値が減少する。一方、Ｐｔヒータ１４の下流側に配置された下流側感温抵抗体１６は、雰囲気の流量が大きいほど熱が運ばれて温度が上がり抵抗値が増加する。このため、端子ｃ2−端子ｄ2間に雰囲気の流量に応じた電位差が生じる。そして、ブリッジ回路２４の端子ｃ2−端子ｄ2間に接続された差動増幅器２６が、上記電位差を増幅して雰囲気の流量に応じた流量信号Ｓ２として出力する。雰囲気温度検出回路１９は、定電圧Ｖを上記感温抵抗体７及び固定抵抗Ｒ３で分圧した電圧を雰囲気の温度に応じた温度信号Ｓ３として出力する。
【００２２】
μＣＯＭ２０は、処理プログラムに従って各種の処理を行う中央演算処理ユニット（以下ＣＰＵ）２０Ａと、ＣＰＵ２０Ａが行う処理のプラグラムなどを格納した読出専用のメモリであるＲＯＭ２０Ｂ、及び、ＣＰＵ２０Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ２０Ｃ、を有し、これらがバスラインによって接続されている。
【００２３】
上述した構成のガス検出装置の動作について図３を参照して以下説明する。まず、電源のオンなどに応じてＣＰＵ２０Ａは処理を開始する。その最初のステップＳ１において、ＣＰＵ２０Ａは、流量検出手段として働き、ヒータ駆動回路２７を駆動させてＰｔヒータ１４を加熱して雰囲気の流量に応じた流量信号Ｓ２を取り込む。その後、ＣＰＵ２０Ａは、雰囲気の温度に応じた温度信号Ｓ３を取り込む（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ２０Ａは、温度信号Ｓ３に基づいて雰囲気温度の変化により流量信号Ｓ２に生じる変動分をキャンセルする流量信号Ｓ２の温度補正を行う（ステップＳ３）。
【００２４】
そして、ＣＰＵ２０Ａは、ステップＳ３で温度補正された流量信号Ｓ２に基づいて吸引部の目詰まりや流路等の気密の劣化などに起因して流量異常が生じているか否かの判断を行う（ステップＳ４）。ＣＰＵ２０Ａは、例えば流量信号Ｓ２の大きさが予め定めた許容範囲外であれば流量異常が生じていると判断して（ステップＳ４でＹ）、図示しない表示器やスピーカを用いて流量異常が生じている旨を報知した後（ステップＳ９）、処理を終了する。これに対して、ＣＰＵ２０Ａは、例えば流量信号Ｓ２の大きさが予め定めた許容範囲内であれば流量異常が生じていないと判断して（ステップＳ４でＮ）、次のステップＳ５に進む。
【００２５】
次のステップＳ５においてＣＰＵ２０Ａは、濃度検出手段として働き、雰囲気中に含まれる可燃ガスの濃度に応じた濃度信号Ｓ１を取り込む。その後、ＣＰＵ２０Ａは、補正手段として働き、ステップＳ３で温度補正された流量信号Ｓ２に基づいて雰囲気温度の流量変化により濃度信号Ｓ１に生じる変動分をキャンセルする濃度信号Ｓ１の流量補正を行う（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ２０Ａは、濃度信号Ｓ１に基づいて警報レベルの可燃ガス濃度が発生している濃度異常が生じているか否かの判断を行う（ステップＳ７）。ＣＰＵ２０Ａは、例えば流量補正後の濃度信号Ｓ１の大きさが予め定めた閾値以上であれば濃度異常が生じていると判断して（ステップＳ７でＹ）、図示しない表示器やスピーカを用いて濃度異常が生じている旨を報知した後（ステップＳ８）、処理を終了する。これに対して、ＣＰＵ２０Ａは、例えば流量補正後の濃度信号Ｓ１の大きさが予め定めた閾値未満であれば濃度異常が生じていないと判断して（ステップＳ７でＮ）、再びステップＳ１に戻る。
【００２６】
上述したガス検出装置によれば、流量センサ６がガスセンサ５よりも雰囲気の流れ方向Ｙ１の上流側に配置されるので、ガスセンサ５の接触燃焼により発生する熱は雰囲気の流れ方向Ｙ１下流側に運ばれるためガスセンサ５よりも上流側に配置された流量センサ６に影響することがない。このため、流量センサ６による流量検出を正確に行うことができ、精度良く濃度を検出することができる。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、流量センサ６はＰｔヒータ１４の上流側及び下流側の両側に上流側感温抵抗体１５及び下流側感温抵抗体１６を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、Ｐｔヒータ１４の上流側及び下流側の何れか一方側に一つの感温抵抗体を設ける構成としてもよい。
【００２８】
また、上述した実施形態では、温度センサとして上流側感温抵抗体１５及び下流側感温抵抗体１６を用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。上記温度センサとしては周囲温度を検出できるようなものであればよく、例えばサーモパイルを用いても良い。
【００２９】
また、上述した図２に示す検出回路２は一例であり、検出回路２としては、ガスセンサ５を用いて濃度に応じた濃度信号Ｓ１を出力したり、流量センサ６を用いて流量に応じた流量信号Ｓ２を出力するような回路であればよく、図２に示す構成に限定されるものではない。
【００３０】
また、前述した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】
【００３１】
【図１】本発明のガス検出装置を構成するセンサユニットの上面図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態を示す回路図である。
【図３】図２に示すＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１      センサユニット
３      支持基台
５      ガスセンサ
６      流量センサ
８      センサ素子
１４    Ｐｔヒータ（ヒータ素子）
１５    上流側感温抵抗体（温度センサ）
１６    下流側感温抵抗体（温度センサ）
２０Ａ  ＣＰＵ（濃度検出手段、流量検出手段、補正手段）
Ｙ１    流れ方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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