(57)【要約】【課題】精度よく迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出する。【解決手段】ヒータコイル１２へクリーニング期間を所定時間間隔で繰り返すように電圧を印加する。そして、クリーニング期間後の所定期間におけるセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きを取得する。そして、一酸化炭素濃度特定部２５によって、傾き検知部２４が検知した傾きに基づいて、傾き記憶部２３に記憶された一酸化炭素ガスの濃度に対応した傾きから一酸化炭素ガスの濃度を特定する。【選択図】図１
2009216610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素ガスの存在に依存して電気的特性値を変化させる金属酸化物半導体を感ガス体として用いたセンサ素子と、
前記センサ素子に設けられた前記感ガス体を加熱するヒータと、
前記センサ素子をクリーニングするクリーニング期間を所定時間間隔で繰り返すように前記ヒータに印加する電圧値を変化させる印加電圧制御手段と、
前記クリーニング期間後の所定期間における、前記感ガス体の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態に伴う前記感ガス体の電気的特性値に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、を備えていることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１電圧値まで低下させ前記第１の電圧値を所定時間経過させることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２の電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１の電圧値まで低下させ前記第１の電圧値から前記第２の電圧値まで連続的または段階的に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２の電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１の電圧値まで低下させ、前記第１の電圧値から前記第２電圧値より低い第３の電圧値まで連続的または段階的に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項５】
前記濃度検出手段は、前記クリーニング期間終了後からの所定期間における前記感ガス体の電気的特性値の傾きに基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
【請求項６】
前記濃度検出手段は、前記クリーニング期間終了後からの所定期間における前記感ガス体の電気的特性値のユークリッド距離に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
【請求項７】
前記濃度検出手段は、最初に極値となった前記感ガス体の電気的特性値に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一酸化炭素ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属酸化物半導体からなるセンサ素子を用いてガスの濃度を検出するガス濃度検出装置がある。このようなガス濃度検出装置は、ヒータを備えており、このヒータへの印加電圧を高くする期間と低くする期間とを一定周期で交互に繰り返しながら、低温期間でガス濃度の検出を行う。
【０００３】
このようなガス濃度検出装置として、特許文献１に記載のガス濃度検出装置は、ヒータをパルス的に発熱させることで、金属酸化物半導体をパルス的に加熱し、その他の期間は金属酸化物を室温付近に放置している。そして、室温付近の低温期間開始後、高濃度領域及び低濃度領域においてそれぞれＣＯ濃度依存性が大きくなる２つの時刻でセンサ抵抗（電気的特性値）を測定することによりＣＯ濃度を検出している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３７０６２号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この感ガス体の電気的特性値のＣＯ濃度依存性が大きな時刻とは、高、低の濃度領域ごとの電気的特性値の差が大きくなる時刻であり、低温期間開始後一定時間経過した後、すなわち金属酸化物半導体への拡散及び/又は反応が安定した時刻である。しかしながら、検出対象となる一酸化炭素ガスは可燃性を有し大気中に充満すると危険であるため、できるだけ早期に検出する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、精度よく迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明のガス濃度検出装置は、一酸化炭素ガスの存在に依存して電気的特性値を変化させる金属酸化物半導体を感ガス体として用いたセンサ素子と、前記センサ素子に設けられた前記感ガス体を加熱するヒータと、前記センサ素子をクリーニングするクリーニング期間を所定時間間隔で繰り返すように前記ヒータに印加する電圧値を変化させる印加電圧制御手段と、前記クリーニング期間後の所定期間における、前記感ガス体の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態に伴う前記感ガス体の電気的特性値に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、を備えている。
【０００８】
本発明のガス濃度検出装置によると、クリーニング期間後の所定期間における、感ガス体の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態に伴う感ガス体の電気的特性値に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出している。したがって、精度よく迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【０００９】
また、前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１電圧値まで低下させ前記第１の電圧値を所定時間経過させることが好ましい。これによると、矩形波のような容易に印加可能な電圧印加サイクルで一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。また、一酸化炭素ガスが低濃度の場合に好適であり、より精度高く検出することができる。
【００１０】
また、前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２の電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１の電圧値まで低下させ前記第１の電圧値から前記第２の電圧値まで連続的または段階的に上昇させてもよい。これによると、一酸化炭素ガスが高濃度の場合に好適であり、より精度高く検出することができる。
【００１１】
さらに、前記印加電圧制御手段は、前記ヒータへの電圧印加を、前記クリーニング期間では第２の電圧値を保持し、前記クリーニング期間終了後から次の前記クリーニング期間までの間において、第１の電圧値まで低下させ、前記第１の電圧値から前記第２電圧値より低い第３の電圧値まで連続的または段階的に上昇させてもよい。これによると、一酸化炭素ガスが低濃度の場合に好適であり、より精度高く検出することができる。
【００１２】
さらに、前記濃度検出手段は、前記クリーニング期間終了後からの所定期間における前記感ガス体の電気的特性値の傾きに基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出することが好ましい。これによると、感ガス体の電気的特性値の傾きを利用することで、少ない電気的特性値の情報、且つ、簡単な比較により迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００１３】
また、前記濃度検出手段は、前記クリーニング期間終了後からの所定期間における前記感ガス体の電気的特性値のユークリッド距離に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出してもよい。これによると、少ない電気的特性値の情報により迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００１４】
さらに、前記濃度検出手段は、最初に極値となった前記感ガス体の電気的特性値に基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出してもよい。これによると、少ない電気的特性値の情報により迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００１５】
なお、本発明における「極値」の用語は、クリーニング期間後において、感ガス体の電気的特性値の変化が、一旦上昇して最初にピークに達した後に下がり始める時点を意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る一酸化炭素ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
ガス濃度検出装置１は、図１に示すように、一酸化炭素ガスの存在に依存して電気的特性を変化させる金属酸化物半導体を主成分とする感ガス体１１及びこの感ガス体１１を加熱するヒータコイル１２（ヒータ）よりなるセンサ素子１０、電源部１４及び種々の制御を行うマイクロコンピュータを含んだ制御回路２０を備えている。
【００１８】
本実施形態において、感ガス体１１は、一酸化炭素ガスと接触して抵抗値を変化させる金属酸化物半導体により構成し、金属酸化物半導体の一例として酸化第二スズ（ＳｎＯ２）を主体材料として用いたエフアイエス株式会社製のガスセンサ（ＳＢ―ＡＱ１）を使用している。
【００１９】
センサ素子１０の構成について、図２を参照しつつ説明する。図２は、センサ素子１０の内部構造及び駆動・測定回路の構成を示す概略図である。図２に示すように、センサ素子１０は、外形形状を楕円球状に形成した感ガス体１１にヒータコイル１２及び電極リード線１３を埋設させるとともに、ヒータコイル１２の両端をヒータ電極１、３番端子とし、電極リード線１３の一端である２番端子とヒータ電極の１番端子を検知電極端子として構成されている。
【００２０】
この種のセンサ素子１０は、大気中に一酸化炭素ガスが存在しない場合、素子表面の酸素原子が感ガス体１１を構成する酸化スズ中の電子をとらえており、酸化スズ中を自由に移動できる電子の数が少ないため、感ガス体１１の抵抗値は高くなっている。大気中に一酸化炭素ガスが存在する場合、酸化スズ中の電子をとらえていた素子表面の酸素原子が一酸化炭素ガスと酸化反応を起こし、酸化スズ中を自由に移動できる電子の数が増加するため、感ガス体１１の抵抗値は小さくなる。なお、クリーニング期間後の所定期間において、感ガス体の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態が一酸化炭素ガスの濃度により異なり、大気中の一酸化炭素ガスの濃度が高ければ、一酸化炭素ガスが素子表面の酸素原子にたどり着く確率が高くなるとともに、一酸化炭素ガスと酸素原子との反応速度も速くなるため、感ガス体１１の抵抗値は急激に小さくなる。
【００２１】
この感ガス体１１の抵抗値変化は、センサ素子１０の２番端子を負荷抵抗ＲＬ(一例として２００Ω)を介して電源部１４の５Ｖの定電圧回路１５に接続した構成により、１、２番端子間よりセンサ出力信号（電圧）Ｖとして出力される。つまり、このセンサ出力電圧Ｖが一酸化炭素ガスの存在に依存して変化する電気的特性値となる。
【００２２】
ヒータコイル１２の１、３番端子間には、図１に示すヒータ電圧(温度)制御部２１より所定のヒータ印加電圧が印加されるように、ヒータコイル１２の通電が制御されており、このヒータコイル１２への印加電圧を制御することにより感ガス体１１の温度を制御している。
【００２３】
次に、上記したヒータコイル１２への電圧印加サイクル、及び、電圧印加サイクルに応じた感ガス体１１の温度サイクルについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、ヒータコイルへの電圧印加サイクル及び電圧印加サイクルに応じた一酸化炭素ガスの濃度ごとのセンサ素子の出力電圧の変化を示す図である。縦軸はセンサ素子１０の出力電圧Ｖ及びヒータ電圧、横軸は時間となっており、電圧印加サイクルに応じたセンサ素子１０の出力電圧Ｖの時間的変化を示している。なお、センサ素子１０の感ガス体１１の抵抗値が高い場合に、センサ素子１０の出力電圧Ｖは大きくなっている。曲線Ｈ１はヒータコイル１２へ印加する電圧値であり、曲線Ｃ１は大気中に一酸化炭素ガスが存在しない場合の曲線であり、曲線Ｃ２〜曲線Ｃ４は順に大気中に一酸化炭素ガスが５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ存在する場合の曲線である。
【００２４】
本発明の実施形態においては、ヒータ電圧(温度)制御部２１によりヒータコイル１２への電圧印加が制御される。例えば、図３に示すように、０．２Ｖ（第１の電圧値）のまま所定時間（ここでは、２０秒間）経過させた後、０．９Ｖ（第２の電圧値）まで瞬時に上昇させ、０．９Ｖのまま所定時間（ここでは、５秒間）経過させた後、０．９Ｖから０．２Ｖまで瞬時に低下させる電圧印加サイクルを繰り返す電圧印加制御が成される。なお、本実施形態においては、０．９Ｖのまま所定時間経過させている期間がクリーニング期間となる。
【００２５】
この電圧印加サイクルに応答して、感ガス体１１は、８０度程度のまま所定時間（ここでは、２０秒間）経過した後、４００度程度まで瞬時に上昇し、４００度程度の温度を保った状態で所定時間（ここでは、５秒間）経過した後、８０度程度に瞬時に低下する温度サイクルを繰り返す。感ガス体１１の温度を４００度程度で所定時間経過させることにより、感ガス体１１の表面に付着した不純物を燃焼させることができる。これにより、感ガス体１１の感度がより向上する。
【００２６】
次に、ヒータコイル１２への電圧印加サイクルに応答した、一酸化炭素ガスの濃度に応じたセンサ素子１０の出力電圧Ｖの時間的変化について説明する。図３に示すように、ヒータコイル１２への電圧印加を０．９Ｖから０．２Ｖに瞬時に下降させた後、０．２Ｖのまま所定時間経過させると、センサ素子１０の大気に対する出力電圧Ｖは、曲線Ｃ１に示すように、センサ素子１０を構成している金属酸化物半導体の通常の抵抗温度依存性に従って変化し、最初に急激に上昇した後、一定の電圧値となる。
【００２７】
また、大気中に一酸化炭素ガスが存在している場合、ヒータコイル１２への電圧印加を０．９Ｖから０．２Ｖに瞬時に下降させた後、０．２Ｖのまま所定時間経過させると、センサ素子１０の出力電圧Ｖは、図３の曲線Ｃ２〜Ｃ４に示すように、最初に急激に上昇して最初の極値に達して下がる。
【００２８】
このとき、最初の極値になる時刻をｔ１として、時刻ｔ１から所定時間経過したときの時刻をｔ２とすると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までにおけるセンサ素子１０の出力電圧Ｖの時間的変化は一酸化炭素ガスの濃度によって異なっている。これは、クリーニング期間後の所定期間における、感ガス体の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態が一酸化炭素ガスの濃度により異なることによるものであり、一酸化炭素ガスの濃度が高い方が、一酸化炭素ガスは感ガス体１１にたどり着きやすく、感ガス体１１と早く反応するため、出力電圧Ｖが急峻に変化しやすいためである。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きが大きくなるにつれて、一酸化炭素ガスの濃度が高くなっている。したがって、このクリーニング期間後の所定期間におけるセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きに基づいて、少ない出力電圧Ｖの情報、且つ、後述する一酸化炭素濃度検出部２２による簡単な比較により一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。また、一酸化炭素ガスの濃度ごと出力電圧Ｖが安定する通常のデータ測定時刻（本実施形態において、図３の時刻ｔ３）を待たずして、迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００２９】
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きに限らず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における出力電圧Ｖを用い、予め記憶した各濃度の比較データ値とのユークリッド距離を計算することにより一酸化炭素ガスの濃度を検出できる。このように、ユークリッド距離を利用することで、少ない出力電圧Ｖの情報により、迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００３０】
また、最初の極値におけるセンサ素子１０の出力電圧Ｖも一酸化炭素ガスの濃度によって異なっている。具体的には、最初の極値における出力電圧Ｖが小さくなるにつれて、一酸化炭素ガスの濃度が高くなる。これは、クリーニング期間後の感ガス体１１の温度が低く抑えられた状態であり、センサ素子１０表面の酸素吸着が安定しているので、一酸化炭素ガスの濃度に応じた極値が現れると考えられる。したがって、この最初の極値における出力電圧Ｖを利用することで、少ない出力電圧Ｖの情報により、迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。また、出力電圧Ｖの傾き、ユークリッド距離、及び、最初の極値の中から２つ以上を組み合わせて一酸化炭素ガスの濃度を検出することで、検出精度を向上させることができる。
【００３１】
図１に戻って、ガス濃度検出装置１の制御回路２０の各種動作について説明する。制御回路２０には、各種動作を制御するプログラムやデータなどが格納されたハードディスク、各種動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭ（Random Access Memory）などが含まれている。
【００３２】
制御回路２０は、ヒータ電圧（温度）制御部２１（印加電圧制御手段）と一酸化炭素濃度検出部２２とを有している。
【００３３】
ヒータ電圧（温度）制御部２１は、ヒータコイル１２が上述した電圧印加サイクルを繰り返すように電圧印加制御する。
【００３４】
一酸化炭素濃度検出部２２は、大気中に存在する一酸化炭素ガスの濃度を検出する。また、一酸化炭素濃度検出部２２は、傾き記憶部２３と傾き検知部２４と一酸化炭素濃度特定部２５とを有している。
【００３５】
傾き記憶部２３は、最初の極値の出現した時刻から所定時間経過したときまでのセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きを、一酸化炭素ガスの濃度ごとに予め記憶している。傾き記憶部２３に予め記憶させる一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きを測定する方法については後述する。なお、ユークリッド距離もしくは最初の極値で一酸化炭素ガスの濃度を検出する場合には、この記憶部２３に、ユークリッド距離計算用の比較データもしくは最初の極値を一酸化炭素ガスの濃度ごとに予め記憶している。
【００３６】
傾き検知部２４は、最初の極値の出現した時刻から所定時間経過したときまでのセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きを検知する。本実施形態においては、図３における時刻ｔ１から所定時間経過したときの時刻ｔ２までのセンサ素子１０の出力電圧Ｖの傾きを検知する。なお、ユークリッド距離もしくは最初の極値で一酸化炭素ガスの濃度を検出する場合には、この検知部２４で、ユークリッド距離もしくは最初の極値を検知する。
【００３７】
一酸化炭素濃度特定部２５は、傾き記憶部２３に記憶されている一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きから、傾き検知部２４が検知した傾きに対応した一酸化炭素ガスの濃度を決定し出力する。
【００３８】
次に、傾き記憶部２３が予め記憶している一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きを測定する方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、傾き記憶部に予め記憶させる一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きを測定する測定装置の概略構成図である。
【００３９】
図４に示すように、測定装置は、環境槽４１、一酸化炭素注入部４２及び空気注入部４３を有している。環境槽４１は、開閉自在な弁を介して排気口、一酸化炭素注入部４２及び空気注入部４３と連通している。環境槽４１は、内部にファン４５を備えており、注入された一酸化炭素ガスまたは空気をファン４５によって環境槽４１内に十分に攪拌させる。一酸化炭素注入部４２は、ガス濃度検出装置１によって検出したい一酸化炭素ガスの濃度を調整して環境槽４１内に注入する。空気注入部４３は、空気を環境槽４１内に注入する。環境槽４１内には、センサ素子１０が設置されている。センサ素子１０は、制御装置４６に接続されており、環境槽４１内に十分に攪拌された一酸化炭素ガスまたは空気によって変化した出力電圧Ｖを制御装置４６に出力する。そして、制御装置４６は、一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きを測定する。
【００４０】
まず、空気注入部４３から環境槽４１内に空気を注入する。そして、ファン４５を回して環境槽４１内に空気を十分に攪拌させる。そして、ヒータコイル１２への電圧印加を電圧印加サイクルに従って変化させる。このときのセンサ素子１０の出力電圧Ｖから空気すなわち大気におけるセンサ素子１０を構成している金属酸化物半導体の通常の抵抗温度依存特性を制御装置４６により測定して、傾き記憶部２３に記憶させる。具体的には図３に示す大気に対する測定結果Ｃ１を記憶する。
【００４１】
次に、ガス濃度検出装置１で検出したい濃度に調整された一酸化炭素ガスを一酸化炭素注入部４２から環境槽４１内に注入する。そして、空気を注入した場合と同様に、ファン４５を回して環境槽４１内に一酸化炭素ガスを十分に攪拌させる。そして、ヒータコイル１２への電圧印加を電圧印加サイクルに従って変化させる。このときのセンサ素子１０の出力電圧Ｖから一酸化炭素注入部４２から注入した一酸化炭素ガスの濃度に対応した傾きを制御装置４６により測定する。
【００４２】
そして、測定が終了すると、排気口より環境槽４１内の一酸化炭素ガスを排気し、再度、ガス濃度検出装置１によって検出したい濃度に調整された一酸化炭素ガスを環境槽４１内に注入して、センサ素子１０の出力電圧Ｖから一酸化炭素注入部４２から注入した一酸化炭素ガスの濃度に対応した傾きを制御装置４６により測定する。このようにして、ガス濃度検出装置１によって検出したい一酸化炭素ガスの濃度ごとに傾きを測定し、傾き記憶部２３に記憶している。
【００４３】
具体的には、例えば図３に示す例に従い、傾き記憶部２３へは、一酸化炭素ガスの５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの各濃度に対する時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間の傾きを測定し、記憶させる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るガス濃度検出装置１によると、クリーニング期間後の所定期間におけるセンサ素子１０（感ガス体１１）の一酸化炭素ガスの拡散及び／または一酸化炭素ガスとの反応の進行状態に伴うセンサ素子１０の出力電圧Ｖに基づいて一酸化炭素ガスの濃度を検出している。したがって、精度よく迅速に一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００４５】
また、本実施形態における電圧印加サイクルは矩形波であるため、ヒータ電圧（温度）制御部２１により容易に感ガス体１１に電圧を印加可能であるとともに、一酸化炭素ガスが低濃度であっても精度よく検出することができる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、本実施形態では、クリーニング期間以外の期間において、ヒータコイル１２へ０．２Ｖの電圧を印加していたが、ヒータコイル１２へ０Ｖ、つまり電圧を印加しなくてもよい。一例として、ヒータコイル１２へ所定時間電圧を印加せず、その後、ヒータコイル１２へ０．９Ｖの電圧を所定時間印加した後、ヒータコイル１２への電圧を切る（０Ｖにする）電圧印加サイクルを繰り返してもよい。しかしながら、ヒータコイル１２に電圧を印加しないことで、ヒータコイル１２の温度は室温と同程度となるため、室温において温度特性が大きく変化しないセンサ素子１０を選定する必要がある。
【００４７】
また、本実施形態においては、ヒータコイル１２への電圧印加を０．２Ｖのまま所定時間経過させた後、０．９Ｖまで瞬時に上昇させ、０．９Ｖのまま所定時間経過させた後、０．９Ｖから０．２Ｖまで瞬時に低下させる電圧印加サイクルを繰り返していたが、例えば、図５に示すように、０．２Ｖから０．９Ｖまで連続的に上昇させた後、０．９Ｖのまま所定時間経過（ここでは、例えば同様に５秒、図示せず）させ、その後０．９Ｖから０．２Ｖまで瞬時に低下させる電圧印加サイクルを繰り返してもよい。図５において、曲線Ｈ１１はヒータコイル１２へ印加する電圧値であり、曲線Ｃ１１は大気中に一酸化炭素ガスが存在しない場合の曲線であり、曲線Ｃ１２〜曲線Ｃ１４は順に大気中に一酸化炭素ガスが５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ存在する場合の曲線である。この図５から分かるように、時刻ｔ１における最初の極値の出力電圧Ｖから一酸化炭素一酸化炭素ガスの濃度を検出することは困難であるが、時刻ｔ１から時刻ｔ２における出力電圧Ｖの傾きもしくはユークリッド距離計算用のデータは、一酸化炭素ガスの濃度ごとに異なっており、これらの１つを利用、もしくは２つを併用することで一酸化炭素ガスの濃度を精度よく迅速に検出することができる。
【００４８】
また、図６に示すように、０．２Ｖから０．４Ｖまで連続的に上昇させた後、０．９Ｖまで急激に上昇させ、その後、０．９Ｖのまま所定時間経過させ、０．９Ｖから０．２Ｖまで瞬時に低下させる電圧印加サイクルを繰り返してもよい。図６において、曲線Ｈ２１はヒータコイル１２へ印加する電圧値であり、曲線Ｃ２１は大気中に一酸化炭素ガスが存在しない場合の曲線であり、曲線Ｃ２２〜曲線Ｃ２４は順に大気中に一酸化炭素ガスが５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ存在する場合の曲線である。この図６から分かるように、時刻ｔ１における最初の極値の出力電圧Ｖから一酸化炭素ガスの濃度を検出することは困難であるが、時刻ｔ１から時刻ｔ２における出力電圧Ｖの傾きもしくはユークリッド距離計算用のデータは、一酸化炭素ガスの濃度ごとに異なっており、これらの１つを利用、もしくは２つを併用することで一酸化炭素ガスの濃度を精度よく迅速に検出することができる。
【００４９】
ここで、図５及び図６に示す電圧印加サイクルの違いは、クリーニング期間以外の期間におけるヒータコイル１２への電圧印加の傾きが急であるか緩やかであるかである。図６に示すように、ヒータコイル１２への電圧印加の傾きが急な場合に比べて緩やかである場合の方が、センサ素子１０の温度上昇による酸素分子の解離が現れにくい、低濃度の一酸化炭素ガスがより正確に検出することができる。なお、図５に示すように、ヒータコイル１２への電圧印加の傾きが急な場合においては、センサ素子１０の温度上昇による酸素分子の解離があり、センサ素子１０表面の酸素原子と一酸化炭素ガスの直接反応によらない出力電圧Ｖの変化が生じてしまい、出力電圧Ｖの傾きが緩やかになってしまう。しかし、出力電圧Ｖの傾きに加えて、ユークリッド距離を併用して一酸化炭素ガスの濃度を検出することで、低濃度領域においても精度よく検出することができる。
【００５０】
図７は、濃度検出期間におけるヒータコイル１２への電圧印加の傾きが急である場合において、３００ｐｐｍ以上の高濃度における出力電圧Ｖの時間的変化を示している。図示に明らかなように、傾きによる差異が低濃度の場合よりさらに顕著であり高濃度領域の一酸化炭素ガスの検出に適している。図７において、曲線Ｈ３１はヒータコイル１２へ印加する電圧値であり、曲線Ｃ３１〜曲線Ｃ３４は順に大気中に一酸化炭素ガスが３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ存在する場合の曲線である。
【００５１】
また、本実施形態においては、傾き記憶部２３によって出力電圧Ｖの傾きを一酸化炭素ガスの濃度ごとに記憶していたが、傾き記憶部２３を備えずに、無線または有線通信などにより、外部装置に記憶された一酸化炭素ガスの濃度ごとの出力電圧Ｖの傾きから一酸化炭素濃度特定部２５によって一酸化炭素ガスの濃度を特定してもよい。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、クリーニング期間として、０．９Ｖのまま所定時間経過させていたが、０．９Ｖの電圧印加は一瞬もしくは短い時間であってもよい。
【００５３】
また、本実施形態において、センサ素子１０の出力電圧Ｖを端子１−２間より得るようにしているが、負荷抵抗ＲＬの両端の電圧を出力電圧としてもよい。この場合センサ素子の電気的特性変化が導電率の変化として得られ、ガス種に対応した極値が極小値として出現する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る一酸化炭素ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】センサ素子１０の内部構造及び駆動・測定回路の構成を示す概略図である。
【図３】ヒータコイルへの電圧印加サイクル及び電圧印加サイクルに応じた一酸化炭素ガスの濃度ごとのセンサ素子の出力電圧の変化を示す図である。
【図４】傾き記憶部に予め記憶させる一酸化炭素ガスの濃度ごとの傾きを測定する測定装置の概略構成図である。
【図５】クリーニング期間後のヒータコイルへの電圧印加サイクルが急な場合の一酸化炭素ガスの濃度ごとのセンサ素子の出力電圧の変化を示す図である。
【図６】クリーニング期間後のヒータコイルへの電圧印加サイクルが緩やかな場合の一酸化炭素ガスの濃度ごとのセンサ素子の出力電圧の変化を示す図である。
【図７】クリーニング期間後のヒータコイルへの電圧印加サイクルが急な場合の高濃度の一酸化炭素ガスにおけるセンサ素子の出力電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ガス濃度検出装置
１０  センサ素子
１１  感ガス体
１２  ヒータコイル
２１  ヒータ電圧（温度）制御部
２２  一酸化炭素濃度検出部
２３  傾き記憶部
２４  傾き検知部
２５  一酸化炭素濃度特定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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