[go: up one dir, main page]

JP3700378B2 - Gas detection alarm - Google Patents

Gas detection alarm Download PDF

Info

Publication number
JP3700378B2
JP3700378B2 JP05211298A JP5211298A JP3700378B2 JP 3700378 B2 JP3700378 B2 JP 3700378B2 JP 05211298 A JP05211298 A JP 05211298A JP 5211298 A JP5211298 A JP 5211298A JP 3700378 B2 JP3700378 B2 JP 3700378B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
temperature
circuit
gas
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP05211298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11248659A (en
Inventor
紀久雄 川崎
賢二 石倉
孝一 津田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd filed Critical Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority to JP05211298A priority Critical patent/JP3700378B2/en
Publication of JPH11248659A publication Critical patent/JPH11248659A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3700378B2 publication Critical patent/JP3700378B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Emergency Alarm Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用のガス漏れ警報器、火災警報器等に用いられる電池駆動式の薄膜ガスセンサの温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、既に、家庭用のガス漏れ警報器、火災警報器等に用いられる電池駆動式の薄膜ガスセンサを、特願平9−248629号として出願している。これは、ガス検知素子として、還元性ガスの検出が可能な酸化スズ等の金属酸化物半導体の薄膜をシリコンチップ上に形成し、同時に、ガス検知素子を加熱するためのヒータ用抵抗線を前記薄膜に積層してセンサ本体を構成するとともに、一定間隔でパルス状の電圧を前記ヒータ用抵抗線に印加することでガス検知素子を動作温度まで間欠的に加熱して、動作温度まで昇温されている間のガス検知素子の抵抗を測定することで、検出ガスの有無の判定およびその濃度を測定するものである。
【0003】
この薄膜ガスセンサは、シリコンの微細加工技術を用いて、ガス検知素子およびヒータ部をシリコンチップ上に可能な限り小型に形成したことにより、それらの熱容量を微小な値にしたものである。それにより、パルス電圧を間欠的に印加して加熱し、微小時間だけ動作温度に保持してガス検知の動作をさせることが可能となって、消費電力が著しく削減され電池による長期間の駆動が実現できた。
その結果、この薄膜ガスセンサを電池駆動のガス漏れ警報器または火災警報器に用いた場合に、電池の交換寿命を5年にすることができた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した薄膜ガスセンサは、ガス検知素子を所定の動作温度まで昇温させるために、パルス状の電圧をヒータ線に印加しているが、ガス検知素子およびヒータ線へ供給される電気エネルギは、印加電圧が一定であれば周知のようにパルスの幅(印加時間)に比例する。そこで、薄膜ガスセンサの熱容量および設置環境等に応じて最適なパルス幅が、予め計算や実験により設定される。
【0005】
しかしながら、このようにパルス幅を一定にして、毎回同量の電気エネルギをガス検知素子およびヒータ部へ供給していると、設置場所の雰囲気温度が変動して高温になるとそれに応じてガス検知素子の温度が上昇しすぎて動作範囲の温度帯を越える場合も生じてくる。同様に、雰囲気温度が変動して低温になるとそれに応じてガス検知素子の温度の上昇が抑えられ動作範囲の温度帯に達しない場合も生じてくる。このように、上述した薄膜ガスセンサでは、設置雰囲気の大幅な温度変動には追随できないことがあるため、設置条件が限定される場合があった。
【0006】
さらに、印加電圧が電池の消耗や雰囲気温度の低下により変化すると、供給される電気エネルギ量も減少して、ガス検知素子の加熱能力が低下する。この対策として電源回路中に定電圧回路を設置することで解決することも可能であるが、定電圧回路を設置すると電力のロスが生じて、電池エネルギの効率的な利用という面からすると、好ましいものではない。
【0007】
【解決を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項1の発明は
リコンチップ上にヒータ用抵抗線およびガス検知素子を積層してセンサ本体を形成しておき、電源電池からの電池電圧をパルスによる電圧に変換して前記ヒータ用抵抗線に一定間隔で印加して、その印加電圧でガス検知素子を所定の動作温度まで加熱しその時点のガス検知素子の抵抗値を取り出すことによりガスを検知して警報を出力するガス検知警報器において
ンサ本体に積層して形成された温度検知素子と
池電圧を測定する電池電圧検知回路と
加電圧がヒータ用抵抗線に印加されていない休止期間の温度検知素子の出力からセンサ本体の周囲温度を測定する温度測定回路と
め設定されている印加電圧の印加時間を、その直前に測定された電池電圧および周囲温度にもとづき、ガス検知素子を所定の動作温度まで加熱するのに最適な印加電圧の印加時間に補正する手段と
備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において
源回路とヒータ用抵抗線との間に切換回路を介して接続された昇圧回路と
前記電池電圧検知回路の測定値を監視し、電池電圧が所定値以下に低下した場合に、前記切換回路を作動させて電源回路の電池電圧を昇圧回路により昇圧させてからヒータ用抵抗線に印加する手段と
備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項2の発明において
ータ用抵抗線に印加される電圧の印加時間を監視し、印加時間が所定値以上に増大した場合に、前記切換回路を作動させて電源回路の電池電圧を昇圧回路により昇圧させてからヒータ用抵抗線に印加する手段と
備えたことを特徴とする。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1または請求項2または請求項3記載の発明において
加電圧、周囲温度および印加電圧印加時間の各値を監視する手段と、
印加電圧および周囲温度の変化が各値ごとに設定されている範囲内である場合には、電池電圧検知回路による電池電圧の値の測定動作および温度測定回路による周囲温度の値の測定動作を一定期間停止させるとともに印加電圧印加時間を保持する手段と、
この停止させる一定期間にわたり、保持した印加電圧印加時間により印加電圧で印加する手段と、
備えたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、パルスと記載される波形は必ずしもステップ状の波形に限らず、サーマルストレスを緩和する目的でステップ波形以外の種々の波形を含むものとする。
図1は本発明が適用された電池式ガス漏れ警報器の実施形態の構成を示す図である。この種のガス漏れ警報器は家庭内に設置され、燃料ガスのガス漏れや不完全燃焼時に発生するCOガスの発生を検知し、ブザーや音声で危険な状況にあることを通知する機能を持った装置である。
一般に、従来型のガス漏れ警報器は商用電源や外部から供給される直流電源を用いて稼動している。しかし、本発明にかかるガス漏れ警報器は、図1に示されるように電池7を電源にしており、標準状態での使用であれば、約6年の間稼動できる機能を実現したものである。
【0012】
ガス漏れ警報器はCPU(マイクロコンピュータ)1で集中的に制御される。
ガス検知素子であるところのガスセンサ2は、シリコンの製膜技術を用いてシリコンチップ上に形成された極めて小型で熱容量の小さなセンサである。同様にしてシリコンチップ上のガスセンサ2に近接して、ヒータ用抵抗線(以下、ヒータと略称する。)3が形成されており、ガスセンサ2によりガスを検知しようとするときは、ヒータ3に数十msの期間、通電すればガスセンサ2は所定の動作温度まで加熱される。一般的には、ガス漏れの検知は20秒内に検知できれば能力的に充分であるので、10数秒に1回の割合で、数十msの通電をすれば良い。
そのため、通電される期間は、通電されない期間に比べて極めて小さい比率となり、実際のエネルギ消費量は極めて小さく、電池駆動に適した構成となっている。
【0013】
このガスセンサ2は対象とするガスの種類に応じて反応しやすい温度が存在するため、ガスセンサ2の近くに薄い膜状の温度センサ4が設けられて、ガスセンサ2の温度が測定される。温度検知素子であるところのこの温度センサ4は、白金を素材にして形成されているので安定した温度の計測ができる。ヒータ3はCPU1の制御により一定時間、電気エネルギが与えられて加熱され温度上昇する。この温度変化を検出するために、温度センサ4、抵抗R2〜R4によりブリッジを構成し、温度センサ4の抵抗値の変化を検出して増幅器Amp1で増幅し、比較器Cp1に入力する。
【0014】
比較器Cp1の他方の入力端子には、CPU1のDA変換機能を持ったアナログ出力端子が接続され、温度センサ4からの出力が所定のレベルに達しているかどうかが判定できる。これらにより、温度測定回路が構成される。また、ガスセンサ2が周囲温度まで低下した状態で、温度を測定することで、周囲温度も測定される。なお、この温度測定回路における、レベル検知機能は一般的な方法であるので動作の詳細な説明は省略する。これらの構成によりメタンセンサ回路が構成される。
【0015】
また、回路全体の+側電源部には、出力電圧1Vの定電圧回路5が接続されており、この定電圧回路5は電池電圧により駆動される。1Vの回路電圧はガスセンサ2にも抵抗R1を介して印加されている。ガス濃度が低い状態ではガスセンサ2の抵抗値は高い値を保持しているが、ガス濃度の上昇とともにその抵抗値は低くなる。ガスセンサ2の端子電圧はガス濃度を検知する比較器Cp2の一方の入力端子に接続されている。この比較器Cp2も、温度センサ用の比較器Cp1と同じように、CPU1のDA変換機能を用いてガスセンサ2からの信号のレベルを検知できる。このガスセンサ2は燃料ガスの主成分であるメタンガスを検知する。
【0016】
これとは別に、ほぼ同じ回路構成をしたCOセンサ回路6も接続されているが、機能構成が同一であるので説明を省略する。なお、COセンサ回路6のブロックにはガスセンサのバラツキ吸収用の端子が接続されているが、これはメタンセンサ回路側にも設けられている。つまり、ガスセンサの製造上のバラ付きで、ガスへの反応能力に大きな違いがある場合には、ガスセンサ2の例であれば、抵抗R1の値を等価的にCPU1の出力ポートの動作状況によって変更制御する回路である。
【0017】
また、設定濃度以上のガスをCPU1がソフトウェアの動作によって検知すると、CPU1から音声LSI13に音声の発生を指示する。指示を受けた音声LSI13が、所定の音声信号を増幅器14を介してスピーカ15へ送ることで音声による警報が出力される。
この音声LSI13は市販のLSIであり、多くの電子装置に使用されているのでその機能の詳細説明は省略する。また、ガスセンサのどちらがガスを検知したかによって、発生する音声内容が異なってくる。その理由は、対象のガスの性格によって、検知後の対応処置が異なるからである。
【0018】
また、その検知レベルが警報レベルには達しないが、プレアラームとして報知できれば、それに応じた初期的な処置をすることが望ましいこともある。その場合には音声を発生せずに、例えば、LEDなどの表示だけで通知する機能を持たせることがある。そのための表示器は図示していないが必要に応じて追加すれば良い。このLEDへの通電電流は2〜10mA程度もあれば充分に認識可能な表示ができる。これに対して、音声を発生する場合は100mA以上の電流が必要であるので、その音声警報の電流消費分の一部をこのプレアラームに用いても電池寿命には大きな影響を与えることがない。
【0019】
なお、図1では音声発生による電池電圧の変動を吸収するために、電圧の安定機能を持った音声用電源回路12が設けられている。また、CPU1には電池電圧検知回路8が設けられ、電池電圧の状況を検知している。この機能は電池電圧が所定の値より低下すると、ガスセンサの検知能力が不足したり、発生する音声警報のレベルが不足するおそれがあるからである。
電磁ラッチ9,10は、検知結果を表示する表示板11等を切り換えるために設けられたものであり、ガス漏れ状態が検知されると、電磁コイルを短時間通電して表示板11等をガス検知の表示に切り替えるものである。
【0020】
例えば、ガス漏れのない状態では緑や青の表示にしておき、ガス漏れ状態を検知すると、危険のイメージに近い色である赤、橙などを示すように、機械的な機構を用いて表示板11等の切り替えを行う。この機能には種々の実現方法があるが、説明を省略する。
EEPROM16は電気的に書き換えのできるメモリである。このメモリ16にはガスセンサ2のヒータ加熱制御条件やガスを検知するセンサレベルの設定値などを内蔵し、CPU1が読み出してセンサ回路の制御に使用する。
【0021】
図2はガスセンサ部の構成モデルを示した図である。電池式ガス漏れ警報器に使用するセンサは、まず低消費電力型でなければならない。そこで、シリコンの微細加工技術を使用して、シリコン上にタングステンなどの抵抗体を薄膜技術を用いてヒータ3を形成し、その付近または絶縁した上層部にSnO2の薄膜を形成してガスセンサ2とする。ヒータ3はリード線を介して端子h1,h2に、ガスセンサ2はリード線を介して端子gs1,gs2に接続されている。
【0022】
これらの製造工程では、ガスに反応しやすくするための触媒技術も使用される。また、ガスセンサ2の近くに白金抵抗体で温度センサ4が形成され、リード線を介して端子t1,t2に接続されている。これらは、すでに説明した図1のガスセンサ2、ヒータ3、温度センサ4の各素子を構成する。これらの素子は極めて小型であり、ヒータ3の加熱時定数も数十msであり、短時間で所定の温度まで加熱することができるので、電池を電源としても長期間の使用が可能である。
【0023】
図3は、図2で示したガスセンサ部に印加された電圧と温度変化の関係を示す説明図である。パルスはヒータ3への電池電源から数十msの幅を持った電圧パルスである。図に示すように、ヒータ3への電圧パルスの印加によって、ヒータ3が加熱され、その熱が伝えられてガスセンサ2が温度上昇する。この温度上昇はすでに説明したように、センサ部全体の熱容量が極めて小さいので、短時間で温度上昇を開始する。最初は直線lの立ち上がりで温度上昇し、温度上昇とともに周囲への熱放散が始まり、上昇カーブが緩やかになる。パルスによる印加が無くなると、若千の時間遅れの後にガスセンサ2の温度も低下し、加熱前の常温の状態に戻る。
【0024】
ガスセンサ2は検知対象ガスの種類に応じて反応しやすい温度が存在するので、ヒータ3への電圧印加は、その最適な動作温度まで、加熱するようにパルス幅が選択される。検知対象ガスの反応には若千の時間遅れが存在するので、実際のセンサ温度上昇とガスの反応性の状況に合わせてガスセンサ2の計測タイミングが設定される。このタイミングの設定は、パルスのタイミングとの対比に応じて設定されるのが一般的である。
【0025】
なお、実際のガスセンサ2自身の温度はそのままでは計測できないため、ガスセンサ2付近に設けた温度センサ4からの信号を図1に示した温度検知回路に入力することで間接的に検出するが、ガスセンサ2の温度と計測した温度センサ4の出力には時間的な遅れから誤差が存在する。このため、実際の計測タイミングの設定は、計算機を使用して熱的な挙動をシミュレーションして決定する。この他、ガスの反応時間特性の結果や上記の温度センサの計測データを参照して、安定したガス検知をするために、どのようなタイミングで測定するのがよいのかを事前の技術検討結果を考慮して決定する。
【0026】
ガスセンサ2の温度を変更するには、パルス幅を変更したり、印加電圧の大きさを変更することで実現が可能である。
図4は、ヒータ2に印加する電圧パルスの他の例を示す説明図である。図(a)はガスセンサ2の温度を実線で示し、温度センサ4の出力を破線で示している。ここでは、ガス検知の計測タイミングを幅広くするために、図(b)〜図(d)のようなパターンの印加パルスを用いる。図(b)のパターンは、後半のt1からt2の間のパルス印加を断続的に行うことで、センサ温度のピークを幅広くしたものである。
【0027】
すなわち、このパターンの印加はガスセンサ2から放散される熱エネルギと同量の電気エネルギを継続的に供給することによって、ガスセンサ2のガス検知に適した温度の安定期間を長くするものである。図(c)のパターンは、開始部の0からt1までの間と終了部のt2からt3までの間のレベル変化をアナログ的に制御してガスセンサ2へのヒートショックを和らげるとともに、センサ温度の計測の安定性を高めるように制御するするものである。図(d)のパターンは、図(b)のt1からt2のまでの断続パルス部分をアナログレベル制御に換えたものである。
【0028】
図5は、ガスセンサ部の周囲温度とガスセンサ部を目標温度まで加熱するに必要なエネルギの関係を示す図である。図3に示したような固定された幅からなるパルスによる電圧印加では、周囲温度の影響で実際に到達するセンサ温度は変化してしまう。この関係を示したのが図5である。一般的に、メタンセンサの反応特性は400℃程度の場合が良い。一方、COガスセンサの反応特性は150℃前後の場合が良い。
【0029】
このような目標温度を得るために、温度センサの出力を常に測定して一定の温度範囲になるように制御することが可能である。しかし、そのためには、センサ出力の計測を数msで実行する必要があり、高速な計測回路が必要になる。また、常時計測処理を実行するのでは回路での消費電力が大きくなり、大きく電池を消耗してしまう。特に、高速な計測回路では消費電力も大きくなるので、回路実現のための価格と消費電力の両面から実用的ではない。
【0030】
そこで本発明では、安価で、しかも消費電力の小さい回路で加熱の制御をするために、図5に示される目標センサ温度と周囲温度の差分に相当するエネルギの関係を記憶しておき、周囲温度を測定してその値に応じた量の電気エネルギを注入することで、比較的簡単な制御で目標のセンサ温度が得られるようにしたものである。図5からも分かるように、ガスセンサ部分を目標温度まで加熱するのに必要なエネルギ量は、周囲温度により大きく変動する。
【0031】
特に、目標温度を低温の150℃とすれば、周囲温度の影響はより大きくなる。そこで、周囲温度を計測し、その目標との差を計算し、その値に比例した時間幅のパルス印加を行うことで、目標とするセンサ温度を、高精度で得ることができる。具体的には図3のヒータの印加時間t1を上記の目標温度と周囲温度との差に合わせて設定する。あるいは、標準の周囲温度から目標温度との差に合わせて基準となる印加時間を設定してCPU1に記憶しておき、計測した周囲温度と標準周囲温度の差分に応じて、基準印加時間の長さを補正するようにしても良い。
【0032】
ただし、上記の温度差に合わせた加熱制御では、放熱条件やサーマル的な容量、時間遅れなどの諸条件を考慮していない。従って、単純な温度差の比例係だけでなく、特定な補正係数などの組込みを図ることが精度向上にとっては必要になる。また、ヒータの加熱条件の大きな変動要因に電池電圧の変化がある。電池電圧は電池の残存容量や周囲温度によって変化する。一般に、残存容量の減少とともに電池電圧は低下し、周囲温度の高まりとともに電池電圧は上昇する。なお、図1では、電池7の電圧は、電池電圧検知回路8により計測されてCPU1に入力される。
【0033】
電池電圧と加熱エネルギの関係は、ヒータ抵抗値が一定であるとすれば、ヒータへの印加電圧値の二乗に比例する関係にある。この関係を図6に示している。実際には、金属系のヒータ材料を使用すると、温度上昇とともにヒータ抵抗の値も変化してくる。そのため、これらの温度特性の影響を補正して加熱制御することが望ましいが、実際の制御ではこれらの影響以外に、ヒータの製造上のバラツキ、周囲の取り付け状況など種々の変動要因があり、計算で制御パラメータを決めるよりも、実際の測定値から制御用のパラメータを決める方が容易である。
【0034】
従って、図3に示したようなヒータ印加のパルス幅t1も電池電圧の影響と周囲温度の影響を考慮して補正することが必要である。そのために、種々のデータを測定して補正パラメータを作成し、それを用いた補正方法を図1で示したCPU1のソフトウェア内に持たせておく。多くの場合、この補正パラメータは実験的に決定される。ここでは電池電圧と周囲温度をパラメータとしてヒータの温度制御がオープン制御で行われる。
【0035】
なお、温度センサを常時使用して自動のフィードバック制御手段を用いてヒータを制御するのであれば、変動要因である電池電圧や周囲温度の影響は自動的に吸収されて安定な温度制御が実現できる。しかし、この方法は前述したように、価格と消費電力の点で問題があり、家庭用のガス漏れ警報器のように小型で安価なことが必要条件の装置には、現状では使用できない。
【0036】
また、この消費電力を少なくする目的のために、図1では、電池7からの+側電源をヒータ3に直接接続し、−側にはCPU1からの指令で開閉制御されるドライバ回路D1を接続することにより、電池7から直接エネルギを供給している。電池7の電圧変動が大きいので、その変動を吸収しようとすると、定電圧回路を設ければ制御の安定性は容易に実現できる。しかし、効率の点を考慮すると、定電圧回路でのエネルギロスが大きいため好ましいものではない。
【0037】
また、考慮すべき事項の一つに電池電圧はリチウム電池で3Vと低いことも問題の一つである。つまり、電池自体の電圧が低いために定電圧回路の効率が悪く、エネルギロスが大きくなると言う問題である。さらに、電池を直列接続して電圧を高めることも考えられるが、全体の回路での消費電力を増加させてしまうとともに、安定で危険性の少ないことが必要な電池使用方法に反するので、電池の直列接続は避けるべきである。
【0038】
そこで、電池電圧の低下の対策として、図7に示すように昇圧機能付定電圧回路20を設けた。この図は、図1の構成のCPU1、電池7、ヒータ3からなるヒータ駆動回路部分を取り出して、新規な昇圧機能付定電圧回路20を回路切換のためのトランジスタT10〜T12とともに接続したものである。すなわち、電池7を効率良く使用するために、ヒータ3にトランジスタT10,T11を介して、定電圧回路20を接続しておき、CPU1がトランジスタT11,T12を切換ることによりヒータ3への通電制御をする。
【0039】
電池7の電圧を直接ヒータ3へ印加する場合の通電は、CPU1がT12のベース電流をオン/オフすることで制御される。通常の電池電圧が維持されている間は、電池7から直接エネルギを供給する。電池7の電圧が低下して所定電圧よりも低下したことが、電池電圧検知回路8により検出されると、トランジスタT10をオンさせて昇圧機能付定電圧回路20を作動させ、その出力をトランジスタT11のベース電流をオン/オフすることでヒータ3への通電を制御する。なお、ここでは電池7の電圧低下を、電池電圧検知回路8により検出したが、パルスの印加時間をCPU1が監視し、所定の長さを越えた場合は同様に電圧低下とみなして、定電圧回路20を作動させるようにすることもできる。
【0040】
これらのように、電池7の電圧低下した場合に定電圧回路20が作動するように構成することで、電池エネルギの大部分が、電池から直接使用されることになり、最もエネルギ効率の高い回路構成が実現できる。この結果、電池寿命を大きく延ばすことができる。
なお、上述した電池電圧検知回路8による電池7の電圧検知、および温度センサ4による周囲温度の測定は、通常は、電圧印加のサイクルで実行されるが、それらの値にあまり変化が認められない場合は、毎回の測定とパルス印加時間の補正は、無駄な電力消費となる。
【0041】
そこで、CPU1は、毎回測定したパルスの印加電圧と周囲温度の値を監視し、それらの変化が所定範囲内である場合には、以後の電池電圧検知回路8および温度測定回路の動作を一定期間停止するとともに、その直前に出力されたパルス印加時間の値を保持して、停止期間はその値のパルス印加時間を用いて電圧パルスの出力をする。停止期間を過ぎて、測定を再開し、測定値に大きな変化があれば、新たにパルス印加時間を補正し、大きな変化がなければ再び測定動作を停止する。これらの省エネ動作をCPU1に設けたことで、周囲温度の変化の少ない設置場所での電池寿命を大幅に延ばすことができる。
【0042】
上述したようにこの発明の実施形態によれば、ガスセンサのヒータ特性に合わせて加熱条件を定め、その条件に合わせて定期的に短時間だけガスセンサを加熱してその検知動作温度まで加熱する制御において、周囲温度と電池電圧を一定間隔で計測し、その計測結果が所定の範囲外であれば、加熱条件を変更し、範囲内であれば、温度センサおよび電池電圧の計測処理を停止するようにしたことで、余分に電池電力を消耗することがなくなり、その分電池寿命を延ばすことができる。
【0043】
また、周囲温度の計測用センサをガスセンサ部に一体的に設けたことで構成が簡単となり安価に製作できる。
さらにまた、通常は、電池から直接ヒータを加熱し、電池電圧の低下時にのみ昇圧回路により電圧を昇圧することで、電池エネルギの使用効率が高められるので、警報器に必要な電池容量の減少や電池の寿命の延長が可能になる。
なお、本発明はガス漏れ警報器に限らず、電池を電源とする種々の警報器に使用できることは言うまでもない。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように請求項1の発明によれば、センサ本体に温度検知素子を備えてセンサ本体の周囲温度を測定するとともに、ヒータ用抵抗線に印加される電池電圧またはヒータ端子電圧を測定し、それらの測定値にもとづき、パルス印加時間を最適な値に補正することで、周囲の温度が変動する環境への設置が可能になり、また、設置後に電池の電圧が低下しても安定した動作を保つことができる。
【0045】
請求項2または請求項3の発明によれば、電源電池回路とヒータ用抵抗線との間に切換回路を介して昇圧回路を接続しておき、電圧測定回路の測定値およびパルスの印加時間を監視し、ヒータ用抵抗線に印加される電圧が所定値以下に低下した場合、または印加時間が所定値以上に増大した場合に、切換回路を切換えて昇圧回路を作動させることにより、印加電圧の低下が防止されるとともに、電池の電力が有効に消費されて電池寿命を延ばすことができる。
【0046】
請求項4の発明によれば、毎回測定されるパルス印加電圧、印加時間、周囲温度の値を監視し、それらの変化が所定範囲内である場合に、それらの測定動作を一時中断することで、無駄な電力が消費されることがなくなり、その分電池寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である電池式ガス漏れ警報器の構成を示す図である。
【図2】図1のガスセンサ部の構成モデルを示した図である。
【図3】ガスセンサ部に印加された電圧と温度変化の関係を示す説明図である。
【図4】ガスセンサ部のヒータに印加する電圧パルスの他の例を示す説明図である。
【図5】ガスセンサ部の周囲温度と目標温度まで加熱するに必要なエネルギの関係を示す図である。
【図6】電池電圧とガスセンサ部への加熱エネルギの関係を示す図である。
【図7】図1の回路構成に昇圧機能付定電圧回路を設けた場合を示す図である。
【符号の説明】
1 CPU
2 ガスセンサ
3 ヒータ(ヒータ用抵抗線)
4 温度センサ
5 定電圧回路
6 COセンサ回路
7 電池
8 電池電圧検知回路
9,10 電磁ラッチ
11 表示板
12 音声用電源回路
13 音声LSI
14 増幅器
15 スピーカ
16 EEPROM
20 昇圧機能付定電圧回路
Amp1 増幅器
Cp1,Cp2 比較器
D1 ドライバ回路
R1〜R4 抵抗
T10〜T12 トランジスタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature control device for a battery-driven thin film gas sensor used for a home gas leak alarm, a fire alarm or the like.
[0002]
[Prior art]
The present applicant has already filed a Japanese Patent Application No. 9-248629 for a battery-driven thin film gas sensor used for a home gas leak alarm, a fire alarm or the like. This is because, as a gas detection element, a thin film of a metal oxide semiconductor such as tin oxide capable of detecting a reducing gas is formed on a silicon chip, and at the same time, a heater resistance wire for heating the gas detection element is provided. The sensor body is laminated with a thin film, and the gas detection element is intermittently heated to the operating temperature by applying a pulsed voltage to the heater resistance wire at regular intervals, and the temperature is raised to the operating temperature. By measuring the resistance of the gas detection element during measurement, the presence or absence of the detection gas and the concentration thereof are measured.
[0003]
In this thin film gas sensor, the gas detection element and the heater part are formed as small as possible on a silicon chip by using a silicon microfabrication technique, so that their heat capacities are made minute values. As a result, it is possible to intermittently apply a pulse voltage and heat it, hold it at the operating temperature for a very short time to operate the gas detection, significantly reduce power consumption, and drive the battery for a long time. Realized.
As a result, when this thin film gas sensor was used for a battery-driven gas leak alarm or fire alarm, the battery replacement life could be extended to 5 years.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the thin film gas sensor described above applies a pulsed voltage to the heater wire in order to raise the temperature of the gas detection element to a predetermined operating temperature. However, the electrical energy supplied to the gas detection element and the heater wire is If the applied voltage is constant, it is proportional to the pulse width (application time) as is well known. Therefore, an optimum pulse width is set in advance by calculation or experiment according to the heat capacity of the thin film gas sensor, the installation environment, and the like.
[0005]
However, if the pulse width is constant and the same amount of electric energy is supplied to the gas detection element and the heater part each time, the gas detection element correspondingly changes when the ambient temperature at the installation location fluctuates. In some cases, the temperature of the temperature rises too much and exceeds the temperature range of the operating range. Similarly, when the ambient temperature fluctuates and becomes low, a rise in the temperature of the gas detection element is suppressed accordingly, and the temperature range of the operating range may not be reached. As described above, in the above-described thin film gas sensor, the installation condition may be limited because it may not be able to follow a large temperature fluctuation of the installation atmosphere.
[0006]
Furthermore, when the applied voltage changes due to battery consumption or a decrease in ambient temperature, the amount of supplied electric energy also decreases, and the heating capacity of the gas detection element decreases. Although it is possible to solve this problem by installing a constant voltage circuit in the power supply circuit, the loss of power occurs when the constant voltage circuit is installed, which is preferable in terms of efficient use of battery energy. It is not a thing.
[0007]
[Means for solving the problem]
  In order to solve the above problem, the invention of claim 1,
  ShiOn the recon chip, heater resistance wire andBigSensor detectors are stacked to form a sensor body,The battery voltage ofA fixed interval between the heater resistance wiresMarkIn addition, in the gas detection alarm device that detects the gas and outputs an alarm by heating the gas detection element to a predetermined operating temperature with the applied voltage and taking out the resistance value of the gas detection element at that time,
  SEA temperature sensing element formed on the sensor body,
  ElectricPond voltageMeasure battery voltage detectionCircuit and,
  markA temperature measuring circuit for measuring the ambient temperature of the sensor body from the output of the temperature sensing element during the idle period when the applied voltage is not applied to the heater resistance wire;,
  ForecastThe application time of the set application voltage was measured immediately beforebatteryMeans for correcting the application time of the optimum applied voltage to heat the gas detecting element to a predetermined operating temperature based on the voltage and the ambient temperature;,
  TheIt is characterized by having.
[0008]
  The invention of claim 2 is the invention of claim 1,,
  ElectricA booster circuit connected via a switching circuit between the source circuit and the heater resistance wire;,
  The battery voltage detection circuitMonitor the measurements ofbatteryWhen the voltage drops below a predetermined value, the switching circuit is operated tobatteryMeans for boosting the voltage by a booster circuit and then applying the voltage to the resistance wire for the heater;,
  TheIt is characterized by having.
[0009]
  The invention of claim 3 is the invention of claim 2.,
  HiThe application time of the voltage applied to the data resistor wire is monitored, and when the application time increases beyond a predetermined value, the switching circuit is operated tobatteryMeans for boosting the voltage by a booster circuit and then applying the voltage to the resistance wire for the heater;,
  TheIt is characterized by having.
[0010]
  The invention of claim 4 is the invention of claim 1 or claim 2 or claim 3.,
  markElectrificationPressure,Ambient temperatureDegreeAnd each value of applied voltage application time are monitoredMeans to
  Applied voltage and ambient temperatureIs within the range set for each value,Battery voltage value measurement operation by battery voltage detection circuit and ambient temperature value by temperature measurement circuitStop the measurement operation for a certain periodAnd means for holding the applied voltage application time,
  Means for applying the applied voltage at the applied voltage application time held for a certain period of time to be stopped;
  TheIt is characterized by having.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a waveform described as a pulse is not necessarily a step-like waveform, and includes various waveforms other than a step waveform for the purpose of reducing thermal stress.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a battery type gas leak alarm to which the present invention is applied. This kind of gas leak alarm is installed in the home and has the function of detecting the gas leak of fuel gas and the generation of CO gas generated during incomplete combustion and notifying that it is in a dangerous situation with a buzzer or sound. Device.
Generally, a conventional gas leak alarm is operated using a commercial power source or a DC power source supplied from the outside. However, the gas leak alarm device according to the present invention uses a battery 7 as a power source as shown in FIG. 1 and realizes a function capable of operating for about 6 years if used in a standard state. .
[0012]
The gas leak alarm is centrally controlled by a CPU (microcomputer) 1.
The gas sensor 2 which is a gas detection element is an extremely small sensor having a small heat capacity formed on a silicon chip by using a silicon film forming technique. Similarly, a heater resistance wire (hereinafter abbreviated as “heater”) 3 is formed in the vicinity of the gas sensor 2 on the silicon chip. If energized for a period of 10 ms, the gas sensor 2 is heated to a predetermined operating temperature. In general, if the gas leak can be detected within 20 seconds, it is sufficient in terms of capability. Therefore, it is sufficient to energize for several tens of milliseconds at a rate of once every 10 seconds.
Therefore, the energized period is an extremely small ratio compared to the non-energized period, and the actual energy consumption is extremely small, which is suitable for battery driving.
[0013]
Since the gas sensor 2 has a temperature at which it easily reacts depending on the type of target gas, a thin film temperature sensor 4 is provided near the gas sensor 2 to measure the temperature of the gas sensor 2. Since this temperature sensor 4 which is a temperature detecting element is made of platinum, it can measure a stable temperature. The heater 3 is heated by being supplied with electric energy for a certain period of time under the control of the CPU 1 and rises in temperature. In order to detect this temperature change, a bridge is constituted by the temperature sensor 4 and the resistors R2 to R4, a change in the resistance value of the temperature sensor 4 is detected, amplified by the amplifier Amp1, and input to the comparator Cp1.
[0014]
An analog output terminal having a DA conversion function of the CPU 1 is connected to the other input terminal of the comparator Cp1, and it can be determined whether or not the output from the temperature sensor 4 has reached a predetermined level. These constitute a temperature measurement circuit. Moreover, ambient temperature is also measured by measuring temperature in the state in which the gas sensor 2 fell to ambient temperature. Since the level detection function in this temperature measurement circuit is a general method, detailed description of the operation is omitted. These configurations constitute a methane sensor circuit.
[0015]
Further, a constant voltage circuit 5 having an output voltage of 1 V is connected to the + side power supply unit of the entire circuit, and this constant voltage circuit 5 is driven by a battery voltage. The circuit voltage of 1V is also applied to the gas sensor 2 via the resistor R1. In a state where the gas concentration is low, the resistance value of the gas sensor 2 maintains a high value, but the resistance value decreases as the gas concentration increases. The terminal voltage of the gas sensor 2 is connected to one input terminal of the comparator Cp2 that detects the gas concentration. The comparator Cp2 can also detect the level of the signal from the gas sensor 2 by using the DA conversion function of the CPU 1 in the same manner as the temperature sensor comparator Cp1. This gas sensor 2 detects methane gas which is the main component of fuel gas.
[0016]
Separately from this, a CO sensor circuit 6 having substantially the same circuit configuration is also connected, but the functional configuration is the same, and thus the description thereof is omitted. The CO sensor circuit 6 is connected to a terminal for absorbing variations in the gas sensor, which is also provided on the methane sensor circuit side. In other words, if there is a variation in the gas sensor production and there is a large difference in the gas reaction capacity, in the case of the gas sensor 2, the value of the resistor R1 is changed equivalently depending on the operating state of the output port of the CPU 1 It is a circuit to control.
[0017]
When the CPU 1 detects a gas having a concentration higher than the set concentration by software operation, the CPU 1 instructs the sound LSI 13 to generate sound. Upon receiving the instruction, the audio LSI 13 sends a predetermined audio signal to the speaker 15 via the amplifier 14 to output an audio alarm.
The voice LSI 13 is a commercially available LSI, and since it is used in many electronic devices, a detailed description of its function is omitted. Further, the generated audio content differs depending on which gas sensor detects the gas. The reason is that the countermeasures after detection differ depending on the nature of the target gas.
[0018]
Further, although the detection level does not reach the alarm level, it may be desirable to take an initial measure according to the pre-alarm if it can be notified. In such a case, a function may be provided in which, for example, only a display such as an LED is used without generating a sound. A display for that purpose is not shown, but may be added as necessary. If the current applied to the LED is about 2 to 10 mA, a sufficiently recognizable display can be obtained. On the other hand, when sound is generated, a current of 100 mA or more is required. Therefore, even if a part of the current consumption of the sound alarm is used for this pre-alarm, the battery life is not greatly affected. .
[0019]
In FIG. 1, an audio power supply circuit 12 having a voltage stabilizing function is provided in order to absorb battery voltage fluctuation due to audio generation. Moreover, the battery voltage detection circuit 8 is provided in CPU1, and the condition of a battery voltage is detected. This is because if the battery voltage falls below a predetermined value, the gas sensor may have insufficient detection capability or the level of the sound alarm that is generated may be insufficient.
The electromagnetic latches 9 and 10 are provided for switching the display plate 11 or the like for displaying the detection result. When a gas leakage state is detected, the electromagnetic coil is energized for a short time to cause the display plate 11 or the like to gas. It switches to the detection display.
[0020]
For example, when there is no gas leak, the display board is displayed in green or blue, and when the gas leak state is detected, the display board is displayed using a mechanical mechanism so that red, orange, etc., which are colors close to the danger image. 11 is switched. There are various methods for realizing this function, but a description thereof will be omitted.
The EEPROM 16 is an electrically rewritable memory. The memory 16 incorporates heater heating control conditions for the gas sensor 2, sensor level setting values for detecting gas, and the like, which are read out by the CPU 1 and used for controlling the sensor circuit.
[0021]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration model of the gas sensor unit. Sensors used in battery-powered gas leak alarms must first be of low power consumption type. Therefore, by using a silicon microfabrication technique, a heater 3 is formed on a silicon with a resistor such as tungsten using a thin film technique, and a SnO2 thin film is formed in the vicinity or on an insulated upper layer portion to form the gas sensor 2 To do. The heater 3 is connected to terminals h1 and h2 via lead wires, and the gas sensor 2 is connected to terminals gs1 and gs2 via lead wires.
[0022]
In these manufacturing processes, a catalyst technology for facilitating reaction with gas is also used. Further, a temperature sensor 4 is formed of a platinum resistor near the gas sensor 2, and is connected to the terminals t1 and t2 via lead wires. These constitute the elements of the gas sensor 2, the heater 3 and the temperature sensor 4 of FIG. These elements are extremely small, the heating time constant of the heater 3 is several tens of ms, and can be heated to a predetermined temperature in a short time, so that the battery can be used for a long time even as a power source.
[0023]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the voltage applied to the gas sensor section shown in FIG. 2 and the temperature change. The pulse is a voltage pulse having a width of several tens of ms from the battery power supply to the heater 3. As shown in the figure, application of a voltage pulse to the heater 3 heats the heater 3 and transmits the heat to raise the temperature of the gas sensor 2. As described above, since the heat capacity of the entire sensor unit is extremely small, the temperature increase starts in a short time. At first, the temperature rises at the rising edge of the straight line l, and heat dissipation to the surroundings starts with the temperature rise, and the rising curve becomes gentle. When application by the pulse is lost, the temperature of the gas sensor 2 is lowered after a time delay of a young thousand and returns to a normal temperature state before heating.
[0024]
Since the gas sensor 2 has a temperature at which it easily reacts depending on the type of gas to be detected, the pulse width is selected so that the voltage application to the heater 3 is heated to its optimum operating temperature. Since the reaction of the detection target gas has a time delay of 1000, the measurement timing of the gas sensor 2 is set in accordance with the actual sensor temperature rise and gas reactivity. In general, the timing is set according to a comparison with the pulse timing.
[0025]
Since the actual temperature of the gas sensor 2 itself cannot be measured as it is, it is indirectly detected by inputting a signal from the temperature sensor 4 provided in the vicinity of the gas sensor 2 to the temperature detection circuit shown in FIG. There is an error due to a time delay in the temperature 2 and the output of the measured temperature sensor 4. For this reason, the setting of actual measurement timing is determined by simulating thermal behavior using a computer. In addition, refer to the results of gas reaction time characteristics and the measurement data of the above temperature sensor to determine the timing of measurement in advance for stable gas detection. Decide in consideration.
[0026]
The temperature of the gas sensor 2 can be changed by changing the pulse width or changing the magnitude of the applied voltage.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of a voltage pulse applied to the heater 2. FIG. 2A shows the temperature of the gas sensor 2 with a solid line, and the output of the temperature sensor 4 with a broken line. Here, in order to widen the measurement timing of gas detection, an applied pulse having a pattern as shown in FIGS. In the pattern of FIG. 2B, the peak of the sensor temperature is widened by intermittently applying a pulse between t1 and t2 in the latter half.
[0027]
That is, the application of this pattern extends the stable period of temperature suitable for gas detection of the gas sensor 2 by continuously supplying the same amount of electric energy as the thermal energy dissipated from the gas sensor 2. In the pattern of FIG. (C), the level change between the start part 0 and t1 and the end part t2 to t3 is controlled in an analog manner to reduce the heat shock to the gas sensor 2, and the sensor temperature. The control is performed so as to increase the stability of measurement. The pattern of FIG. (D) is obtained by replacing the intermittent pulse portion from t1 to t2 of FIG. (B) with analog level control.
[0028]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature of the gas sensor unit and the energy required to heat the gas sensor unit to the target temperature. When a voltage is applied by a pulse having a fixed width as shown in FIG. 3, the sensor temperature actually reached changes due to the influence of the ambient temperature. FIG. 5 shows this relationship. In general, the reaction characteristic of a methane sensor is preferably about 400 ° C. On the other hand, the reaction characteristic of the CO gas sensor is preferably around 150 ° C.
[0029]
In order to obtain such a target temperature, it is possible to always measure the output of the temperature sensor and control it to be within a certain temperature range. However, for that purpose, it is necessary to measure the sensor output in several ms, and a high-speed measurement circuit is required. Moreover, if the measurement process is always performed, the power consumption in the circuit increases, and the battery is consumed greatly. In particular, a high-speed measurement circuit consumes a large amount of power, which is not practical in terms of both the cost for realizing the circuit and the power consumption.
[0030]
Therefore, in the present invention, in order to control heating with a low-cost and low power consumption circuit, the energy relationship corresponding to the difference between the target sensor temperature and the ambient temperature shown in FIG. The target sensor temperature can be obtained with relatively simple control by measuring and measuring and injecting electric energy corresponding to the measured value. As can be seen from FIG. 5, the amount of energy required to heat the gas sensor portion to the target temperature varies greatly with the ambient temperature.
[0031]
In particular, if the target temperature is a low temperature of 150 ° C., the influence of the ambient temperature becomes greater. Therefore, by measuring the ambient temperature, calculating the difference from the target, and applying a pulse with a time width proportional to the value, the target sensor temperature can be obtained with high accuracy. Specifically, the heater application time t1 in FIG. 3 is set in accordance with the difference between the target temperature and the ambient temperature. Alternatively, a reference application time is set in accordance with the difference from the standard ambient temperature to the target temperature and stored in the CPU 1, and the reference application time is increased according to the difference between the measured ambient temperature and the standard ambient temperature. You may make it correct | amend.
[0032]
  However, in the heating control according to the above temperature difference, various conditions such as heat dissipation conditions, thermal capacity, and time delay are not considered. Therefore, simple temperature difference proportionalSekiIn order to improve accuracy, it is necessary to incorporate a specific correction coefficient in addition to the clerk. In addition, a battery voltage change is a major variation factor in the heating conditions of the heater. The battery voltage varies depending on the remaining capacity of the battery and the ambient temperature. In general, the battery voltage decreases as the remaining capacity decreases, and the battery voltage increases as the ambient temperature increases. In FIG. 1, the voltage of the battery 7 is measured by the battery voltage detection circuit 8 and input to the CPU 1.
[0033]
The relationship between the battery voltage and the heating energy is proportional to the square of the voltage value applied to the heater if the heater resistance value is constant. This relationship is shown in FIG. Actually, when a metal heater material is used, the value of the heater resistance also changes as the temperature rises. Therefore, it is desirable to control the heating by correcting the influence of these temperature characteristics, but in actual control there are various fluctuation factors such as variations in heater manufacturing and surrounding mounting conditions in addition to these influences. It is easier to determine control parameters from actual measured values than to determine control parameters by.
[0034]
Therefore, it is necessary to correct the pulse width t1 of the heater application as shown in FIG. 3 in consideration of the influence of the battery voltage and the influence of the ambient temperature. For this purpose, various parameters are measured to create correction parameters, and a correction method using them is provided in the software of the CPU 1 shown in FIG. In many cases, this correction parameter is determined experimentally. Here, the heater temperature control is performed by open control using the battery voltage and the ambient temperature as parameters.
[0035]
If the temperature sensor is always used and the heater is controlled using an automatic feedback control means, the influence of the battery voltage and the ambient temperature, which are fluctuation factors, are automatically absorbed and stable temperature control can be realized. . However, as described above, this method has a problem in terms of price and power consumption, and cannot be used at present for a device that is small and inexpensive, such as a home gas leak alarm.
[0036]
In order to reduce the power consumption, in FIG. 1, the + side power source from the battery 7 is directly connected to the heater 3, and the driver circuit D 1 that is controlled to open and close by a command from the CPU 1 is connected to the − side. By doing so, energy is directly supplied from the battery 7. Since the voltage fluctuation of the battery 7 is large, the stability of control can be easily realized by providing a constant voltage circuit to absorb the fluctuation. However, considering the efficiency, it is not preferable because the energy loss in the constant voltage circuit is large.
[0037]
Another problem is that the battery voltage is as low as 3 V for lithium batteries. In other words, since the voltage of the battery itself is low, the efficiency of the constant voltage circuit is poor and the energy loss is increased. In addition, it is conceivable to increase the voltage by connecting batteries in series, but this increases the power consumption of the entire circuit and is contrary to the method of using the battery, which requires stable and low risk. Series connections should be avoided.
[0038]
Therefore, as a countermeasure against a decrease in battery voltage, a constant voltage circuit 20 with a boosting function is provided as shown in FIG. In this figure, the heater driving circuit portion comprising the CPU 1, battery 7 and heater 3 having the configuration shown in FIG. 1 is taken out and a new constant voltage circuit 20 with a boosting function is connected together with transistors T10 to T12 for circuit switching. is there. That is, in order to use the battery 7 efficiently, the constant voltage circuit 20 is connected to the heater 3 via the transistors T10 and T11, and the CPU 1 switches the transistors T11 and T12 so that the heater 3 is energized. do.
[0039]
Energization when the voltage of the battery 7 is directly applied to the heater 3 is controlled by the CPU 1 turning on / off the base current of T12. While the normal battery voltage is maintained, energy is supplied directly from the battery 7. When the battery voltage detection circuit 8 detects that the voltage of the battery 7 has decreased to a level lower than the predetermined voltage, the transistor T10 is turned on to operate the constant voltage circuit 20 with a boosting function, and the output is output to the transistor T11. The energization to the heater 3 is controlled by turning on / off the base current. Here, the voltage drop of the battery 7 is detected by the battery voltage detection circuit 8, but the CPU 1 monitors the application time of the pulse, and if it exceeds a predetermined length, it is similarly regarded as a voltage drop, and the constant voltage The circuit 20 can also be activated.
[0040]
As described above, by configuring the constant voltage circuit 20 to operate when the voltage of the battery 7 drops, most of the battery energy is used directly from the battery, and the most energy efficient circuit Configuration can be realized. As a result, the battery life can be greatly extended.
In addition, although the voltage detection of the battery 7 by the battery voltage detection circuit 8 mentioned above and the measurement of the ambient temperature by the temperature sensor 4 are normally performed in the cycle of voltage application, those values are not changed so much. In this case, each measurement and correction of the pulse application time results in wasteful power consumption.
[0041]
Therefore, the CPU 1 monitors the pulse application voltage and the ambient temperature value measured each time, and when the changes are within a predetermined range, the subsequent operation of the battery voltage detection circuit 8 and the temperature measurement circuit is performed for a certain period. While stopping, the value of the pulse application time output immediately before is held, and during the stop period, a voltage pulse is output using the pulse application time of that value. After the stop period, the measurement is restarted. If there is a large change in the measured value, the pulse application time is newly corrected. If there is no large change, the measurement operation is stopped again. By providing these energy saving operations in the CPU 1, it is possible to greatly extend the battery life at the installation place where the change in the ambient temperature is small.
[0042]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the heating condition is determined according to the heater characteristics of the gas sensor, and the gas sensor is periodically heated only for a short time according to the condition and heated to the detection operation temperature. Measure ambient temperature and battery voltage at regular intervals, change the heating condition if the measurement result is outside the predetermined range, and stop the temperature sensor and battery voltage measurement process if the result is within the range As a result, the battery power is not consumed excessively, and the battery life can be extended accordingly.
[0043]
Further, since the sensor for measuring the ambient temperature is integrally provided in the gas sensor unit, the configuration is simplified and the sensor can be manufactured at low cost.
Furthermore, normally, the heater is directly heated from the battery, and the voltage is boosted by the booster circuit only when the battery voltage is lowered, so that the battery energy usage efficiency can be increased. Battery life can be extended.
Needless to say, the present invention can be used not only for gas leak alarms but also for various alarms using batteries as a power source.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the sensor body is provided with the temperature detecting element to measure the ambient temperature of the sensor body, and the battery voltage or the heater terminal voltage applied to the heater resistance wire is measured. By correcting the pulse application time to the optimum value based on these measured values, it can be installed in an environment where the ambient temperature fluctuates, and stable even if the battery voltage drops after installation. The operation can be kept.
[0045]
According to the second or third aspect of the present invention, the booster circuit is connected via the switching circuit between the power battery circuit and the heater resistance wire, and the measured value of the voltage measuring circuit and the application time of the pulse are determined. When the voltage applied to the heater resistance wire drops below a predetermined value or when the application time increases above a predetermined value, the switching circuit is switched and the booster circuit is operated to A decrease in the battery life is prevented and the battery power is effectively consumed, thereby extending the battery life.
[0046]
According to the invention of claim 4, the pulse application voltage, the application time, and the ambient temperature that are measured each time are monitored, and when these changes are within a predetermined range, these measurement operations are temporarily suspended. As a result, useless power is not consumed, and the battery life can be extended accordingly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery-type gas leak alarm which is an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration model of the gas sensor unit of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a voltage applied to a gas sensor unit and a temperature change.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of voltage pulses applied to the heater of the gas sensor unit.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature of the gas sensor unit and the energy required for heating to the target temperature.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between battery voltage and heating energy to a gas sensor unit.
7 is a diagram showing a case where a constant voltage circuit with a boosting function is provided in the circuit configuration of FIG.
[Explanation of symbols]
1 CPU
2 Gas sensor
3. Heater (resistance wire for heater)
4 Temperature sensor
5 Constant voltage circuit
6 CO sensor circuit
7 batteries
8 Battery voltage detection circuit
9,10 Electromagnetic latch
11 Display board
12 Audio power circuit
13 Voice LSI
14 Amplifier
15 Speaker
16 EEPROM
20 Voltage regulator with boost function
Amp1 amplifier
Cp1, Cp2 comparator
D1 driver circuit
R1-R4 resistance
T10 to T12 transistors

Claims (4)

シリコンチップ上にヒータ用抵抗線およびガス検知素子を積層してセンサ本体を形成しておき、電源電池からの電池電圧をパルスによる電圧に変換して前記ヒータ用抵抗線に一定間隔で印加して、その印加電圧でガス検知素子を所定の動作温度まで加熱しその時点のガス検知素子の抵抗値を取り出すことによりガスを検知して警報を出力するガス検知警報器において、
センサ本体に積層して形成された温度検知素子と、
池電圧を測定する電池電圧検知回路と、
印加電圧がヒータ用抵抗線に印加されていない休止期間の温度検知素子の出力からセンサ本体の周囲温度を測定する温度測定回路と、
予め設定されている印加電圧の印加時間を、その直前に測定された電池電圧および周囲温度にもとづき、ガス検知素子を所定の動作温度まで加熱するのに最適な印加電圧の印加時間に補正する手段と、
を備えたことを特徴とするガス検知警報器。
On a silicon chip by stacking a beauty gas sensing element Oyo resistance wire heater previously formed the sensor body, at regular intervals to the resistance wire for the heater to convert the battery voltage from the power supply battery voltage by pulse and indicia pressurized, the gas detection alarm device outputs an alarm by detecting the gas by removing the resistance value of the gas sensing element at that time to heat the gas sensing element in the applied voltage up to a predetermined operating temperature,
A temperature sensing element formed on the sensor body,
A battery voltage detection circuit that measures the batteries voltage,
A temperature measuring circuit for measuring the ambient temperature of the sensor body from the output of the temperature sensing element during the rest period in which the applied voltage is not applied to the heater resistance wire;
Means for correcting a preset application voltage application time to an optimum application voltage application time for heating the gas detection element to a predetermined operating temperature based on the battery voltage and ambient temperature measured immediately before When,
A gas detection alarm device comprising:
請求項1記載のガス検知警報器において、
電源回路とヒータ用抵抗線との間に切換回路を介して接続された昇圧回路と、
前記電池電圧検知回路の測定値を監視し、電池電圧が所定値以下に低下した場合に、前記切換回路を作動させて電源回路の電池電圧を昇圧回路により昇圧させてからヒータ用抵抗線に印加する手段と、
を備えたことを特徴とするガス検知警報器。
The gas detection alarm device according to claim 1, wherein
A booster circuit connected via a switching circuit between the power supply circuit and the heater resistance wire;
The measured value of the battery voltage detection circuit is monitored, and when the battery voltage falls below a predetermined value, the switching circuit is activated to boost the battery voltage of the power supply circuit by the booster circuit and then applied to the heater resistance wire Means to
A gas detection alarm device comprising:
請求項2記載のガス検知警報器において、
ヒータ用抵抗線に印加される電圧の印加時間を監視し、印加時間が所定値以上に増大した場合に、前記切換回路を作動させて電源回路の電池電圧を昇圧回路により昇圧させてからヒータ用抵抗線に印加する手段と、
を備えたことを特徴とするガス検知警報器。
The gas detection alarm device according to claim 2,
The application time of the voltage applied to the heater resistance wire is monitored, and when the application time increases to a predetermined value or more, the battery voltage of the power supply circuit is boosted by the booster circuit by operating the switching circuit, and then the heater Means for applying to the resistance wire;
A gas detection alarm device comprising:
請求項1または請求項2または請求項3記載のガス検知警報器において、
加電圧、周囲温度および印加電圧印加時間の各値を監視する手段と、
印加電圧および周囲温度の変化が各値ごとに設定されている範囲内である場合には、電池電圧検知回路による電池電圧の値の測定動作および温度測定回路による周囲温度の値の測定動作を一定期間停止させるとともに印加電圧印加時間を保持する手段と、
この停止させる一定期間にわたり、保持した印加電圧印加時間により印加電圧で印加する手段と、
備えたことを特徴とするガス検知警報器。
In the gas detection alarm according to claim 1 or claim 2 or claim 3,
Mark pressurization voltage, and means for monitoring the value of the ambient temperature Contact and applied voltage application time,
When the change in applied voltage and ambient temperature is within the range set for each value, the measurement operation of the battery voltage value by the battery voltage detection circuit and the measurement operation of the ambient temperature value by the temperature measurement circuit are constant. Means for stopping the period and holding the applied voltage application time;
Means for applying the applied voltage at the applied voltage application time held for a certain period of time to be stopped;
Gas detection alarm, characterized in that it comprises a.
JP05211298A 1998-03-04 1998-03-04 Gas detection alarm Expired - Lifetime JP3700378B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05211298A JP3700378B2 (en) 1998-03-04 1998-03-04 Gas detection alarm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05211298A JP3700378B2 (en) 1998-03-04 1998-03-04 Gas detection alarm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11248659A JPH11248659A (en) 1999-09-17
JP3700378B2 true JP3700378B2 (en) 2005-09-28

Family

ID=12905793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05211298A Expired - Lifetime JP3700378B2 (en) 1998-03-04 1998-03-04 Gas detection alarm

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3700378B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5608761B2 (en) * 2011-02-04 2014-10-15 富士電機株式会社 Battery-powered alarm
JP6244562B2 (en) * 2013-01-07 2017-12-13 Nissha株式会社 Gas detector
JP6863083B2 (en) * 2017-05-29 2021-04-21 富士電機株式会社 Gas sensor, gas alarm, control device, control method, and heater drive method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59144991A (en) * 1983-02-07 1984-08-20 松下電器産業株式会社 Gas leak alarm
JPS59143947A (en) * 1983-02-07 1984-08-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas leak alarming device
JPS60114758A (en) * 1983-11-28 1985-06-21 Fujikura Ltd Temperature controlling method of heating type sensor
JP2847970B2 (en) * 1989-12-28 1999-01-20 富士電機株式会社 Gas sensor and method of manufacturing the same
JP3300110B2 (en) * 1993-06-29 2002-07-08 リコーエレメックス株式会社 Gas detector

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11248659A (en) 1999-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6812708B2 (en) Combustible-gas measuring instrument
JPH0436807Y2 (en)
JPH1114589A (en) Gas sensor
JP3700379B2 (en) Gas detection alarm
US8555701B1 (en) Enhanced metal oxide gas sensor
JP3700378B2 (en) Gas detection alarm
JP3672082B2 (en) Gas detection alarm device using hot-wire gas sensor
JPH0426702B2 (en)
JP6244562B2 (en) Gas detector
JP4050838B2 (en) Gas detector
JP5111180B2 (en) Thermal flow meter
CN112352152B (en) Gas detection device and gas detection method
JP4528638B2 (en) Gas detector
JPH04361148A (en) Gas detection device
JP5184221B2 (en) Gas leak alarm
JP5755898B2 (en) Gas alarm, gas sensor heater temperature control method in gas alarm
JP5755899B2 (en) Gas alarm device and heater power control method for gas sensor in gas alarm device
JPH112620A (en) Gas sensor
JPH0627657B2 (en) Sensor drive method
JP4803658B2 (en) Intermittent drive type combustible gas detector
JP3999831B2 (en) Gas detection method and apparatus
JP2015052538A (en) Gas alarm and its control device
JP2002296212A (en) Humidity detector
JP6920905B2 (en) Gas detector
KR970005814B1 (en) Carbon Monoxide Gas Alarm

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20040205

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050324

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050621

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050704

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080722

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722

Year of fee payment: 4

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722

Year of fee payment: 4

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100722

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100722

Year of fee payment: 5

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100722

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722

Year of fee payment: 6

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120722

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120722

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130722

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term