JP5788188B2 - ガス警報器、ガス警報器におけるガスセンサのヒータ電圧設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス警報器におけるガスセンサのヒータ電圧の調整技術に関する。

ガス警報器においては、都市ガスやＬＰガスなどの検知対象ガスを検知するためにガスセンサが用いられている。ガスセンサは、ガスを検知するために、ヒータ抵抗に電圧を印加してヒータ温度をたとえば４００℃など所定温度に加熱して使用される。そして、検知ガスとの反応により変化するセンサ抵抗の変化を測定することにより、ガス検知を行っている。

ヒータ温度は、ヒータ部に注入する電力量（電圧×電流）によって制御することができる。ヒータ温度が所定の値よりも低い場合は、検知ガスに対するセンサの感度が不十分だったり、検知ガス以外のガスに対して高感度化したりする。ヒータ温度が所定の値よりも高い場合は、ガスに対する感度変化の他にセンサ自体を故障させてしまう恐れもある。そのため、ヒータ温度を常に一定に保つ必要がある。

また、ヒータは、金属系の材料で製造されるが、製造上のバラツキなどによりヒータの抵抗値を一定に生産することが困難であり、全てのセンサに同じヒータ電圧を印加してもヒータに流れる電流が一定とならないため、ヒータ温度が一定とならない問題がある。

このため、従来は、センサ個々のヒータ抵抗値のバラツキに起因するヒータ温度のバラツキを補正し、ヒータ温度を一定に保つ為に、ガスセンサのヒータ電圧を１台毎に調整し警報器本体に記憶させる必要があった。

図３は、従来技術におけるヒータ電圧の制御処理を示すフローチャートである。
まず、通常使用モードか、ヒータを調整するモードかを判定する（図３のＳ１）。ガス警報器は、通常のガスもれを検知するモードとは別に、警報器の各種設定を行うためのモードを備えている。

そして、ヒータ調整モードの場合（図３のＳ１の判定がＹｅｓの場合）は、ガスセンサのヒータ部へ印加するヒータ電圧を外部から設定できるようにしている。
まず、目標値のヒータ温度になるようなヒータ電圧設定値を、ガス警報器の外部に接続された調整信号設定器より、ガス警報器内部の調整信号入力部を介して制御回路部（マイコン）に設定する（図３のＳ２）。

制御回路部は、設定されたヒータ電圧設定値に基づき、ヒータ電圧をガスセンサに印加する（図３のＳ３）。
このときのヒータ電圧を測定し（図３のＳ４）、測定されたヒータ電圧とヒータ電圧設定値が同一であるか否かを判定する（図３のＳ５）。

上記判定結果が不一致である場合は、図３のＳ２に戻りヒータ電圧変更して再度ヒータ電圧設定値を設定して、図３のＳ２からＳ５までの処理を、図３のＳ５で測定されたヒータ電圧とヒータ電圧設定値が一致するまで繰り返し実行する。

図３のＳ５で測定されたヒータ電圧とヒータ電圧設定値の一致が判定されると（Ｓ５の判定がＹｅｓ）、そのときのヒータ電圧設定値をＥＥＰＲＯＭに書き込み、ヒータ電圧の制御処理を終了する（図３のＳ６）。

特開１９９９−２４８６６１号公報

しかし、図３に示される制御方法では、図３のＳ４のヒータ電圧の測定と、Ｓ５の測定されたヒータ電圧とヒータ電圧設定値の一致判定は、従来、製造者が測定器を使って１台１台確認していた。このため、１台１台の初期設定の工数が多くかかってしまうという問題点を有していた。

また、ヒータ部の抵抗値のばらつきに応じて微妙な電力調整を製造者が手動でおこなっていたため、調整コストが増大するだけでなく調整ミスなどが発生する懸念もあった。
そこで、本発明の課題は、ヒータ電圧の初期設定の工数を削減し、調整時のミスがなく確実な調整が行えるようにすることにある。

態様の一例では、ヒータ温度を一定に保つ必要があるガスセンサを備えるガス警報器として実現され、以下の構成を有する。
ヒータ電圧印加部は、ガスセンサ内のヒータ抵抗にヒータ電圧を印加する。

ヒータ電力算出部は、前記ヒータ抵抗両端のヒータ電圧値と、前記ヒータ抵抗に直列接続されたシャント抵抗両端の電圧値から算出される電流値と、前記ヒータ電圧値と前記電流値とからヒータ電力を算出する。
ヒータ電圧可変部は、通常使用モードかヒータ調整モードかを判別し、ヒータ調整モードである場合に、前記ヒータ電力算出部によって算出された前記ヒータ電力が所定設定値になるように前記ヒータ電圧を制御する。

所定設定値になるように制御されたヒータ電圧をヒータ電圧印加部よりヒータ抵抗に印加することにより、ヒータ温度を一定に保つ制御が実現でき、ガスもれの検出精度を向上させることができる。

ガス警報器の１台毎にヒータ電圧を人手で調整する必要がなくなり、初期設定の工数の削減が可能となる。
また、人手による調整のミスがなくなり、確実な調整が行えるようになる。

本発明によるガス警報器の実施形態の構成図である。 実施形態によるヒータ電圧調整処理のフローチャートである。 従来技術によるヒータ電圧調整処理のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明によるガス警報器の実施形態の構成図である。
ガスセンサ１０１は、ガスを検出するためのセンサ抵抗１０２と、センサを加熱するためのヒータ抵抗１０３を備える。

電池部１０５は３ボルトの電源を供給する。昇圧回路部１０６は、電池部１０５からの３ボルトの電圧を所定の定電圧にし、定電圧をガスセンサ１０１内のセンサ抵抗１０２と、負荷抵抗１０７と、ＳＷ２ １０８とからなるセンサ系回路に供給する。また、定電圧を、ＳＷ１ １０９と、定電圧回路部１１０と、ヒータ抵抗１０３と、シャント抵抗１１１とからなるヒータ系回路に供給する。さらに、定電圧を、制御回路部１０４の電源端子ＶＤＤに供給する。

制御回路部１０４は、ガス警報器全体の動作を制御するマイコンである。制御回路部１０４は、出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ３を介してトランジスタスイッチであるＳＷ１ １０９およびＳＷ２ １０８をオンする。この結果、ガスセンサ１０１内のセンサ抵抗１０２と、負荷抵抗１０７と、ＳＷ２ １０８とからなるセンサ系回路と、ＳＷ１ １０９と、定電圧回路部１１０と、ヒータ抵抗１０３と、シャント抵抗１１１とからなるヒータ系回路を動作させる。また、制御回路部１０４は、ＡＤ（アナログ−ディジタル）変換入力端子ＡＤ３を介して、ガスセンサ１０１のセンサ出力電圧を検出することにより、ガスもれ判定を行う。さらに、制御回路部１０４は、出力端子ＯＵＴ２を介して定電圧回路部１１０にヒータ電圧値を供給する。ＯＵＴ２は、ＤＡ（ディジタル−アナログ）出力やＰＷＭ（パルス幅変調）出力であり所定の電圧を定電圧回路部１１０に供給する。また、制御回路部１０４は、ガス警報器の初期設定時に、ＡＤ変換入力端子ＡＤ１，ＡＤ２からの制御出力に基づいてヒータ電力を自動測定しながら、測定されたヒータ電力が所定のヒータ電力設定値に一致するように定電圧回路部１１０に供給するヒータ電圧を徐々に可変させる。上述のヒータ電力設定値は、制御回路部１０４のマイコンソフトウエアに記載されている値や調整信号設定器１１８から調整信号入力部１１６および入力端子ＩＮ１を介して設定した値とする。

周囲温度検出部１１７は、本実施形態では詳細な説明を省略するが、ＡＤ変換入力端子ＡＤ４を介して周囲温度値を制御回路部１０４に入力し、制御回路部１０４に周囲温度に基づくヒータ電圧の制御を実施させる。

警報部１１２は、警報音出力部１１３、警報表示部１１４、外部警報出力部１１５を備える。警報音出力部１１３は、警報音等の音を発する部分であり、例えばブザーやスピーカなどで構成される。警報音出力部１１３は、制御回路部１０４からの制御に基づいて、電子音や音声メッセージでガスもれ状態を知らせたりする。警報表示部１１４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されており、監視時には、ＬＥＤを点灯、警報時にはＬＥＤを点滅等、警報器の状態をＬＥＤで知らせる。外部警報出力部１１５は、ガスメータや集中監視盤などの外部機器へ警報信号の出力を行う。

上述の構成において、制御回路部１０４と定電圧回路部１１０とかなる部分がヒータ電圧印加部を構成し、シャント抵抗１１１と制御回路部１０４によるヒータ抵抗１０３両端の電圧値検出部とからなる部分がヒータ電力算出部を構成し、制御回路部１０４がさらにヒータ電圧可変部を構成する。

本実施形態では、２０〜６０秒のセンサ駆動周期で、１００ｍｓ（ミリ秒）程度のセンサ駆動時間ずつ、ガスセンサ１０１を駆動する。具体的には、特には図示しないタイマによる制御に基づいてセンサ駆動周期でセンサ駆動時間ずつの割込みが発生する毎に、図１の制御回路部１０４が、以下の動作を実行する。すなわち、制御回路部１０４は、まず、ＳＷ１ １０９をオンすることにより、ＳＷ１ １０９と、定電圧回路部１１０と、ガスセンサ１０１内のヒータ抵抗１０３と、シャント抵抗１１１とからなるヒータ系回路を動作させる。このとき、定電圧回路部１１０には、後述する初期設定時に算出されＥＥＰＲＯＭに保持されているヒータ電圧設定値が印加される。これにより、センサ駆動時間内にガスセンサ１０１が加熱される。続いて、制御回路部１０４は、ＳＷ２ １０８をオンすることにより、ガスセンサ１０１内のセンサ抵抗１０２と、負荷抵抗１０７と、ＳＷ２ １０８とからなるセンサ系回路を動作させる。これにより、センサ駆動時間内に、制御回路部１０４が、ガスもれ検知動作を実行する。

図２は、実施形態によるヒータ電圧調整処理のフローチャートである。ここで、図２（ａ）の、ヒータ駆動電圧を調整するための全体処理を示すフローチャートの処理が、ガス警報器の初期設定時に、制御回路部１０４によって実行される。

まず、通常使用モードか、ヒータを調整するモードかを判定する（図２（ａ）のＳ１）。本実施形態のガス警報器は、従来技術と同様に、通常のモードとは別に、警報器の各種設定を行うためのモードを備えている。ガス警報器の初期設定時には、まず、ヒータ調整モードが設定される。

Ｓ１の判定の結果、ヒータ調整モードでない場合（図２（ａ）のＳ１の判定がＮｏの場合）には、ヒータ調整の処理は実行されない。
ガス警報器の初期設定時にヒータ調整モードが設定された場合（図２（ａ）のＳ１の判定がＹｅｓの場合）は、さらに、図１の制御回路部１０４の外部から、ヒータ調整コマンドが投入されるまで待機状態となる（図２（ａ）のＳ２の判定がＮｏの繰り返し）。

ヒータ調整コマンドが投入されると（図２（ａ）のＳ２の判定がＹｅｓ）、制御回路部１０４は、ヒータ電圧の自動設定処理を開始する（図２（ａ）のＳ３）。図２（ｂ）は、このＳ３の処理の詳細を示すフローチャートである。

まず、図１において、制御回路部１０４は、出力端子ＯＵＴ２を介して定電圧回路部１１０に、ヒータ電圧値を供給する。この結果、定電圧回路部１１０は、制御回路部１０４から供給されたヒータ電圧値に対応するヒータ電圧を、ガスセンサ１０１内のヒータ抵抗１０３に印加する（図２（ｂ）のＳ１）。この場合、最初に印加されるヒータ電圧は、ガスセンサ１０１が正常に動作すべき電圧よりも少し低い電圧となるように制御される。そして、２回目以降に図２（ｂ）のＳ１が実行されるときには、電圧が徐々に高くなるように、定電圧回路部１１０に供給されるヒータ電圧値が調整される。

次に、制御回路部１０４は、ガスセンサ１０１のヒータ抵抗１０３の両端から検出されるヒータ電圧値を読み込む。具体的には、ＡＤ変換入力端子ＡＤ１に入力される値からＡＤ変換入力端子ＡＤ２に入力される値を減算して得られる値が、算出されたヒータ電圧値とされる（図２（ｂ）のＳ２）。

続いて、制御回路部１０４は、シャント抵抗１１１の電圧値を、ＡＤ変換入力端子ＡＤ２から読み込み、その電圧値を換算して電流値を算出する（図２（ｂ）のＳ３）。なお、実際には、シャント抵抗１１１の両端の電圧がオペアンプで増幅されて測定される。また、シャント抵抗による電流検知は、たとえば電流を検知してガスセンサ１０１内のヒータ抵抗１０３の異常を検知し、故障警報を発報するような目的でも使用される。

さらに、制御回路部１０４は、図２（ｂ）のＳ２で算出されたヒータ電圧値と図２（ｂ）のＳ３で算出された電流値の積を算出することにより、ヒータ電力を算出する（図２（ｂ）のＳ４）。

そして、制御回路部１０４は、図２（ｂ）のＳ４で算出されたヒータ電力が、所定電力値（例えば３０ｍＷ（ミリワット））であるか否かを判定する（図２（ｂ）のＳ５）。この所定電力値は、図１の調整信号設定器１１８から調整信号入力部１１６および入力端子ＩＮ１を介して、制御回路部１０４内のメモリに保持されている。

この判定の結果、ヒータ電力が所定電力値と不一致であれば（図２（ｂ）のＳ５の判定がＮｏ）、出力端子ＯＵＴ２を介して定電圧回路部１１０に供給されるヒータ電圧値が若干高くされて、図２（ｂ）のＳ１の処理から繰り返される。

以上の図２（ｂ）のＳ１からＳ５までの一連の処理が、ヒータ電力が所定電力値と一致するまで繰り返し実行される。
ヒータ電力が所定電力値と一致すると（図２（ｂ）のＳ５の判定がＹｅｓ）、図２（ａ）のＳ３のヒータ電圧の自動設定処理を終了し、Ｓ３で自動設定されたヒータ電圧の設定値が制御回路部１０４内のメモリや外部のＥＥＰＲＯＭに保存される（図２（ａ）のＳ４）。これにより、制御回路部１０４は、図３のフローチャートで示される制御処理を終了する。

以上のようにして、本実施形態では、ガス警報器の初期設定時に、ヒータ調整コマンドを実行するだけで、ヒータ電圧の設定値が自動で調整される。この結果、１台毎にヒータ電圧を人手で調整する必要がなくなり、初期設定の工数の削減が可能となる。

１０１ ガスセンサ
１０２ センサ抵抗
１０３ ヒータ抵抗
１０４ 制御回路部
１０５ 電池部
１０６ 昇圧回路部
１０７ 負荷抵抗
１０８ ＳＷ２
１０９ ＳＷ１
１１０ 定電圧回路部
１１１ シャント抵抗
１１２ 警報部
１１３ 警報音出力部
１１４ 警報表示部
１１５ 外部警報出力部
１１６ 調整信号入力部
１１７ 周囲温度検出部
１１８ 調整信号設定器

Claims (3)

1. ヒータ温度を一定に保つ必要があるガスセンサを備えるガス警報器において、
   前記ガスセンサ内のヒータ抵抗にヒータ電圧を印加するヒータ電圧印加部と、
   前記ヒータ抵抗両端のヒータ電圧値と、前記ヒータ抵抗に直列接続されたシャント抵抗両端の電圧値から算出される電流値と、前記ヒータ電圧値と前記電流値とからヒータ電力を算出するヒータ電力算出部と、
   初期設定時に、通常使用モードかヒータ調整モードかを判別し、ヒータ調整モードである場合に、前記ヒータ電力算出部によって算出された前記ヒータ電力が所定設定値になるように前記ヒータ電圧を制御するヒータ電圧可変部と、
   を備えることを特徴とするガス警報器。
2. 前記ヒータ電圧印加部は、前記ヒータ電圧可変部によって前記ヒータ電力が所定設定値になるように制御されたヒータ電圧を前記ヒータ抵抗に印加する定電圧回路部を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
3. ヒータ温度を一定に保つ必要があるガスセンサを備えるガス警報器における初期設定時に、
   通常使用モードかヒータ調整モードかを判別してヒータ調整モードである場合に、前記ガスセンサ内のヒータ抵抗に最初に印加されるヒータ電圧に制御されたヒータ電圧を印加し、
   前記ヒータ抵抗両端のヒータ電圧値と、前記ヒータ抵抗に直列接続されたシャント抵抗両端の電圧値から算出される電流値と、前記ヒータ電圧値と前記電流値とからヒータ電力を算出し、
   算出された前記ヒータ電力が所定設定値になるように前記ヒータ電圧を制御する、
   ことを特徴とするガス警報器におけるガスセンサのヒータ電圧設定方法。

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