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公開番号2024067736
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022178047
出願日2022-11-07
発明の名称ガスセンサ
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 27/04 20060101AFI20240510BHJP(測定;試験)
要約【課題】経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサ1Aは、サーミスタRd1~Rd4及びこれらを加熱するヒータMh1~Mh4と、サーミスタRd1,Rd4を無効化するスイッチSw1,Sw4と、制御回路20とを備える。制御回路20は、自己診断期間T1~T4においては、スイッチSw1,Sw4をオフした状態で、サーミスタRd1~Rd4が複数回に亘って異なる温度に加熱されるようヒータを制御し、これにより得られる検出信号Vout1に基づいてリファレンスレベルを算出する。ガス検知期間T5においては、スイッチSw1をオンした状態で、サーミスタRd2を第3の温度に、サーミスタRd3,Rd4を第1の温度に加熱し、これにより得られる検出信号Vout1と、リファレンスレベルの差に基づいて、出力信号OUTを生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1乃至第4のサーミスタと、
前記第1乃至第4のサーミスタを加熱するヒータと、
前記第1乃至第4のサーミスタの少なくとも一つを無効化するスイッチと、
検出対象ガスの濃度を示す出力信号を生成するとともに、前記スイッチ及び前記ヒータを制御する制御回路と、を備え、
前記第1及び第2のサーミスタは、第1の電源と接続ノードの間に接続され、
前記第3及び第4のサーミスタは、第2の電源と前記接続ノードの間に接続され、
前記制御回路は、前記スイッチ及びヒータを制御することにより、
自己診断期間においては、少なくとも前記第1及び第4のサーミスタを有効化した状態で、少なくとも前記第1及び第4のサーミスタが複数回に亘って異なる温度に加熱されるよう前記ヒータを制御し、これにより前記接続ノードに現れる検出信号に基づいて、前記検出対象ガスが平常時の濃度である場合に第1のガス検知期間に前記接続ノードに現れる検出信号の第1のリファレンスレベルを算出し、
前記第1のガス検知期間においては、少なくとも前記第2及び第4のサーミスタを有効化し、前記第1のサーミスタを無効化するとともに、前記検出対象ガスの濃度に応じた抵抗値の変化が前記第4のサーミスタよりも前記第2のサーミスタの方が大きくなるよう前記ヒータを制御し、
前記制御回路は、前記第1のガス検知期間において前記接続ノードに現れる検出信号の第1の検出レベルと前記第1のリファレンスレベルの差に基づいて、前記出力信号を生成する、ガスセンサ。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記制御回路は、前記自己診断期間において前記接続ノードに現れる検出信号に基づいて、前記検出対象ガスが平常時の濃度である場合に第2のガス検知期間に前記接続ノードに現れる検出信号の第2のリファレンスレベルを算出し、
前記制御回路は、前記スイッチ及びヒータを制御することにより、前記第2のガス検知期間においては、少なくとも前記第1及び第3のサーミスタを有効化し、前記第4のサーミスタを無効化するとともに、前記検出対象ガスの濃度に応じた抵抗値の変化が前記第1のサーミスタよりも前記第3のサーミスタの方が大きくなるよう前記ヒータを制御し、
前記制御回路は、前記第2のガス検知期間において前記接続ノードに現れる検出信号の第2の検出レベルと前記第2のリファレンスレベルの差に基づいて、前記出力信号をさらに生成する、請求項1に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記制御回路は、前記第1のガス検知期間において算出された前記検出対象ガスの濃度と、前記第2のガス検知期間において算出された前記検出対象ガスの濃度の差を算出する、請求項2に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記制御回路は、前記自己診断期間において前記接続ノードに現れる検出信号に基づいて、前記第1乃至第4のサーミスタの抵抗比及びB定数を算出し、前記抵抗比及びB定数に基づいて前記第1のリファレンスレベルを算出する、請求項1に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記制御回路は、前記第1の検出レベルと前記第1のリファレンスレベルの差に基づき算出された前記検出対象ガスの濃度を、前記B定数に基づいて補正する、請求項4に記載のガスセンサ。
【請求項6】
前記制御回路は、前記第1のリファレンスレベルに基づいて感度係数を算出するとともに、前記第1の検出レベルと前記第1のリファレンスレベルの差に基づき算出された前記検出対象ガスの濃度を、前記感度係数に基づいて補正する、請求項5に記載のガスセンサ。
【請求項7】
前記制御回路は、前記接続ノードの電位と前記第1のリファレンスレベルを比較する差動アンプと、前記差動アンプの出力に基づいて前記出力信号を生成する信号処理部とを含む、請求項1に記載のガスセンサ。
【請求項8】
前記自己診断期間は、少なくとも前記第1及び第4のサーミスタを第1の温度に加熱する第1の自己診断期間と、少なくとも前記第1及び第4のサーミスタを第2の温度に加熱する第2の自己診断期間と、少なくとも前記第1のサーミスタを前記第1の温度に加熱し、少なくとも前記第4のサーミスタを前記第2の温度に加熱する第3の自己診断期間とを含む、請求項1に記載のガスセンサ。
【請求項9】
前記自己診断期間は、少なくとも前記第1のサーミスタを前記第2の温度に加熱し、少なくとも前記第4のサーミスタを前記第1の温度に加熱する第4の自己診断期間をさらに含む、請求項8に記載のガスセンサ。
【請求項10】
前記第1及び第2のサーミスタは同一のチップ上に集積され、前記第3及び第4のサーミスタは同一のチップ上に集積されている、請求項1に記載のガスセンサ。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、雰囲気中に含まれる検出対象ガスの濃度を測定するガスセンサに関する。
続きを表示(約 2,600 文字)【背景技術】
【0002】
雰囲気中に含まれる検出対象ガスの濃度を測定するガスセンサは、経年劣化によって測定誤差が生じることが知られている。特許文献1には、経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第4758145号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載されたガスセンサは、雰囲気中に平常時を超える濃度の検出対象ガスが存在すると自己診断の結果自体に誤差が生じるため、検出対象ガスの濃度が平常時の濃度であることが保証された環境下でなければ自己診断を行うことができないという問題があった。
【0005】
本開示においては、雰囲気中に平常時を超える濃度の検出対象ガスが存在しうる環境下においても、経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサについて説明される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示によるガスセンサは、第1乃至第4のサーミスタと、第1乃至第4のサーミスタを加熱するヒータと、第1乃至第4のサーミスタの少なくとも一つを無効化するスイッチと、検出対象ガスの濃度を示す出力信号を生成するとともに、スイッチ及びヒータを制御する制御回路とを備え、第1及び第2のサーミスタは、第1の電源と接続ノードの間に接続され、第3及び第4のサーミスタは、第2の電源と接続ノードの間に接続され、制御回路は、スイッチ及びヒータを制御することにより、自己診断期間においては、少なくとも第1及び第4のサーミスタを有効化した状態で、少なくとも第1及び第4のサーミスタが複数回に亘って異なる温度に加熱されるようヒータを制御し、これにより接続ノードに現れる検出信号に基づいて、検出対象ガスが平常時の濃度である場合に第1のガス検知期間に接続ノードに現れる検出信号の第1のリファレンスレベルを算出し、第1のガス検知期間においては、少なくとも第2及び第4のサーミスタを有効化し、第1のサーミスタを無効化するとともに、検出対象ガスの濃度に応じた抵抗値の変化が第4のサーミスタよりも第2のサーミスタの方が大きくなるようヒータを制御し、制御回路は、第1のガス検知期間において接続ノードに現れる検出信号の第1の検出レベルと第1のリファレンスレベルの差に基づいて、出力信号を生成する。
【発明の効果】
【0007】
このように、本開示によるガスセンサは、雰囲気中に平常時を超える濃度の検出対象ガスが存在しうる環境下においても、経年劣化を自己診断することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、本開示の第1の実施形態によるガスセンサ1Aの構成を示す回路図である。
図2は、ガスセンサ1Aの動作を説明するためのフローチャートである。
図3は、ガスセンサ1Aの動作波形図である。
図4(a)は自己診断期間T1~T4におけるスイッチSw1,Sw4の状態を説明するための回路図であり、図4(b)はガス検知期間T5におけるスイッチSw1,Sw4の状態を説明するための回路図であり、図4(c)はガス検知期間T6におけるスイッチSw1,Sw4の状態を説明するための回路図である。
図5は、第1のリファレンスレベルVout1
R1
と感度との関係を示すグラフである。
図6は、第1のリファレンスレベルVout1
R1
と感度係数との関係を示すグラフである。
図7は、サーミスタRd1,Rd2の特性とサーミスタRd3,Rd4の特性が設計通りである場合における検出信号Vout1の変化を示す波形図である。
図8は、図7に示す波形の拡大図である。
図9は、サーミスタRd1,Rd2の抵抗よりもサーミスタRd3,Rd4の抵抗が高くなっている場合における検出信号Vout1の変化を示す波形図である。
図10は、図9に示す波形の拡大図である。
図11は、サーミスタRd1,Rd2の抵抗よりもサーミスタRd3,Rd4の抵抗が高くなっており、且つ、サーミスタRd1,Rd2のB定数とサーミスタRd3,Rd4のB定数が異なっている場合における検出信号Vout1の変化を示す波形図である。
図12は、図11に示す波形の拡大図である。
図13は、本開示の第2の実施形態によるガスセンサ1Bの構成を示す回路図である。
図14は、ガスセンサ1Bの動作波形図である。
図15(a)はガス検知期間T5におけるスイッチSw1~Sw4の状態を説明するための回路図であり、図15(b)はガス検知期間T6におけるスイッチSw1~Sw4の状態を説明するための回路図であり、図15(c)は自己診断期間T1~T4におけるスイッチSw1~Sw4の変形例による状態を説明するための回路図である。
図16は、本開示の第3の実施形態によるガスセンサ1Cの構成を示す回路図である。
図17は、本開示の第4の実施形態によるガスセンサ2Aの構成を示す回路図である。
図18は、本開示の第5の実施形態によるガスセンサ2Bの構成を示す回路図である。
図19は、本開示の第6の実施形態によるガスセンサ3Aの構成を示す回路図である。
図20は、ガスセンサ3Aの動作波形図である。
図21は、本開示の第7の実施形態によるガスセンサ3Bの構成を示す回路図である。
図22は、ガスセンサ3Bの動作波形図である。
図23は、本開示の第8の実施形態によるガスセンサ4の構成を示す回路図である。
図24は、ガスセンサ4の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る技術の実施形態について詳細に説明する。
【0010】
<第1の実施形態>
図1は、本開示の第1の実施形態によるガスセンサ1Aの構成を示す回路図である。
(【0011】以降は省略されています)

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