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公開番号2025106688
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-16
出願番号2024000140
出願日2024-01-04
発明の名称センサモジュール、ガスセンサ、制御装置、制御方法、および制御プログラム
出願人ローム株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G01N 27/18 20060101AFI20250709BHJP(測定;試験)
要約【課題】混合気体に含まれる少なくとも1種類の特定気体の含有率を検出するセンサモジュールにおいて、混合気体のベースとなる気体の種類を特定可能な技術を提供する。
【解決手段】混合気体中の特定気体の含有率を特定するセンサモジュールであって、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも1つのヒータと、少なくとも1つのヒータによって加熱される少なくとも1つの素子と、制御装置とを備える。少なくとも1つの素子は、混合気体中に露出される第1素子と、混合気体中に露出されない第2素子とを含む。制御装置は、第1素子の温度に対応する第1検出値および第2素子の温度に対応する第2検出値を取得し、所定期間に亘って少なくとも1つのヒータを駆動させたときの第1検出値の第1変化率と第2検出値の第2変化率とに基づき、ベース気体の種類を特定する。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
ベース気体と特定気体とを含む混合気体中の前記特定気体の含有率を特定するセンサモジュールであって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも１つのヒータと、
前記少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つの素子と、
制御装置とを備え、
前記少なくとも１つの素子は、前記混合気体中に露出される第１素子と、前記混合気体中に露出されない第２素子とを含み、
前記制御装置は、
前記第１素子の温度に対応する第１検出値および前記第２素子の温度に対応する第２検出値を取得し、
所定期間に亘って前記少なくとも１つのヒータを駆動させたときの前記第１検出値の第１変化率と前記第２検出値の第２変化率とに基づき、前記ベース気体の種類を特定する、センサモジュール。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記第１変化率と前記第２変化率とに基づき、前記ベース気体が空気であるか否かを判定する、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記特定気体は、水素を含む、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１変化率と前記第２変化率との差に基づき、前記ベース気体の種類を特定する、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記第１変化率と前記第２変化率との差が所定の範囲内である場合、前記ベース気体が空気以外の気体であると判定し、
前記第１変化率と前記第２変化率との差が前記所定の範囲内でない場合、前記ベース気体が空気であると判定する、請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記空気以外の気体は、窒素を含む、請求項５に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記制御装置は、前記ベース気体が空気であるときに前記第１変化率と前記第２変化率との差が前記所定の範囲内でない所定温度以上の温度で前記少なくとも１つのヒータを駆動させる、請求項５に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
前記所定温度は、２３０℃である、請求項７に記載のセンサモジュール。
【請求項９】
前記少なくとも１つのヒータは、前記第１素子を加熱する第１ヒータと、前記第２素子を加熱する第２ヒータとを含み、
前記センサモジュールは、
前記第１素子と前記第１ヒータとを含む第１センサ部と、
前記第２素子と前記第２ヒータとを含む第２センサ部とをさらに備える、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
前記第２センサ部は、
支持基板と、
前記支持基板の上方に配置される第１層と、
前記第１層の上方に配置される第２層とをさらに備え、
前記第１層は、前記第２ヒータを含み、
前記第２層は、前記第２素子を含む、請求項９に記載のセンサモジュール。
（【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、ベース気体と特定気体とを含む混合気体中の特定気体の含有率を特定するセンサモジュール、ガスセンサ、制御装置、制御方法、および制御プログラムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、混合気体に含まれている少なくとも１種類の気体の含有率を検出するセンサが知られている。たとえば、特開２０２２－１８３４８１号公報（特許文献１）には、気体の熱伝導率が気体の種類ごとに異なることを利用して、混合気体内の気体の含有率を特定する熱伝導式のガスセンサが開示されている。特許文献１のガスセンサは、混合気体中に露出した金属層を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１８３４８１号公報［概要］特許文献１に記載されているガスセンサは、白金により形成されている金属層の電気抵抗値から当該金属層の温度を算出する。このようなガスセンサは、混合気体中に露出した金属層の温度変化に基づいて、混合気体中の特定気体の含有率を特定するように構成されている。
【０００４】
混合気体は、含有率検出の対象となる水素などの特定気体と、該特定気体以外の空気などのベース気体を含む。ベース気体の種類が異なると、混合気体中の特定気体の含有率が同じであっても金属層から混合気体へと伝わる熱量に差が生じるため、ベース気体の種類に応じて金属層の温度変化が異なる。このようなベース気体の種類に応じた金属層の温度変化の差があることから、ベース気体の種類を考慮することなく特定気体の含有率を算出した場合、ベース気体の種類に応じて特定気体の含有率の算出結果に誤差が生じることがある。このため、特定気体の含有率の検出処理の前に、ベース気体の種類を特定することが望まれていた。
【０００５】
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の特定気体の含有率を検出するセンサモジュールにおいて、混合気体のベースとなる気体の種類を特定可能な技術を提供するものである。
【０００６】
本開示のセンサモジュールは、混合気体中の特定気体の含有率を特定するセンサモジュールであって、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも１つのヒータと、少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つの素子と、制御装置とを備える。少なくとも１つの素子は、混合気体中に露出される第１素子と、混合気体中に露出されない第２素子とを含む。制御装置は、第１素子の温度に対応する第１検出値および第２素子の温度に対応する第２検出値を取得し、所定期間に亘って少なくとも１つのヒータを駆動させたときの第１検出値の第１変化率と第２検出値の第２変化率とに基づき、ベース気体の種類を特定する。
【０００７】
本開示の制御装置は、ベース気体と特定気体とを含む混合気体中の特定気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御装置であって、ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも１つのヒータと、少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つの素子と、を備える。少なくとも１つの素子は、混合気体中に露出される第１素子と、混合気体中に露出されない第２素子とを含む。制御装置は、第１素子の温度に対応する第１検出値および第２素子の温度に対応する第２検出値を取得するガスセンサインターフェースと、所定期間に亘って少なくとも１つのヒータを駆動させたときの第１検出値の第１変化率と第２検出値の第２変化率とに基づき、ベース気体の種類を特定する、演算装置とを備える。
【０００８】
本開示の制御方法は、ベース気体と特定気体とを含む混合気体中の特定気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御方法ある。ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも１つのヒータと、少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つの素子と、を備える。少なくとも１つの素子は、混合気体中に露出される第１素子と、混合気体中に露出されない第２素子とを含む。制御方法は、コンピュータが実行する処理として、第１素子の温度に対応する第１検出値および第２素子の温度に対応する第２検出値を取得するステップと、所定期間に亘って少なくとも１つのヒータを駆動させたときの第１検出値の第１変化率と第２検出値の第２変化率とに基づき、ベース気体の種類を特定するステップとを含む。
【０００９】
本開示の制御プログラムは、ベース気体と特定気体とを含む混合気体中の特定気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御プログラムある。ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式の少なくとも１つのヒータと、少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つの素子と、を備える。少なくとも１つの素子は、混合気体中に露出される第１素子と、混合気体中に露出されない第２素子とを含む。制御プログラムは、コンピュータに、第１素子の温度に対応する第１検出値および第２素子の温度に対応する第２検出値を取得するステップと、所定期間に亘って少なくとも１つのヒータを駆動させたときの第１検出値の第１変化率と第２検出値の第２変化率とに基づき、ベース気体の種類を特定するステップとを実行させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係るセンサモジュールの構成を説明するための図である。
実施の形態１に係る混合気体中に露出する素子を有するセンサ部の構成を説明するための図である。
複数種類の気体の各々の熱伝導率の一例を示す図である。
複数種類の気体の各々における温度に対する熱伝導率の一例を示す図である。
実施の形態１に係るパッシベーション層を有するセンサ部の構成を説明するための図である。
ベース気体が酸素を含まない場合の混合気体の水素の含有率に対する素子の抵抗変化率を示すグラフである。
ベース気体が酸素を含む場合の混合気体の水素の含有率に対する素子の抵抗変化率を示すグラフである。
ベース気体が酸素を含むか否かを判別した上で、水素の含有率を判断する処理手順を示すフローチャートである。
実施の形態２に係るパッシベーション層を有するセンサ部の構成を説明するための図である。
実施の形態３に係るパッシベーション層を有するセンサ部の構成を説明するための図である。
実施の形態４に係るパッシベーション層を有するセンサ部の構成を説明するための図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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