專利名稱：利用電化學氣體傳感器的附帶自我診斷的檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種電化學氣體傳感器的自我診斷。
背景技術：
專利文獻1～專利文獻3公開了使用電化學氣體傳感器的電容的自我診斷。在專利文獻1、2中，以使用液體電解質的氣體傳感器為對象，將脈沖測試信號輸入到放大器、而非氣體傳感器中。氣體傳感器與固定電阻并聯(lián)連接到放大器的其他輸入上，放大器對應于測試信號的輸入而改變輸出，但此時的傳遞函數(shù)因氣體傳感器容量的不同而變化。由于氣體傳感器的容量因傳感器是否正常而變化，因此可根據放大器的輸出來診斷氣體傳感器的狀態(tài)。
在專利文獻3中，向氣體傳感器施加脈沖電壓，根據脈沖結束后的傳感器的輸出波形來進行自我診斷。即，在正常的氣體傳感器中容量較大，在有問題的氣體傳感器中容量較小，因此根據脈沖結束后的輸出的衰減速度，可檢測氣體傳感器。
專利文獻1USP6251243專利文獻2USP6123818專利文獻3USP620044
發(fā)明內容本發(fā)明的課題在于提供一種電化學氣體傳感器的新的自我診斷裝置。
本發(fā)明的氣體檢測裝置是將電化學氣體傳感器的輸出通過放大電路放大以檢測氣體，并且根據施加電測試信號時的、來自上述氣體傳感器的輸出響應，使上述氣體傳感器進行自我診斷，上述電化學氣體傳感器至少將檢測電極和對電極連接到固體或液體電解質，該裝置的特征在于，具有測試信號施加單元，用于在上述放大電路未對上述氣體傳感器的輸出進行放大的狀態(tài)下，向上述氣體傳感器施加上述測試信號；采樣單元，用于在上述測試信號結束時，將上述放大電路設定為對上述氣體傳感器的輸出進行放大的狀態(tài)，并且從該時刻開始在預定的時間內，對上述放大電路的輸出進行采樣；自我診斷單元，根據采樣單元的輸出進行上述氣體傳感器的自我診斷。
電化學氣體傳感器中所使用的電解質可以是固體電解質、硫酸或氫氧化鉀、金屬鹽水溶液等液體電解質、或者離子性液體等。優(yōu)選在測試信號結束的同時，或其之后的時刻將放大電路設定為對氣體傳感器的輸出放大的狀態(tài)，尤其優(yōu)選在測試信號結束后將放大電路設定為對氣體傳感器的輸出進行放大的狀態(tài)。
優(yōu)選的是自我診斷單元在采樣單元的輸出位于和在清潔空氣中的輸出不同的預定范圍內時，判斷上述氣體傳感器是正常的；在采樣單元的輸出位于在清潔空氣中的輸出附近的第二預定范圍內時、及位于上述放大電路的輸出范圍的兩端附近時，判斷上述氣體傳感器是異常的。
優(yōu)選的是電阻與上述氣體傳感器并聯(lián)連接。
優(yōu)選的是通過氣體檢測裝置的電源使氣體傳感器的檢測電極和對電極中的一個電極保持恒定電位，將氣體傳感器的另一個電極連接到上述放大電路中的運算放大器的輸入側，將源極電位和柵極電位的電壓為預定值以上時斷開的FET開關的源極和漏極與上述氣體傳感器并聯(lián)配置，并配置柵極，使上述電源接通時FET開關的源極和柵極間的電壓為預定值以上，當電源斷開時小于預定值。
在此優(yōu)選的是在上述另一個電極和運算放大器的輸入之間，設置在施加測試信號期間斷開的開關。
尤其優(yōu)選的是測試信號施加單元從該另一個電極向氣體傳感器施加測試信號。
在本發(fā)明中，可簡單地自我診斷電化學氣體傳感器，特別是可將氣體傳感器的狀態(tài)診斷為正常、短路、斷線/電極劣化/干涸(Dry-up)等異常。
當將電阻并聯(lián)連接氣體傳感器時，可防止無電源放置時等情況下的傳感器的極化，并且易于向氣體傳感器施加極小的測試信號。
通過氣體檢測裝置的電源使氣體傳感器的檢測電極和對電極中的一個電極保持恒定電位，將氣體傳感器的另一個電極連接到上述放大電路中的運算放大器的輸入側，將源極電位和柵極電位的電壓為預定值以上時斷開的FET開關的源極和漏極與上述氣體傳感器并聯(lián)配置，并配置柵極，使上述電源接通時FET開關的源極和柵極間的電壓為預定值以上，當電源斷開時小于預定值。這樣一來，當電源接通時，F(xiàn)ET開關斷開而不動作，且電源斷開而FET開關閉合，連接氣體傳感器的兩極，防止極化。
運算放大器中存在偏移，為了防止氣體傳感器的極化而并聯(lián)配置電阻時，運算放大器的兩個輸入通過電阻連接。在存在偏移、并以較高放大率工作的運算放大器中，當兩個輸入的電壓完全相等時，輸出較大的偏移電壓。將氣體傳感器用FET開關并聯(lián)連接，當電源接通而開關斷開時，運算放大器的兩個輸入通過非歐姆電阻的氣體傳感器連接，可減小偏移所產生的輸出電壓。因此可減少和運算放大器相關的限制，大幅降低電路成本。
此處優(yōu)選的是，當在上述另一個電極和運算放大器的輸入之間設有在施加測試信號期間斷開的開關時，可通過開關對氣體傳感器和放大電路的連接進行開合。考慮將氣體傳感器的一個電極通過穩(wěn)壓器電路(potentiostat circuit)與電源連接、將另一個電極連接到運算放大器的情況。穩(wěn)壓器電路是一種緩沖器，包括運算放大器。因此如果緩沖器用的運算放大器和傳感器信號放大用的運算放大器為不同的電源，則需要2組運算放大器。但是如果設置用于切斷向放大用運算放大器輸入傳感器信號的開關，則可通過電源相同的一組來實現(xiàn)二個運算放大器，可減少一組運算放大器。
尤其優(yōu)選的是，當測試信號施加單元從該另一個電極向氣體傳感器施加測試信號時，可輕易地將較小的測試信號施加到氣體傳感器，可防止電解質或電極的劣化，以及滯后等。


圖1是實施例中使用的電化學氣體傳感器的重要部分截面圖。
圖2是實施例的附帶自我診斷的氣體檢測裝置的電路圖。
圖3是表示實施例中的自我診斷算法的流程圖。
圖4是表示實施例的自我診斷中的傳感器輸出和各晶體管的工作的時序圖。
圖5是表示實施例中的二個氣體傳感器的自我診斷的特性圖。
圖6是表示在實施例中進行了10次自我診斷的前后的氣體傳感器的輸出的特性圖。
圖7是表示和氣體傳感器并聯(lián)配置電阻時及不配置電阻時的、將電源接通時的輸出的差異的特性圖，在電源接通前，在1000ppm的CO中放置1小時，接著在空氣中放置1小時。
圖8是最佳實施例的電路圖。
圖9是最佳實施例的時序圖。
圖10是第三實施例的電路圖。
標號說明2氣體傳感器，4電解質膜，6對電極，8檢測電極，10、12多孔質導電膜，14對電極板，16檢測電極板，20電源，22微機，24自我診斷部，26氣體檢測部，28輸入輸出，30齊納二極管，32、33FET開關，Tr1、Tr2晶體管，R1～R12電阻，C1～C7電容器，VR1、VR2可變電阻，IC1～IC3運算放大器，Vcc放大電路電源，A接地，P1、P2控制信號，P3輸出具體實施方式
以下說明用于實施本發(fā)明的實施例。
實施例圖1～圖7表示實施例。圖1表示所使用的電化學式的氣體傳感器2，4是電解質膜，可以是高分子質子導電體膜(polymer protonconductive membrane)等固體電解質膜，也可以是分離器中保持的液體電解質膜。并且液體電解質中，除了將硫酸、KOH、MgSO4等電解質溶解到水中的水性電解質外，也可使用有機電解質，尤其是也可使用離子性液體。當使用液體電解質時，電解質不一定必須做成膜狀，例如也可容納在適當?shù)娜萜髦小?br> 6表示對電極，8表示檢測電極，在此，將對電極6和檢測電極8設置在電解質膜4的兩個面上，但也可間隔一定距離配置在單面上。在對電極6、檢測電極8中，例如細微的碳粒子上承載Pt、Pt-Ru等貴金屬催化劑并添加粘合劑，并根據需要進一步添加固體、液體電解質。10、12表示多孔質導電膜，在此為多孔質且具有疏水性的碳板、碳紙。14表示對電極板，16表示檢測電極板。對電極板14上設有虛線所示的孔，從未圖示的儲液槽中補給水蒸氣、電解液及氧。檢測電極板16上也設有虛線所示的孔，導入CO等檢測對象氣體，并排出通過檢測電極的反應而產生的CO2等。對電極板14、檢測電極板16例如是金屬板，對檢測電極8中被檢測氣體的電極反應所產生電流進行放大，并檢測氣體。
圖2表示附帶自我診斷的氣體檢測裝置的電路，20表示電源，例如在此為5V、3V等電池電源，22表示微機，具有自我診斷部24、氣體檢測部26、及輸入輸出28。30表示2～3V左右輸出的齊納二極管，Tr1、Tr2是晶體管，也可是其他開關，R1～R11是電阻。其中，電阻R9例如為100Ω～10KΩ左右的電阻，電阻R10和電阻R9相比是充分高的電阻，以使例如導通晶體管Tr2并將電阻R10和接地A連接時，使施加到氣體傳感器2的電壓為充分小的值。該電壓在此為1mV左右，優(yōu)選為10μV～100mV左右。C1～C6是電容，VR1、VR2是可變電阻。圖2中氣體傳感器2的對電極用C表示，檢測電極用S表示，調整可變電阻VR1，使對電極C例如保持為1.0V的恒定電位。
IC1、IC2是運算放大器，例如將氣體傳感器20的檢測電極S連接到反相輸入一側，通過2級的運算放大器IC1、IC2對氣體傳感器2的輸出進行放大。此時的放大率在氣體傳感器2中流過1μA的電流時，輸出P3進行3V變化。Vcc是放大電路電源，是經由晶體管Tr1從電源20提供的、是運算放大器IC1、IC2的電源，是氣體傳感器2的放大電路的電源。
在圖2的電路中，氣體傳感器2的對電極例如保持為1.0V的恒定電位，并且通過電阻R3將檢測電極S連接到運算放大器IC1的反相輸入。與氣體傳感器2并聯(lián)連接電阻R9，且將氣體傳感器2和電阻R9的并聯(lián)片、尤其是其檢測極S側通過晶體管Tr2和1MΩ左右的電阻R10接地。并且晶體管Tr2的控制信號是P2，將導通晶體管Tr2這一事件稱為施加測試信號。電阻R10和電阻R9的電阻值的比在此為1000∶1，例如可以為10∶1～100000∶1左右。導通晶體管Tr2，經過了較短的初始衰減時間后，非常小的電壓施加到氣體傳感器2。因此在施加測試信號時，使對氣體傳感器施加的電壓保持極小的值是電阻R9的作用之一。電阻R9的其他作用還在于，防止在電源20斷開時氣體傳感器2極化。
微機22的自我診斷部24以適當?shù)闹芷凇⒗缤ㄟ^控制信號P2使晶體管Tr2導通10秒，并通過控制信號P1使放大電路電源Vcc斷開。并且優(yōu)選在晶體管Tr2導通期間，晶體管Tr1截止。使晶體管Tr2導通10秒后截止，例如與此同時、優(yōu)選在晶體管Tr2截止后，隔1m秒～100秒左右、優(yōu)選10m秒～10秒左右的間隔，使晶體管Tr1導通。并且根據晶體管Tr1導通后10秒等預定時間內的輸出P3的波形，對氣體傳感器2進行自我診斷。這樣一來，通過控制信號P1控制放大電路電源Vcc，通過控制信號P2控制測試信號，將輸出P3從輸入輸出28取入，并進行自我診斷。
在實施例中，對電極C例如連接到1.0V的恒定電位一側，但也可使檢測電極S連接到恒定電位，使對電極C側連接到晶體管Tr2或運算放大器IC1的反相輸入一側。并且在實施例中，由于是電流驅動氣體傳感器2，因此其輸出連接到運算放大器IC1的反相輸入側，但也可以是電壓驅動，且連接到非反相輸入一側。進一步地，在實施例中，運算放大器IC1、IC2是2級，但除此以外，也可通過緩沖器用的運算放大器例如產生1V的恒定電位。通過晶體管Tr2施加測試信號，但也可以例如從輸入輸出28直接施加。進一步地，在測試信號中，電流從電阻R9流向電阻R10，但也可使測試信號的極性相反。并且氣體傳感器2不限于檢測電極、對電極這二極，也可以是追加了參照電極的三極構造。
通常情況下的氣體檢測裝置的動作是，晶體管Tr1導通，晶體管Tr2截止。其中當CO、氫、乙醇等氣體擴散到檢測電極S時，電流從檢測電極S流向對電極C。與該電流相等的電流流過電阻R2(此處為100KΩ)。因此例如當1μA的電流流入到氣體傳感器2時，運算放大器IC1的輸出側的電位變化100mV，運算放大器IC2的非反相輸入的電位也增加100mV。因此在運算放大器IC2側，電阻R6的兩端間的電壓例如變?yōu)?00mV、電阻R7的電阻值為電阻R6的30倍時，運算放大器IC2的輸出P3例如增加+3V。
微機22的自我診斷部24例如以1天1次或1周1次等適當?shù)念l率，例如使晶體管Tr2導通10秒，此時使晶體管Tr1導通。在晶體管Tr2截止的同時，優(yōu)選從晶體管Tr2截止開始經過1m秒～100秒左右后，使晶體管Tr1導通。在使晶體管Tr1再度導通后，根據預定時間內的輸出P3的波形，對氣體傳感器2進行自我診斷。
圖3～圖4表示自我診斷算法，例如將晶體管Tr1截止10秒，并將晶體管Tr2導通。接著使晶體管Tr2截止，例如待機1秒，并使晶體管Tr1導通。在使晶體管Tr1導通后，會立刻出現(xiàn)運算放大器IC1、IC2直至穩(wěn)定的過渡現(xiàn)象、及電容C2～C5的電壓直至穩(wěn)定的過渡現(xiàn)象，因此待機5秒。這期間的待機時間也可以是0，優(yōu)選為10秒以下。
在使晶體管Tr1導通后的5秒內，檢查輸出P3(Vout)是否位于2～4V的預定范圍內，如果存在即使一次位于該范圍內的輸出P3，則認為氣體傳感器正常。并且在5秒內，當輸出P3總是小于2V或超過4V時，判斷氣體傳感器發(fā)生異常。并且此時運算放大器IC1、IC2的輸出范圍為0～5V，在清潔空氣中的輸出P3的值為1V。并且也可以是，當檢測到一次異常時，不認為氣體傳感器2異常，而例如在連續(xù)檢測到多次異常時，判斷為異常。
如圖4所示，截止晶體管Tr1，導通晶體管Tr2時，輸出P3和對電極C通過電阻R6、R7等連接，因此輸出P3的值大致變?yōu)樾∮?V的定值。并且在此期間，除了導通晶體管Tr2后，施加到氣體傳感器2的電壓由電阻R10和電阻R9的比來確定，因此將極小的電壓、例如1mV左右的電壓施加到氣體傳感器2。并且即使在這種大小的極小電壓下，也可在氣體傳感器的電解質和電極之間形成電雙層(electricaldouble layer)。并且由于施加到氣體傳感器2的測試信號極小，因此不會導致滯后。
截止晶體管Tr2后導通晶體管Tr1時，電流例如從檢測電極S流入到對電極C側，以通過測試信號對氣體傳感器2上形成的電雙層進行中和，由此和檢測出還原性氣體時的極性相同的信號出現(xiàn)在輸出P3中。該信號在電雙層等消失后消失，表現(xiàn)為暫時性的脈沖信號，通過某種方式檢測出該脈沖，可確認氣體傳感器2是正常的。
例如當氣體傳感器2中存在斷路、氣體傳感器2未被插入、氣體傳感器2的電解質膜因干涸等而變得異常、氣體傳感器2的電極劣化等情況下，輸出信號變?yōu)閳D4所示的虛線。這是因為，用于消除因測試信號而應產生在氣體傳感器2中的電雙層等的電流無法流入。并且當氣體傳感器2短路時，當導通晶體管Tr1時，輸出P3表現(xiàn)在輸出范圍的兩端中的任意一個。此外對運算放大器IC1、IC2等附帶電路進行自我診斷時，檢查是否產生與晶體管Tr1、Tr2的導通/截止同步的輸出變化即可。
圖5表示對二個氣體傳感器的自我診斷的結果。輸出是圖2的輸出P3，1V是在清潔空氣中的輸出，“空”表示取下了氣體傳感器的狀態(tài)，“良1”、“良2”表示安裝正常的氣體傳感器的狀態(tài)，在“良1”和“良2”中交換了二個氣體傳感器。
“短路”表示氣體傳感器的短路狀態(tài)，“斷路”表示安裝了斷路的氣體傳感器的狀態(tài)?！按呋瘎┝踊笔鞘褂昧舜呋瘎┝踊臍怏w傳感器的例子，其中，使用僅具有碳而不具有貴金屬的電極作為檢測電極、對電機，以代替催化劑劣化的氣體傳感器。“干涸”是指由于水蒸氣未補給到氣體傳感器、或未補給電解液等而使電解質變?yōu)楫惓５臓顟B(tài)。其中，將儲液槽清空，不向分離器的KOH水溶液補給水蒸氣，并在50℃的干燥空氣中干燥了2小時的傳感器作為“干涸”。
圖5的“電源”行表示電池電源的接通/斷開，在Tr1、Tr2的導通/截止中，斜線表示導通狀態(tài)，除此以外表示斷開狀態(tài)。在使用的氣體傳感器中，電解質為0.1N KOH標準溶液，保持在親水性的分離器中。并且將質子導電體固體電解質、硫酸水溶液作為電解質也可獲得同樣的結果。
在“良1”、“良2”的狀態(tài)下，晶體管Tr1截止、晶體管Tr2導通的狀態(tài)保持10秒，接著將晶體管Tr2截止后，在1秒后使晶體管Tr1導通。此時，在氣體傳感器的輸出中產生半峰寬(peak width at halfheight)為5～20秒左右的峰值狀的脈沖。與之相對，在氣體傳感器斷路、催化劑劣化、干涸等情況下，晶體管Tr2截止后，使晶體管Tr1導通時，輸出P3暫時減少到0V左右，接著向著在清潔空氣中的輸出1V以指數(shù)函數(shù)的方式衰減。另一方面，當氣體傳感器短路時，如果晶體管Tr1導通，輸出為0V或5V左右的值。而變?yōu)?V還是5V左右，取決于電路的細微的常數(shù)、運算放大器IC1、IC2等的偏差。
在未插入氣體傳感器的“空”下，使晶體管Tr1截止并使晶體管Tr2導通10秒，接著使晶體管Tr2截止后，使晶體管Tr1導通。這樣一來，和斷路時一樣，輸出減少到0V后以指數(shù)函數(shù)的方式向1V衰減。另一方面在“空”狀態(tài)下，使晶體管Tr1、Tr2同時導通時，由于電流從電阻R9流向電阻R10，因此輸出P3增加到大于3V。并且在“良2”的狀態(tài)下，使晶體管Tr1和晶體管Tr2同時導通時，輸出同樣增加為大于3V。因此可以明確，在使晶體管Tr1導通的狀態(tài)下，即使導通晶體管Tr2并施加測試信號，也無法進行氣體傳感器的自我診斷。
接著在晶體管Tr2截止前使晶體管Tr1導通時，如“空”所示，輸出P3增加到大于3V，因此該峰值和正常的氣體傳感器生成的峰值重疊，診斷變得困難。因此優(yōu)選在使晶體管Tr2截止的同時、或者使晶體管Tr2截止后，使晶體管Tr1導通。并且優(yōu)選在使晶體管Tr2截止后1msec～10sec后，尤其優(yōu)選在10msec～10sec后，使晶體管Tr1導通。
在正常的氣體傳感器生成的脈沖的檢測中，再次將晶體管Tr1導通后，在5～10秒內當傳感器信號有一次處于2～4V之間時，判斷為存在脈沖。也可用以下方法替代上述檢測方法再次使晶體管Tr1導通后10秒左右的期間內，檢測出輸出P3是否從下向上橫穿2V行，且從上向下橫穿2V或3V等行。即，脈沖的檢測方法本身是任意的。并且在實施例中，使晶體管Tr1再次導通后，輸出P3未達到2～4V的范圍時視為異常，在此期間當輸出保持在0～2V時，判斷氣體傳感器異常。并且除此之外，當氣體傳感器輸出固定在0V左右時、及固定在4V以上時，也判斷氣體傳感器異常。檢測脈沖的時間寬度(window)根據傳感器的種類、檢查條件等來確定，由于從晶體管Tr2的截止到晶體管Tr1的導通為止的時間是已知的，因此也可在從晶體管Tr2的截止開始的預定的時間寬度內檢測出脈沖。
在實施例中，作為測試信號，向氣體傳感器施加極小的電壓，因此滯后較小。圖6表示對實施例中的自我診斷每隔1小時連續(xù)進行10次時的氣體傳感器的輸出信號的變化。即使進行10次自我診斷，輸出中也沒有顯著差。圖7表示將電池電源斷開狀態(tài)下的電阻R9防止氣體傳感器極化的作用。將二個氣體傳感器分別并聯(lián)連接到1KΩ的電阻R9上，其他二個氣體傳感器無并聯(lián)電阻，并將其在1000ppm的CO中無電源地放置1小時。之后在清潔空氣中放置1小時，接著組裝到實施例的氣體檢測電路，使電池電源接通。此時的輸出波形如圖7所示。當未配置并聯(lián)電阻時，從接通電源開始到傳感器信號穩(wěn)定為止需要10分鐘左右的時間。與之相對，當配置并聯(lián)電阻時，例如在1分鐘以內可開始氣體檢測。
此外也可不設置晶體管Tr2，而在電阻R10的氣體傳感器2的相反側，從輸入輸出28直接施加測試信號。這里的測試信號的波形為方形波，但波形是任意的。氣體傳感器2也可將檢測電極S和對電極C倒置并組裝到圖2的電路中，并且圖2的放大電路等可適當變更。
在實施例中可獲得以下效果。
(1)可將電化學氣體傳感器的狀態(tài)識別為正常/短路/斷路、催化劑劣化等異常。
(2)自我診斷所施加的信號為1mV×10秒，極小，自我診斷所需時間為1分鐘以內，不會有滯后，且可通過固定電阻R9簡單地產生測試電壓。當進一步使測試信號變小或變短時，可進一步縮短自我診斷所需的時間。
(3)利用電化學氣體傳感器的通常的放大電路來追加測試信號的施加電路即可，因此無需為了自我診斷而將氣體傳感器組裝到特殊的放大電路中。
最佳實施例圖8、圖9表示最佳實施例，除了特別指出之處外，和圖1～圖7的實施例相同，相同的標號表示相同的部件。運算放大器IC3使氣體傳感器2的對電極保持在例如1.5～2V左右的恒定電位，通過不借助晶體管Tr1的電源Vcc1進行工作，C7是電容。32是FET開關，源極S2和柵極G的電位差為0左右時，源極S2和漏極D之間的電阻為50Ω左右，在1.5V以上時變?yōu)镸Ω等級的電阻。FET開關32在檢測電路電源接通時斷開，在電源斷開時閉合，防止放置時的氣體傳感器2的極化。運算放大器IC2與經由晶體管Tr1的電源Vcc2連接，不設置圖2的運算放大器。
圖9表示圖8的最佳實施例的工作，使晶體管Tr1例如截止10秒，在此期間，和晶體管Tr1的截止相比，無論是上升還是下降分別小于0.1～1秒的寬度內導通晶體管Tr2。通過晶體管Tr1的截止，運算放大器IC1斷開，通過晶體管Tr2的導通，測試信號施加到氣體傳感器2。此時，F(xiàn)ET開關32保持斷開，不參與自我診斷。并且和圖2的電路一樣進行自我診斷，例如在使晶體管Tr1再次導通，在第3～5秒對信號P3進行采樣，如果為預定的電壓范圍，例如2～4V，則判斷傳感器2良好。
用于防止極化的FET開關32在柵極G連接到接地A、電源Vcc1斷開時閉合，在電源Vcc1接通時斷開，消除運算放大器IC1的偏移。在圖2的電路中，由于運算放大器IC1的二個輸入通過電阻R9連接，因此運算放大器IC1的輸出中產生偏移。在圖8中，二個輸入通過非歐姆元件的氣體傳感器2連接，可減小偏移。因此即使是偏移較大的運算放大器也可使用，可明顯減小電路成本。
圖10是最佳實施例的變形，33是和FET開關32同樣的FET開關，S是源極，D是漏極，G是柵極。R12是1Ω左右的較大的電阻。通過信號P1來斷開FET開關33，斷開傳感器2和運算放大器IC1的連接。并且在信號P1的持續(xù)期間，施加測試信號P2。其他方面則與最佳實施例相同。在圖10中，可用共同的電源Vcc驅動二個運算放大器IC1、IC3，因此可將包括二個運算放大器的組件作為運算放大器IC1、IC3使用。與之相對，在圖8中，運算放大器IC1、IC3通過分別的電源動作，因此無法將組件中的這些電源電路共用，運算放大器需要2個組件。
權利要求
1.一種氣體檢測裝置，將電化學氣體傳感器的輸出通過放大電路放大以檢測氣體，并且根據施加電測試信號時的上述氣體傳感器的輸出響應，使上述氣體傳感器進行自我診斷，上述電化學氣體傳感器至少將檢測電極和對電極連接到固體或液體電解質，該裝置的特征在于，具有測試信號施加單元，用于在上述放大電路未對上述氣體傳感器的輸出進行放大的狀態(tài)下，向上述氣體傳感器施加上述測試信號；采樣單元，用于在上述測試信號結束時，將上述放大電路設定為對上述氣體傳感器的輸出進行放大的狀態(tài)，并且從該時刻開始在預定的時間內，對上述放大電路的輸出進行采樣；自我診斷單元，根據采樣單元的輸出進行上述氣體傳感器的自我診斷。
2.根據權利要求1所述的氣體檢測裝置，其特征在于，自我診斷單元在采樣單元的輸出位于和在清潔空氣中的輸出不同的預定范圍內時，判斷上述氣體傳感器是正常的，在采樣單元的輸出位于在清潔空氣中的輸出附近的第二預定范圍內時、及位于上述放大電路的輸出范圍的兩端附近時，判斷上述氣體傳感器是異常的。
3.根據權利要求1所述的氣體檢測裝置，其特征在于，電阻與上述氣體傳感器并聯(lián)連接。
4.根據權利要求2所述的氣體檢測裝置，其特征在于，通過氣體檢測裝置的電源使氣體傳感器的檢測電極和對電極中的一個電極保持恒定電位，將氣體傳感器的另一個電極連接到上述放大電路中的運算放大器的輸入側，將源極電位和柵極電位的電壓為預定值以上時斷開的FET開關的源極和漏極與上述氣體傳感器并聯(lián)配置，并配置柵極，使上述電源接通時FET開關的源極和柵極間的電壓為預定值以上，當電源斷開時小于預定值。
5.根據權利要求4所述的氣體檢測裝置，其特征在于，在上述另一個電極和運算放大器的輸入之間，設有在施加測試信號期間斷開的開關。
6.根據權利要求4所述的氣體檢測裝置，其特征在于，測試信號施加單元從該另一個電極向氣體傳感器施加測試信號。
全文摘要
向電化學氣體傳感器并聯(lián)地施加10秒左右的測試信號，并在此期間使放大電路斷開，在測試信號斷開后，接通放大電路，在接通后的預定時間內，如果在氣體傳感器的輸出波形中存在預定電壓的峰值，則判斷氣體傳感器正常。
文檔編號G01N27/406GK1906481SQ20058000175
公開日2007年1月31日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權日2004年10月28日
發(fā)明者井上智弘, 藤森裕樹 申請人:費加羅技研株式會社