专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体传感器。
背景技术：
近些年，着眼于作为燃料电池车等的电源的燃料电池从其阳极排出发电中未消耗的氢(被检测气体)。该氢由来自燃料电池的阴极的阴极废气(稀释用气体)稀释后，被向车外(外部)排出。这样被向车外排出的气体(稀释后气体)中的氢浓度由接触燃烧式的氢传感器(气体传感器)来检测(参照专利文献I)。另外，由于伴随氢传感器的使用，而使氢接触燃烧的检测元件劣化，因此氢传感器具备常用检测元件对和基准检测元件对。 详细而言，常用检测元件对具备通过与氢接触而温度上升且电阻值变化的第一检测元件、相对于氢为非活性的第一补偿元件(温度补偿元件)，基准检测元件对具备通过与氢接触而温度上升且电阻值变化的第二检测元件、相对于氢为非活性的第二补偿元件。并且，(I)在通常时，不向基准检测元件对通电，仅向常用检测元件对通电而使其起动，来检测氢浓度，(2)在常用检测元件对的劣化判断时，还向基准检测元件对通电而使其起动，并对常用检测元件对的输出与基准检测元件对的输出进行比较，来判断常用检测元件对是否劣化。专利文献I日本特开2004-251862号公报然而，专利文献I的氢传感器分别具备收容常用检测元件对的第一元件壳体、收容基准检测元件对的第二元件壳体，因此存在难以使氢传感器小型化这样的不良情况。另夕卜，在这样具备多个元件壳体的情况下，在各元件壳体中设置对其内部的检测室进行加热的加热器、对该检测室的温度进行检测的温度传感器，从而部件件数增加，用于构成氢传感器的成本变高。因此，如专利文献I所示，考虑在一个元件壳体内配置常用检测元件对和基准检测元件对的结构，但在常用检测元件对与基准检测元件对之间相互产生热干涉，其结果是，氢浓度的检测精度可能降低。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种结构简单且能够高精度检测被检测气体的浓度的气体传感器。作为用于解决上述课题的手段，本发明提供一种气体传感器，其特征在于，具备常用检测元件对，其具有通过与被检测气体接触而温度上升且电阻值变化的第一检测元件、相对于被检测气体为非活性的第一补偿元件，并根据所述第一检测元件的电阻值与所述第一补偿元件的电阻值之差，来输出与被检测气体的浓度对应的第一信号；基准检测元件对，其具有通过与被检测气体接触而温度上升且电阻值变化的第二检测元件、相对于被检测气体为非活性的第二补偿元件，且在所述常用检测元件对的劣化判断时，根据所述第二检测元件的电阻值与所述第二补偿元件的电阻值之差，来输出与被检测气体的浓度对应且成为劣化判断基准的第二信号；元件壳体，其具有收容所述常用检测元件对及所述基准检测元件对这两方的检测室，其中，所述第一检测元件与所述第一补偿元件的第一排列方向和所述第二检测元件与所述第二补偿元件的第二排列方向平行，所述常用检测元件对和所述基准检测元件对在与所述第一排列方向及所述第二排列方向正交的正交方向上排列，所述第一检测元件与所述第一补偿元件的第一排列顺序和所述第二检测元件与所述第二补偿元件的第二排列顺序相反。根据这样的结构，由于为具备一个元件壳体的简单的结构，因此容易使气体传感器小型化。另外，由于具备一个元件壳体，且其检测室为一个，因此在具备对检测室进行加热的加热器或对检测室的温度进行检测的温度传感器的情况下，增加一个加热器或一个温度传感器即可，因此部件件数不会大幅增加，能够以低成本构成气体传感器。另外，由于第一检测元件与所述第一补偿元件的第一排列方向和第二检测元件与第二补偿元件的第二排列方向平行，常用检测元件对和基准检测元件对在与第一排列方向 及第二排列方向正交的正交方向上排列，第一检测元件与第一补偿元件的第一排列顺序和第二检测元件与第二补偿元件的第二排列顺序相反，因此在检测室中将因与被检测气体接触而温度上升的(发热)第一检测元件与第二检测元件相互远离配置。由此，在第一检测元件与第二检测元件之间难以相互产生热干涉。即，第一检测元件的温度及电阻值变得难以因第二检测元件的热量而发生变化，第二检测元件的温度及电阻值变得难以因第一检测元件的热量而发生变化。因此，常用检测元件对的第一信号和基准检测元件对的第二信号分别容易仅与被检测气体的浓度对应而变化。因此，能够高精度检测被检测气体的浓度，并且能够良好地对常用检测元件对进行劣化判断。另外，优选在所述气体传感器中具备对所述检测室进行加热的加热器。根据这样的结构，通过一个加热器，除了对检测室进行加热之外，还能够对常用检测元件对(第一检测元件、第一补偿元件)和基准检测元件对(第二检测元件、第二补偿元件)进行加热(暖机)，并且，加热器的部件件数最�。虼似宕衅鞒晌统杀�。并且，常用检测元件对的氛围温度和基准检测元件对的氛围温度容易变得相同，因此能够高精度对常用检测元件对进行劣化判断。另外，优选在所述气体传感器中具备温度传感器，其配置在所述检测室中，对该检测室的温度进行检测；修正机构，其根据所述温度传感器所检测出的所述检测室的温度，对所述常用检测元件对的第一信号和所述基准检测元件对的第二信号分别进行修正，其中，所述温度传感器以由所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件包围的方式配置。根据这样的结构，由于温度传感器以由第一检测元件、第一补偿元件、第二检测元件及第二补偿元件包围的方式配置，因此元件壳体(检测室)变�。蔽露却衅魉觳獬龅奈露热菀子氤Ｓ眉觳庠约盎技觳庠缘姆瘴露认嗟�。并且，这样，由于温度传感器所检测出的温度容易与常用检测元件对及基准检测元件对的氛围温度相等，因此修正机构能够根据温度传感器所检测的温度，分别良好地对常用检测元件对的第一信号和基准检测元件对的第二信号进行修正，从而能够高精度检测被检测气体的浓度，或者良好地对常用检测元件对进行劣化判断。
另外，优选在所述气体传感器中具备减少所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件中的至少两个元件间的热干涉的隔热构件。根据这样的结构，能够通过隔热构件降低所述至少两个元件间的热干涉。另外，优选在所述气体传感器中所述隔热构件为十字形，来降低所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件间的热干涉。根据这样的结构，能够通过十字形的隔热构件降低第一检测元件、第一补偿元件、第二检测元件及第二补偿元件间的热干涉。另外，优选在所述气体传感器中所述隔热构件为筒状，且该筒状的隔热构件以将所述第一检测元件及所述第二检测元件分别包围的方式设置。根据这样的结构，能够通过筒状的隔热构件分别降低向第一检测元件及第二检测元件的热干涉。 另外，优选在所述气体传感器中，在所述筒状的隔热构件的周壁部形成有供被检测气体出入的贯通孔。根据这样的结构，能够使被检测气体经由贯通孔向圆筒状的隔热构件的内外出入。发明效果根据本发明，能够提供一种结构简单且能够高精度检测被检测气体的浓度的气体传感器。
图I是表示第一实施方式涉及的燃料电池系统的结构的图。图2是第一实施方式涉及的氢传感器的侧剖视图。图3是将第一实施方式涉及的氢传感器的侧剖视图放大后的图，与图4的X2-X2线截面对应。图4是第一实施方式涉及的氢传感器的平剖视图，与图3的Xl-Xl线截面对应。图5是第一实施方式涉及的氢传感器的电路图。图6是表示检测室的温度与修正系数α、β的关系的映射。图7是表示检测室的温度与电阻值的关系的图表。图8是表示第一实施方式涉及的氢传感器的动作的流程图。图9是第二实施方式涉及的氢传感器的平剖视图，是相当于图3的Xl-Xl线截面的图。图10是将第三实施方式涉及的氢传感器的侧剖视图放大后的图，与图11的Χ4-Χ4线截面对应。图11是第三实施方式涉及的氢传感器的平剖视图，与图10的Χ3-Χ3线截面对应。图12是将第四实施方式涉及的氢传感器的侧剖视图放大后的图，与图13的Χ6-Χ6线截面对应。图13是第四实施方式涉及的氢传感器的平剖视图，与图12的Χ5-Χ5线截面对应。符号说明1、2、3、4氢传感器(气体传感器)
13 元件壳体13a检测室14 温度传感器15、16隔热构件21 加热器22 温度传感器3IA第一检测元件3IB第二检测元件 3IC第三检测元件32A第一补偿元件32B第二补偿元件32C第三补偿元件51微型计算机(控制机构、修正机构)BI第一桥式电路B2第二桥式电路DUD2>D3 排列方向D5正交方向P1、P3常用检测元件对P2基准检测元件对VIout电位差(第一信号)V20UT电位差(第二信号)
具体实施例方式第一实施方式以下，参照图I 图8，对本发明的第一实施方式进行说明。首先，对装入有氢传感器I (气体传感器)的燃料电池系统100进行说明。燃料电池系统100搭载于燃料电池车(移动体)，具备燃料电池组110 (燃料电池)、稀释器120、氢传感器 I、ECU130 (Electronic Control Unit,电子控制装置)。〈燃料电池组〉燃料电池组110为固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell PEFC)，其通过将单电池层叠多个而构成，该单电池通过利用隔板(未图示)来夹持MEA(Membrane Electrode Assembly,膜电极接合体)而形成。MEA具备电解质膜(固体高分子膜)、夹持该电解质膜的阴极及阳极。在各隔板上形成有由槽和贯通孔构成的阳极流路111及阴极流路112。并且，当氢由氢罐(未图示)经由阳极流路111向阳极供给，含氧的空气由吸入外部气体的压缩机(未图示)经由阴极流路112向阴极供给时，在阳极及阴极所含有的催化剂(Pt等)上引起电极反应，从而燃料电池组110成为能够发电的状态。当将这样能够发电的状态的燃料电池组110与外部负载(例如，行驶用的电动机)电连接，而取出电流时，燃料电池组110进行发电。
另外，从阳极流路111排出的含有未消耗的氢的阳极废气通过配管而朝向稀释器120。另一方面，从阴极流路112排出的阴极废气(稀释用气体)通过配管112a而朝向稀释器120。<稀释器>稀释器120是利用阴极废气等来稀释阳极废气中的氢的容器，在其内部具有稀释空间。并且，将含氢的稀释后的气体通过配管120a向车外(外部)排出。〈ECU〉E⑶130包括CPU、ROM、RAM、各种接口、电子电路等而构成。并且，E⑶130在检测到IG131的接通信号的情况下，向氢传感器I输出起动指令。需要说明的是，IG131为燃料电池系统100(燃料电池车)的起动开关，配置在驾驶席附近。
《氢传感器的结构》如图2所示，氢传感器I为接触燃烧式的传感器，利用其第一检测元件31A来对通过使氢燃烧而在配管120a中流通的气体中的氢浓度进行检测。氢传感器I具备形成有规定的电路的基板11 ;收容基板11的薄箱状的箱体12 ；从箱体12的底壁部朝向铅垂下方延伸的有底圆筒状的元件壳体13 ;对检测室13a的温度进行检测的温度传感器14 ;安装在元件壳体13的外侧的圆筒状的加热器21 ;对加热器21的温度进行检测的温度传感器22。但是，元件壳体13不局限于圆筒状，也可以为多角筒状(六角筒状)。并且，加热器21的形状 位置 个数不局限于此，例如，可以形成为在元件壳体13内的检测室13a中具备多个板状的加热器的结构。箱体12为聚苯硫醚等的树脂制。并且，箱体12通过螺栓安装于配管120a的顶壁部 120b。<元件壳体>元件壳体13在其内部具有为了检测氢而取入含氢的气体的检测室13a。并且，在该检测室13a中配置有后述的常用检测元件对Pl (第一检测元件31A与第一补偿元件32A这一对)、基准检测元件对P2 (第二检测元件3IB与第二补偿元件32B这一对)(参照图4)。即，元件壳体13收容常用检测元件对Pl及基准检测元件对P2这两方。这样的元件壳体13由热传导率高的材料(SUS等金属、热传导率高的树脂)形成，以使加热器21的热量向检测室13a传递。另外，在元件壳体13的底壁部形成有俯视下呈圆形的气体出入口 13b。并且，经由气体出入口 13b使含氢的气体在检测室13a与配管120a之间出入。需要说明的是，以对气体出入口 13b进行加盖的方式设有防爆过滤器及防水过滤器(都未图示)。防爆过滤器为用于确保防爆性的过滤器，例如，由金属制的网眼或多孔质体构成。防水过滤器为允许气体(氢)通过但不允许液体(水滴)通过的过滤器，例如，由四氟乙烯膜构成。<检测室用的温度传感器>温度传感器14配置在俯视下呈圆形的检测室13a的中心(圆筒状的元件壳体13的中心轴线上)(参照图4)。并且，温度传感器14对检测室13a的温度进行检测，并向后述的微型计算机51输出(参照图5)。
另外，温度传感器14配置成在俯视下由第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B包围。详细而言，温度传感器14配置在假想的长方形的中心(对角线的交点)，而第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B配置在该长方形的顶点(四角)。由此，温度传感器14所检测的检测室13a的温度与第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B的氛围温度大致相等。即，以通过一个温度传感器14来检测四个元件(第一检测元件31A等)的氛围温度的方式布局，从而能够实现温度传感器14的部件件数的削减。〈加热器〉加热器21为电阻器且电加热器，并为通过由后述的加热器驱动电路52通电而发热的发热体。加热器21由温度电阻系数(电阻温度系数)大且电阻值与温度为线形关系的材料形成。作为具有这样的特性的材料，可以使用从钼(Pt)、钥(Mo)、钽(Ta)、铜(Cu)等金属或镍铬合金、SUS等合金中选择的至少一种。 <加热器用的温度传感器>温度传感器22对加热器21的温度进行检测，并向后述的微型计算机51输出(参照图5)。〈桥式电路〉如图5所示，氢传感器I具备包括常用检测元件对Pl (参照图4)的第一桥式电路BI ;包括基准检测元件对P2的第二桥式电路B2。第一桥式电路BI是在通常时起动来检测氢浓度的电路，另一方面，第二桥式电路B2为根据来自微型计算机51的指令而在常用检测元件对Pl (第一桥式电路BI)的劣化判断时起动，来检测氢浓度的电路。S卩，通常时，根据来自微型计算机51的指令，从后述的电压产生电路53向第一桥式电路BI施加电压(通电)，另一方面，在常用检测元件对Pl(第一桥式电路BI)的劣化判断时，根据来自微型计算机51的指令，从电压产生电路53向第一桥式电路BI及第二桥式电路B2施加电压(通电)。在此，由于第一桥式电路BI与第二桥式电路B2为同样的结构，因此，以下对第一桥式电路BI进行详细地说明。第一桥式电路BI具备第一串联边30、第二串联边40。〈第一桥式电路-第一串联边〉第一串联边30具备第一检测元件31A(电阻值R31)和第一补偿元件32A(电阻值R32)，通过将第一检测元件31A与第一补偿元件32A串联连接而构成。并且，常用检测元件对Pl由第一检测元件31A与第一补偿元件32A这一对(一组)构成(参照图3、图4)。第一检测元件31A固定在金属制的支架31d、31d的下端并配置在检测室13a中，该支架31d、31d从基板11向铅垂下方延伸且构成第一串联边30的一部分(参照图2 图4)。另一方面，第一补偿兀件32A与第一检测兀件31A同样，固定在金属制的支架32d、32d的下端且配置在检测室13a中，该支架32d、32d从基板11向铅垂下方延伸且构成第一串联边30的一部分。第一检测元件31A是相对于氢为活性的公知的元件，也被称为催化剂电阻，具备线圈31a、覆盖线圈31a的球状的载体31b、由载体31b担载的氧化催化剂31c。线圈31a与上述的加热器21同样，由钼(Pt)等温度电阻系数大的材料形成。载体31b为由氧化铝等形成的多孔质体。氧化催化剂31c由相对于氢活性高且使氢氧化(燃烧)的贵金属(钼等)形成。但是，第一检测元件31A不局限于线圈型，此外例如还可以为薄膜型。因此，第一检测元件31A的温度及电阻值R31根据⑴检测室13a的温度(氛围温度、环境温度)和(2)氢与氧化催化剂31c接触并燃烧(氧化)所产生的燃烧热而变化。第一补偿元件32A是相对于氢为非活性的公知的元件，具备线圈32a、覆盖线圈32a的球状的载体32b、为了相对于氢成为非活性而覆盖载体32b的表面的非活性层(未图示)O非活性层由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)等非金属、或者金(Au)等的不与氢反 应的金属形成。并且，即使氢与第一补偿元件32A接触，氢也不发生催化剂燃烧反应，而不生成燃烧热。因此，第一补偿元件32A的温度及电阻值R32仅根据检测室13a的温度(氛围温度、环境温度)而变化。〈第一桥式电路-第二串联边〉第二串联边40具备第一电阻41 (电阻值R41)、第二电阻42(电阻值R42),通过将第一电阻41与第二电阻42串联连接而构成。第一电阻41及第二电阻42安装在基板11上(参照图2)。第一电阻41的电阻值R41、第二电阻42的电阻值R42为固定值。〈第一串联边，第二串联边的连接状态〉第一串联边30的两端和第二串联边40的两端分别连接而构成输入端子Tl、输入端子T2。输入端子Tl、输入端子T2与电压产生电路53连接，将由电压产生电路53产生的电压Vin向输入端子Tl、T2施加,来向第一桥式电路BI通电。在第一串联边30中，第一检测元件31A与第一补偿元件32A之间的中间点构成输出端子T3，在第二串联边40中，第一电阻41与第二电阻42之间的中间点构成输出端子T4。并且，输出端子T3、输出端子T4与微型计算机51连接，将第一桥式电路BI的电位差VIojt (第一信号)向微型计算机51输出。S卩，相对于第一电阻41的电阻值R41及第二电阻42的电阻值R42为固定值，而第一检测元件31A的电阻值R31根据⑴检测室13a的温度和⑵氢的燃烧热而变化，第一补偿元件32A的电阻值R32根据⑴检测室13a的温度而变化，将基于电阻值R31与电阻值R32之差的输出端子T3、T4的电位差VIqut作为第一桥式电路BI的第一信号而向微型计算机51输出。在此，在检测室13a的温度为常温(25°C等)且氢浓度为O的情况下，以使第一桥式电路BI的电位差VIqut成为O的方式来设定第一检测兀件31A的电阻值R31、第一补偿兀件32A的电阻值R32、第一电阻41的电阻值R41及第二电阻42的电阻值R42。并且，由于第一检测元件31A的电阻值R31和第一补偿元件32A的电阻值R32与检测室13a的温度对应而同样地变化，因此第一桥式电路BI的电位差VIotjt与氢浓度对应而变化。〈第二桥式电路〉
第二桥式电路B2为与第一桥式电路BI同样的结构，通过在第一桥式电路BI的常用检测元件对Pl (第一检测元件31A、第一补偿元件32A)的劣化判断时被通电而驱动，将作为劣化判断基准的电位差(第二信号)向微型计算机51输出。即，第二桥式电路B2与第一桥式电路BI比较，取代第一检测元件31A而具备第二检测元件31B，且取代第一补偿元件32A而具备第二补偿元件32B。第二检测元件31B及第二补偿元件32B配置在检测室13a中(参照图2 图4)。并且，基准检测元件对P2由第二检测元件3IB与第二补偿元件32B这一对(组)构成。第二检测元件31B为与第一检测元件31A同样的结构，其电阻值R31根据⑴检测室13a的温度和(2)氢的燃烧热而变化。第二补偿元件32B为与第一补偿元件32A同样的结构，其电阻值R32根据(I)检测室13a的温度而变化。并且，将第二桥式电路B2中的输出端子T3、T4的电位差V2QUT作为第二桥式电路B2的第二信号而向微型计算机51输出。 〈第一检测元件等的配置状况〉在此，参照图4，对第一检测元件31A、第一补偿元件32、第二检测元件31B及第二补偿元件32B的配置状况进行说明。需要说明的是，第一检测元件31A及第二检测元件31B当氢与其接触时，生成燃烧热而发热。第一检测元件31A与第一补偿元件32A的第一排列方向Dl和第二检测元件31B与第二补偿元件32B的第二排列方向D2平行，在此，与配管120a中的废气的流通方向(图2的左右方向)一致。但是，第一排列方向Dl及第二排列方向D2没有限定于此，例如，也可以为与配管120a中的废气的流通方向正交的方向(相对于图2的纸面垂直的方向)。并且，常用检测元件对Pl和基准检测元件对P2在与第一排列方向Dl及第二排列方向D2正交的正交方向D5(图4的上下方向)上隔开规定间隔而排列。另外，在俯视下，常用检测元件对Pl中的第一检测元件31A与第一补偿元件32A的第一排列顺序和基准检测元件对P2中的第二检测元件31B与第二补偿元件32B的第二排列顺序相反(参照图4)。由此，第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B配置在假想的长方形(优选形成为正方形)的顶点，第一检测元件31A与第二检测元件31B在所述假想的长方形上呈对角地配置。这样，将通过氢的燃烧而发热的第一检测元件31A与第二检测元件31B相互远离配置，因此与第一检测元件31A和第二检测元件31B在正交方向D5上排列的结构相比，第一检测元件31A与第二检测元件31B之间难以相互产生热干涉。S卩，第一检测元件31A的温度及电阻值R31难以因第二检测元件31B的热量而变化，第二检测元件31B的温度及电阻值R31难以因第一检测元件31A的热量而变化。因此，第一桥式电路BI (常用检测元件对Pl)的电位差VIott (第一信号)和第二桥式电路B2(基准检测元件对P2)的电位差V2TOT(第二信号)分别容易仅与氢浓度对应而变化。因此，能够高精度检测氢浓度，并且，微型计算机51能够良好地对常用检测元件对Pl进行劣化判断。〈微型计算机〉氢传感器I具备微型计算机51 (控制机构、修正机构)。微型计算机51包括CPU、ROM、RAM、各种接口、电子电路等而构成，根据在其内部存储的程序而发挥各种功能。
<微型计算机-加热器控制功能>详细而言，微型计算机51具备根据从温度传感器22输入的加热器21的温度(及/或从温度传感器14输入的检测室13a的温度)，来控制(PWM控制、接通/断开控制等)加热器驱动电路52，以使检测室13a的温度成为目标温度以上的功能。所述目标温度例如设定为在检测室13a中废气的水蒸气不结露的结露防止温度以上。<微型计算机-电压控制功能>
另外，微型计算机51具备控制电压产生电路53，从而(I)在通常时，对第一桥式电路BI施加规定电压，(2)在第一桥式电路BI (常用检测元件对Pl)的劣化判断时，对第一桥式电路BI及第二桥式电路B2(基准检测元件对P2)施加规定电压的功能。需要说明的是，第一桥式电路BI的劣化判断例如在(I)氢传感器I的累计使用时间经过了规定时间的情况、⑵累计氢浓度成为规定浓度以上的情况等时执行。<微型计算机-修正功能>另外，微型计算机51(修正机构)具备将第一桥式电路BI (常用检测元件对Pl)的电位差VIott(第一信号)与修正系数α相乘来对电位差VIott进行修正的功能。由此，将基于第一检测元件31Α与第一补偿元件32Α的个体差(在氛围温度相同的情况下，为因温度变化引起的电阻值R31、R32之差)的电位差VItot修正，即，修正成仅与氢浓度对应的电位差 VIouto在此，修正系数α根据检测室13a的温度、图6的映射(map)来算出。在此，如图6所示，例示出随着检测室13a的温度变高，而修正系数α变大的关系。这是由于，第一检测元件31Α的线圈31a、载体31b与第一补偿元件32A的线圈32a、载体32b很难为完全相同的规格(线圈的长度·粗细，载体的大小等)，且如图7所示，在氢浓度为O的情况下，第一检测元件31A的电阻值R31与第一补偿元件32A的电阻值R32之间形成有差值，该电阻值之差伴随检测室13a的温度变化而变化。需要说明的是，在图7中，第一补偿元件32A的电阻值R32比第一检测元件31A的电阻值R31大，且随着检测室13a的温度变高，电阻值R32与电阻值R31之差变大，如图6所示，例示出修正系数α变大的情况，但没有限定于此，根据第一检测元件31Α、第一补偿元件32Α的规格、向第一桥式电路BI施加的施加电压的方向等而也存在成为相反的倾向的情况。另外，图6的映射事前通过试验等求出，且存储在微型计算机51中。与此相同，微型计算机51具备将第二桥式电路Β2(基准检测元件对Ρ2)的电位差V2TOT(第二信号)与修正系数β相乘来对电位差V2TOT进行修正的功能。由此，将基于第二检测元件3IB与第二补偿元件32B个体差的电位差V2ot修正，即，修正成仅与氢浓度对应的电位差V2qut。并且，微型计算机51在通常时将与氢浓度对应的修正后的电位差VItot(或对其进行变换后的信号)向ECU130输出。<微型计算机-劣化判断功能>另外，微型计算机51(劣化判断机构)具备判断第一桥式电路BI的常用检测元件对Pl (尤其是第一检测元件31A)是否劣化的功能。具体而言，例如，在修正后的电位差Vlm(第一信号)与修正后的电位差V2·(第二信号)之差为规定值以上时，微型计算机51判断为常用检测元件对Pl发生了劣化。规定值是判断为常用检测元件对Pi发生了劣化的值，事前通过试验等求出，并存储在微型计算机51中。需要说明的是，当常用检测元件对Pl的第一检测元件31A的劣化进展时，氧化催化剂31c的催化剂功能降低，电阻值R31变小。并且，微型计算机51在判断为常用检测元件对Pl劣化的情况下，将与该情况对应的信号(劣化信号)向ECU130输出。<加热器驱动电路、电压产生电路>氢传感器I具备加热器驱动电 路52和电压产生电路53。加热器驱动电路52具备DC-DC转换器等而构成，与外部电源61 (12V蓄电池等)连接。并且，加热器驱动电路52具备根据微型计算机51的指令，使来自外部电源61的电力的电流值可变并同时向加热器21供给的功能。电压产生电路53具备DC-DC转换器等而构成，与外部电源62 (例如12V蓄电池)连接。并且，电压产生电路53根据微型计算机51的指令，(I)在通常时，对第一桥式电路BI施加规定电压，(2)在常用检测元件对Pl的劣化判断时，对第一桥式电路BI及第二桥式电路B2施加规定电压。《氢传感器的动作》接着，参照图8，对氢传感器I的动作进行说明。需要说明的是，微型计算机51根据来自检测到IG131的接通信号的ECU130的指令，反复进行图8的一系列的处理。在步骤SlOl中，微型计算机51判定是否为常用检测元件对Pl的劣化判断时。在判定为劣化判断时的情况下(S101为是)，微型计算机51的处理进入步骤S105。另一方面，在判定为不是劣化判断时的情况下(S101为否)，微型计算机51的处理进入步骤S102。需要说明的是，这样进入步骤S102的情况为通常时。在步骤S102中，微型计算机51控制电压产生电路53，来对第一桥式电路BI施加规定电压。需要说明的是，第二桥式电路B2断开。在步骤S103中，微型计算机51对来自第一桥式电路BI的电位差VIqut进行修正。具体而言，微型计算机51根据检测室13a的温度和图6的映射来算出修正系数α，并将电位差VIotjt与修正系数α相乘来算出修正后的电位差V1QUT。在步骤S104中，微型计算机51将修正后的电位差VIqut (或者与其对应的信号)向ECU130 输出。之后，微型计算机51的处理通过返回而回到开始。在步骤S105中，微型计算机51控制电压产生电路53，从而对第一桥式电路BI、第二桥式电路B2分别施加规定电压。在步骤S106中，微型计算机51分别对来自第一桥式电路BI的电位差VIqut和来自第二桥式电路B2的电位差V2qut进行修正。在步骤S107中，微型计算机51判定常用检测元件对Pl是否劣化。例如，在修正后的电位差Vltm与修正后的电位差V2·之差的绝对值为规定值以上的情况下，判定为常用检测元件对Pl劣化。在判定为常用检测元件对Pl劣化的情况下(S107为是)，微型计算机51的处理进入步骤S108。另一方面，在判定为常用检测元件对Pl未劣化的情况下(S107为否)，微型计算机51的处理通过返回而回到开始。
在步骤S108中，微型计算机51将与常用检测元件对Pl劣化对应的劣化信号向ECU130 输出。在该情况下，优选ECU130形成为如下这样的结构为了将常用检测元件对Pl劣化的情况向操作者报告，而使报告装置(未图示)工作，例如使警告灯点亮。之后，微型计算机51的处理通过返回而回到开始。《氢传感器的效果》根据这样的氢传感器1，可以得到如下的效果。由于为具备一个元件壳体13的结构，因此能够使氢传感器I小型化，且能够以低成本构成。
由于第一检测元件31A与第二检测元件31B分离，因此在第一检测元件31A与第二检测元件31B之间难以产生热干涉，能够高精度检测氢浓度，且能够对常用检测元件对Pl正确地进行劣化判断。由于元件壳体13为一个，且检测室13a也为一个，因此能够通过一个加热器21进行加热。由此，加热器21的部件件数最�。芄灰缘统杀竟钩汕獯衅鱅。温度传感器14为由第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B包围的结构，因此温度传感器14所检测的温度容易与第一检测元件31A等的氛围温度相等。并且，由于根据温度传感器14所检测的温度，来对电位差V1ott、V2ott进行修正，因此能够高精度检测氢浓度，或者能够正确执行常用检测元件对Pl的劣化判断。《变形例》以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不局限于此，即可以与后述的方式的结构适当组合，并且也可以如下这样变更。在上述的实施方式中，例示出被检测气体为氢的情况，但也可以为其它气体。在上术的实施方式中，例示出氢传感器I为接触燃烧式的结构，但也可以为其它的产生热的方式，例如热传导式、质子方式、半导体式。在上述的实施方式中，例示出燃料电池系统100搭载在燃料电池车的情况，但也可以为搭载于其它的移动体、例如机动二轮车、列车、船舶的结构。另外，也可以将本发明适用于家庭用的固定型的燃料电池系统、装入到供热水系统中的燃料电池系统。《第二实施方式》接着，参照图9，对本发明的第二实施方式进行说明。需要说明的是，对与第一实施方式不同的部分进行说明。第二实施方式涉及的氢传感器2具备与常用检测元件对Pl不同的常用检测元件对P3。并且，例如在通常时，常用检测元件对Pl和常用检测元件对P3每经过规定时间交替工作，从而能够实现常用检测元件对Pl及常用检测元件对P3的长寿命化。常用检测元件对P3由第三检测元件31C与第三补偿元件32C这一对构成。需要说明的是，氢传感器I具备与第一桥式电路BI同样的第三桥式电路(未图示)，常用检测元件对P3构成上述第三桥式电路(未图示)的一部分。第三检测元件31C与第三补偿元件32C的第三排列方向D3和第一排列方向Dl与第二排列方向D2平行。
另外，常用检测元件对P3在正交方向D5上，且在以基准检测元件对P2为对称中心的常用检测元件对Pl的相反侧，相对于基准检测元件对P2隔开规定间隔而排列。并且，常用检测元件对P3中的第三检测元件31C与第三补偿元件32C的第三排列顺序和基准检测元件对P2中的第二检测元件31B与第二补偿元件32B的第二排列顺序相反。由此，将常用检测元件对P3的第三检测元件31C与基准检测元件对P2的第二检测元件31B分离配置，因此能够降低第三检测元件31C与第二检测元件31B之间的热干涉。在上述的实施方式中，例示出具备两个常用检测元件对P1、P3和一个基准检测元件对P2的结构，此外，例如还可以形成为具备一个常用检测元件对和两个基准检测元件对的结构。在该情况下，可以形成为在正交方向D5上通过两个基准检测元件对来夹着一个常用检测元件对的结构。
另外，还可以形成为具备两个常用检测元件对和两个基准检测元件对的结构。在该情况下，可以形成为在正交方向D5上将基准检测元件对和常用检测元件对交替排列的结构。《第三实施方式》接着，参照图10 图11，对本发明的第三实施方式进行说明。需要说明的是，对与第一实施方式不同的部分进行说明。第三实施方式涉及的氢传感器3具备在俯视下呈十字形的树脂制(聚苯硫醚等)的隔热构件15。但是，隔热构件15也可以为难以腐蚀的金属制(SUS等)。隔热构件15具备俯视下在彼此的中间位置交叉的第一壁部15a和第二壁部15b。第一壁部15a在常用检测元件对Pl与基准检测元件对P2之间，且在与第一排列方向Dl及第二排列方向D2平行的方向上延伸。第二壁部15b在常用检测元件对Pl的第一检测元件31A与第一补偿元件32A之间且在基准检测元件对P2的第二检测元件31B与第二补偿元件32B之间，在与正交方向D5平行的方向上延伸。需要说明的是，隔热构件15在高度方向上，从箱体12的底壁部朝向下方延伸到比第一检测元件31A等靠下方位置的位置。并且，温度传感器14安装在第一壁部15a与第二壁部15b的交叉位置。根据这样的氢传感器3，第一壁部15a在常用检测元件对Pl与基准检测元件对P2之间延伸，第二壁部15b在第一检测元件31A与第一补偿元件32A之间且第二检测元件31B与第二补偿元件32B之间延伸，因此能够降低第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B及第二补偿元件32B之间的热干涉。在上述的实施方式中，例示出隔热构件15为十字形的结构，此外，例如还可以形成为省略沿正交方向D5延伸的第二壁部15b，而仅具备第一壁部15a的结构。根据这样的结构，第一检测元件31A的氛围温度与第一补偿元件32A的氛围温度容易相等。对于第二检测元件31B的氛围温度和第二补偿元件32B的氛围温度来说也同样。《第四实施方式》接着，参照图12 图13，对本发明的第四实施方式进行说明。需要说明的是，对与第一实施方式不同的部分进行说明。第四实施方式涉及的氢传感器4具备呈圆筒状的四个隔热构件16。但是，没有限定为圆筒状，也可以为多角筒状(例如六角筒状)。四个隔热构件16从箱体12的底壁部向下方延伸，并且分别包围第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B、第二补偿元件32B。由此，来降低第一检测元件31A、第一补偿元件32A、第二检测元件31B、第二补偿元件32B之间的热干涉。但是，也可以形成为至少仅将第一检测元件31A、第二检测元件31B分别包围的结构。在圆筒状的各隔热构件16的周壁部形成有三个贯通孔16a，通过各贯通孔16a使含氢的废气出入。但是，也可以形成为没有贯通孔16a的结构。三个贯通孔16a形成在从第一排列方向Dl或第二排列方向D2偏离了 45°的位置上。即，贯通孔16a不在从任意的元件(例如，第一检测元件31A)向最接近的元件(第一 补偿元件32A或第二补偿元件32B)的方向上形成。由此，能够降低在第一排列方向Dl (第二排列方向D2)或正交方向D5上相邻的元件间(例如，第一检测元件31A与第一补偿元件32A之间)的热干涉。其中，贯通孔16a不形成在以第一检测元件31A等为顶点的假想的长方形的对角方向内侧位置。由此，能够降低第一检测元件31A与第二检测元件31B之间、第一补偿元件32A与第二补偿元件32B之间的热干涉。
权利要求
1.ー种气体传感器，其特征在于，具备 常用检测元件对，其具有通过与被检测气体接触而温度上升且电阻值变化的第一检测元件、相对于被检测气体为非活性的第一补偿元件，井根据所述第一检测元件的电阻值与所述第一补偿元件的电阻值之差，来输出与被检测气体的浓度对应的第一信号； 基准检测元件对，其具有通过与被检测气体接触而温度上升且电阻值变化的第二检测元件、相对于被检测气体为非活性的第二补偿元件，且在所述常用检测元件对的劣化判断时，根据所述第二检测元件的电阻值与所述第二补偿元件的电阻值之差，来输出与被检测气体的浓度对应且成为劣化判断基准的第二信号； 元件壳体，其具有收容所述常用检测元件对及所述基准检测元件对这两方的检测室，所述第一检测元件与所述第一补偿元件的第一排列方向和所述第二检测元件与所述第二补偿元件的第二排列方向平行， 所述常用检测元件对和所述基准检测元件对在与所述第一排列方向及所述第二排列方向正交的正交方向上排列， 所述第一检测元件与所述第一补偿元件的第一排列顺序和所述第二检测元件与所述第二补偿元件的第二排列顺序相反。
2.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在干， 具备对所述检测室进行加热的加热器。
3.根据权利要求I或2所述的气体传感器，其特征在于，具备 温度传感器，其配置在所述检测室中，对该检测室的温度进行检测； 修正机构，其根据所述温度传感器所检测出的所述检测室的温度，对所述常用检测元件对的第一信号和所述基准检测元件对的第二信号分别进行修正， 所述温度传感器以由所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件包围的方式配置。
4.根据权利要求I至3中任ー项所述的气体传感器，其特征在干， 具备隔热构件，其降低所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件中的至少两个元件间的热干渉。
5.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在干， 所述隔热构件为十字形，来降低所述第一检测元件、所述第一补偿元件、所述第二检测元件及所述第二补偿元件间的热干渉。
6.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在干， 所述隔热构件为筒状， 该筒状的隔热构件以将所述第一检测元件及所述第二检测元件分别包围的方式设置。
7.根据权利要求6所述的气体传感器，其特征在干， 在所述筒状的隔热构件的周壁部形成有供被检测气体出入的贯通孔。
全文摘要
一种气体传感器，具备常用检测元件对(P1)，其具有第一检测元件(31A)和第一补偿元件(32A)，输出与氢的浓度对应的第一信号；基准检测元件对(P2)，其具有第二检测元件(31B)和第二补偿元件(32B)，在常用检测元件对的劣化判断时输出第二信号；元件壳体(13)，其收容常用检测元件对及基准检测元件对，其中，第一检测元件与第一补偿元件的第一排列方向(D1)和第二检测元件与第二补偿元件的第二排列方向(D2)平行，常用检测元件对和基准检测元件对在与第一排列方向及第二排列方向正交的正交方向(D5)上排列，第一检测元件与第一补偿元件的第一排列顺序和第二检测元件与第二补偿元件的第二排列顺序相反。据此，结构简单且能够高精度检测被检测气体的浓度。
文档编号G01N27/04GK102788820SQ201210154828
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月17日 优先权日2011年5月20日
发明者冈岛一博, 塚林俊二, 大石英俊 申请人:本田技研工业株式会社
专业数控铣床产品供应商
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