JP2000356613A - 複合ガスセンサ - Google Patents
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
度まで、精度良く検出することができる複合ガスセンサ
を提供することにある 【解決手段】ガス検出素子1は、Pdを3重量%を添加
したSnO2 からなる金属酸化物半導体からなる感ガス
体2と、該感ガス体2中に埋設したコイル状のヒータ兼
用電極3と、該ヒータ兼用電極3のコイルの略中心を貫
通するように感ガス体2中に埋設した半導体抵抗検出用
電極4とを備えており、ヒータ兼用電極3と半導体抵抗
検出用電極4との間に負荷抵抗を介して直流電圧を印加
して、ヒータ兼用電極3と半導体抵抗検出用電極4との
間の感ガス体2の抵抗値変化によって生じる負荷抵抗の
電圧を検出してガス検出を行う半導体式ガス検出と、感
ガス体2上でガスが燃焼することにより生じるヒータ兼
用電極3の抵抗値変化を検出することでガス検出を行う
接触燃焼式ガス検出とが行える。
Description
野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸
化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガスセンサに関
するものである。
錫などの金属酸化物半導体のガスの吸着や燃焼による抵
抗値変化を検出する半導体式ガスセンサと、ガスの燃焼
熱による白金などからなる電極の抵抗値変化を検出する
接触燃焼式ガスセンサが一般的に用いられてきた。
からガスの検出が可能という長所を持つが、高濃度域で
抵抗値変化が飽和する。またガス濃度に対する出力の直
線性が悪く、濃度が定量化しにくいという欠点があっ
た。
となく、ガス濃度に対する出力の直線性も良好である
が、感度が小さく、低濃度のガス検出が難しいという欠
点があった。
で、その目的とするところは可燃性ガスや不完全燃焼ガ
スを低濃度から高濃度まで、精度良く検出することがで
きる複合ガスセンサを提供することにある。
めに、請求項1の発明では、金属酸化物半導体からなる
感ガス体と、該感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ
兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの略中心を貫通
するように感ガス体中に埋設した半導体抵抗検出用電極
とを備えたガス検出素子からなり、ヒータ兼用電極と半
導体抵抗検出用電極との間の抵抗値変化によるガス検出
と、感ガス体上でガスが燃焼することにより生じるヒー
タ兼用電極の抵抗値変化によるガス検出とを同時に行う
ことを特徴とする。
らなる感ガス体と、該感ガス体中に埋設したコイル状の
ヒータ兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの略中心
を貫通するように感ガス体中に埋設した半導体抵抗検出
用電極とを備えたガス検出素子及び、金属酸化物半導体
からなりガス検出素子の感ガス体と燃焼活性が異なる感
ガス体と、該感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ兼
用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの略中心を貫通す
るように感ガス体中に埋設した半導体抵抗検出用電極と
を備えた参照用素子からなり、ガス検出素子或いは参照
用素子のヒータ兼用電極と半導体抵抗検出用電極との間
の抵抗値変化によるガス検出と、両素子の感ガス体上で
燃焼することにより生じる夫々のヒータ兼用電極の抵抗
値の比の変化によるガス検出を同時に行うことを特徴と
する。
らなる感ガス体と、該感ガス体中に埋設したコイル状の
ヒータ兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの略中心
を貫通するように感ガス体中に埋設した半導体抵抗検出
用電極とを備えたガス検出素子及び、金属酸化物半導体
からなりガス検出素子の感ガス体と燃焼活性が異なる感
ガス体と、該感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ兼
用電極とを備えた参照用素子からなり、ガス検出素子の
ヒータ兼用電極と半導体抵抗検出用電極との間の抵抗値
変化によるガス検出と、両素子の感ガス体上で燃焼する
ことにより生じる夫々のヒータ兼用電極の抵抗値の比の
変化によるガス検出を同時に行うことを特徴とする。
する。 (実施形態1)本実施形態は、図1に示すようにPdを
3重量%を添加したSnO2 により形成された金属酸化
物半導体からなる感ガス体2と、該感ガス体2中に埋設
したコイル状のヒータ兼用電極3と、該ヒータ兼用電極
3のコイルの略中心を貫通するように感ガス体2中に埋
設した半導体抵抗検出用電極4とを備えたガス検出素子
1から構成され、ヒータ兼用電極3の両端をパッド5
a,5bに溶接或いは導電ペーストで接続し、半導体抵
抗検出用電極4の一端をパッド6に同様に接続してあ
る。
と半導体抵抗検出用電極4との間に負荷抵抗を介して直
流電圧を印加して、ヒータ兼用電極3と半導体抵抗検出
用電極4との間の感ガス体2の抵抗値変化によって生じ
る負荷抵抗の電圧を検出し、該検出電圧に基づいてガス
検出を行う半導体式ガス検出と、感ガス体2表面上でガ
スが燃焼することにより生じる燃焼熱でヒータ兼用電極
3の抵抗値が増加するのを検出することでガス検出を行
う接触燃焼式ガス検出とを行うのである。
検出素子1の感ガス体2の抵抗値が飽和しない低濃度領
域では半導体式ガスセンサとして用い、感ガス体2の抵
抗値が飽和する高濃度領域では接触燃焼式ガスセンサと
して用いることにより、両センサの短所を補い、総合的
に、低濃度領域から高濃度領域に亘って広い範囲でガス
検出をおこなうことができるのである。 (実施形態2)上記実施形態1は、ガス検出素子1のみ
で複合センサを構成するものであったが、本実施形態
は、上記ガス検出素子1に加え構造はガス検出素子1と
同じであるが、感ガス体をSnO2 のみで形成してガス
検出素子1の感ガス体2に比して燃焼活性を低くしてあ
る参照用素子を用いて両素子で複合センサを構成したも
のであり、接触燃焼式ガス検出時に、参照用素子のヒー
タ兼電極3の抵抗値と、ガス検出素子1のヒータ兼電極
3の抵抗値との比の変化に基づいてガス検出を行うよう
にした点に特徴がある。
示し、ガス検出素子1のヒータ兼電極3と、参照用素子
1aのヒータ兼電極3aとを直列に接続してこの直列回
路に抵抗R1、可変抵抗VR、抵抗R2の直列回路を並
列接続してブリッジ回路を構成し、両素子1,1aの接
続点と、可変抵抗VRの摺動子端子とを出力端子とし、
両直列回路の接続端を直流電源VHの接続端子としてあ
る。ここで両素子1,1aのヒータ兼電極3、3aの抵
抗値を等しく形成してある。また可変抵抗VRはゼロ点
調整用のためで、清浄空気下で出力端子間の電圧VBが
0Vとなるように調整される。
極4、4aにそれぞれ負荷抵抗RL1,RL2を直列に
接続し、負荷抵抗RL1、ガス検出素子1の感ガス体2
の直列回路を直流電源VCに接続すると共に、負荷抵抗
RL2、参照用素子1aの感ガス体、ヒータ兼電極3の
直列回路を直流電源VCに接続してある。
出時の検出出力として電圧VBを上記のブリッジ回路の
出力端子より取り出し、また半導体式ガス検出時の検出
出力として上記負荷抵抗RL1或いはRL2の両端電圧
VRl或いはVR2を取り出すのである。
のようにして得られる。つまり可燃性ガスが存在する
と、ガス検出素子1の感ガス体2表面でガスが燃焼し、
燃焼熱によってヒータ兼電極3の抵抗値が増加する。一
方参照用素子1aの感ガス体表面でも当該ガスが接触す
るが、感ガス体が燃焼活性の低い材料で形成されている
ため燃焼が生じず、そのためヒータ兼電極3aの抵抗値
は変化しない。従ってガス検出素子1の感ガス体2の抵
抗値と、参照用素子1aの感ガス体の抵抗値との比が変
化し、その抵抗比変化に応じた出力電圧VBが発生する
ことになる。この出力電圧VBはガス濃度に比例した電
圧となり、この電圧からガス濃度を判定することができ
るのである。
素子1,1aのヒータ兼電極3,3aの抵抗値は等しい
ので、ブリッジ回路の出力端子には出力が生じず、電圧
VBは0Vである。
は物理的変化を捕らえるものであり、図3のa’(H2
を示す)、b’(COを示す)のグラフで示すようにガ
ス濃度に対してリニアであり、高濃度でも出力が飽和す
ることがない。しかし、出力が小さい(一般に増幅回路
を使用する)ため図4のa’,b’のグラフで示す50
0ppm以下のガス検出は難しく、検出できたとしても
精度が悪い。
とガスとの化学反応による感ガス体の抵抗値の変化を捕
らえるものであり、図5のa(H2を示す)、b(CO
を示す)の各グラフに示すように、ガス濃度の対数に比
例して変化するため、負荷抵抗の両端電圧の出力にする
と、高濃度域では図3のa,bの各グラフで示すように
高濃度域では出力電圧が飽和してしまい、ガス濃度の検
出が困難である。一方図4のa,bのグラフで示すよう
に低濃度域、特に200ppm以下ではガス濃度の変化
に対する出力変化が大きく、低濃度のガス検出ができ
る。
気中における感ガス体の抵抗値Rairに対するガス中で
の感ガス体の抵抗値Rの比R/Rair)との関係を示し
ている。
構成した場合にあっては、直流電源VC,VHを通電し
てヒータ兼電極3,3aにより加熱状態とし、半導体式
ガス検出の検出値(VR1又はVR2)と、接触燃焼式
ガス検出の検出値(VB)の何れか一方或いは両方を常
時監視しておき、一定のガス濃度(例えば500ppm
以下)は半導体式ガス検出でガスを検出し、それ以上の
濃度では接触燃焼式ガス検出によってガスを検出するこ
とにより、非常に広範囲なガス濃度に対して精度良くガ
スを検出することができる。
は適宜選択すると良い。 (実施形態3)上記実施形態2では参照用素子1aに半
導体抵抗検出用電極4を設けて半導体式ガス検出を行う
ことができるようにしているが、本実施形態は半導体式
ガス検出をガス検出素子1のみで行うもので、図6に示
すように感ガス体2aとこれに埋設したヒータ兼電極3
aのみで構成した参照用素子1aを用いている。
検出回路であるが、半導体抵抗検出用電極が無い参照用
素子1aを用いるため、それに対応する負荷抵抗が存在
していない。その他の構成は実施形態2と同じであるの
で図2で示す構成要素と同じ構成要素には同じ番号、記
号を付して説明を省略する。
たので、低濃度域では高感度の半導体式ガス検出を利用
し、高濃度域では直線性の良い接触燃焼式ガス検出を利
用してガス検出ができ、そのため可燃性ガスや不完全燃
焼ガスを数ppmから数%までの広範囲の濃度のガスを
精度良く検出することができるという効果がある。
るガス検出素子の構成図である。
の関係説明図である。
の関係説明図である。
感度の関係説明図である。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】金属酸化物半導体からなる感ガス体と、該
感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極と、該
ヒータ兼用電極のコイルの略中心を貫通するように感ガ
ス体中に埋設した半導体抵抗検出用電極とを備えたガス
検出素子からなり、ヒータ兼用電極と半導体抵抗検出用
電極との間の抵抗値変化によるガス検出と、感ガス体上
でガスが燃焼することにより生じるヒータ兼用電極の抵
抗値変化によるガス検出とを同時に行うことを特徴とす
る複合ガスセンサ。 - 【請求項2】金属酸化物半導体からなる感ガス体と、該
感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極と、該
ヒータ兼用電極のコイルの略中心を貫通するように感ガ
ス体中に埋設した半導体抵抗検出用電極とを備えたガス
検出素子及び、金属酸化物半導体からなりガス検出素子
の感ガス体と燃焼活性が異なる感ガス体と、該感ガス体
中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極と、該ヒータ兼
用電極のコイルの略中心を貫通するように感ガス体中に
埋設した半導体抵抗検出用電極とを備えた参照用素子か
らなり、ガス検出素子或いは参照用素子のヒータ兼用電
極と半導体抵抗検出用電極との間の抵抗値変化によるガ
ス検出と、両素子の感ガス体上で燃焼することにより生
じる夫々のヒータ兼用電極の抵抗値の比の変化によるガ
ス検出を同時に行うことを特徴とする複合ガスセンサ。 - 【請求項3】金属酸化物半導体からなる感ガス体と、該
感ガス体中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極と、該
ヒータ兼用電極のコイルの略中心を貫通するように感ガ
ス体中に埋設した半導体抵抗検出用電極とを備えたガス
検出素子及び、金属酸化物半導体からなりガス検出素子
の感ガス体と燃焼活性が異なる感ガス体と、該感ガス体
中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極とを備えた参照
用素子からなり、ガス検出素子のヒータ兼用電極と半導
体抵抗検出用電極との間の抵抗値変化によるガス検出
と、両素子の感ガス体上で燃焼することにより生じる夫
々のヒータ兼用電極の抵抗値の比の変化によるガス検出
を同時に行うことを特徴とする複合ガスセンサ。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3480823B2 (ja) | 1999-11-02 | 2003-12-22 | フィガロ技研株式会社 | ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2006047275A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-02-16 | Honda Motor Co Ltd | ガス検出装置 |
| CN114264705A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-01 | 苏州纳格光电科技有限公司 | 气体传感器 |
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1999
- 1999-06-16 JP JP16928999A patent/JP4091713B2/ja not_active Expired - Fee Related
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