JPH01206252A - ガス検出方法及びその装置 - Google Patents
ガス検出方法及びその装置Info
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- JPH01206252A JPH01206252A JP3155688A JP3155688A JPH01206252A JP H01206252 A JPH01206252 A JP H01206252A JP 3155688 A JP3155688 A JP 3155688A JP 3155688 A JP3155688 A JP 3155688A JP H01206252 A JPH01206252 A JP H01206252A
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- Japan
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- gas
- heater
- power
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- gas detection
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の利用分野〕
この発明はガスの検出に関し、特に検出に用いるガスセ
ンサの消費電力の軽減に関する。
ンサの消費電力の軽減に関する。
［従来技術］
ガスセンサの消費電力の軽減は、ガスの検出の分野での
基本的ｉｉの１つである。そして現在までの研究は、セ
ンサの小形化に向けられてきた。
基本的ｉｉの１つである。そして現在までの研究は、セ
ンサの小形化に向けられてきた。
しかしセンサの小形化には限界が有ることも事実である
。
。
発明者は、ガスセンサに短時間の加熱パルスを加え、ガ
スセンサを間欠的に加熱して、センサを動作させること
を検討した。また発明者は、ガスセンサの構造を複雑化
させず、既存のセンサ構造を用いて、消費電力を減少さ
せることも考慮した。
スセンサを間欠的に加熱して、センサを動作させること
を検討した。また発明者は、ガスセンサの構造を複雑化
させず、既存のセンサ構造を用いて、消費電力を減少さ
せることも考慮した。
なおここで関連ある先行技術を示す。実公昭５５−９２
０号公報は、耐熱絶縁基板上にヒータと−ガス感応部を
積層し、ガスセンサとすることを提案している。即ちこ
の発明で用いるガスセンサは、それ自体としては公知で
ある。しかしこの公報は、ガス感応部の間欠的加熱に付
いてはふれていない。
０号公報は、耐熱絶縁基板上にヒータと−ガス感応部を
積層し、ガスセンサとすることを提案している。即ちこ
の発明で用いるガスセンサは、それ自体としては公知で
ある。しかしこの公報は、ガス感応部の間欠的加熱に付
いてはふれていない。
米国特許３９０６．４７３号公報は、ガスセンサを高温
域と低温域とに交互に加熱し、低温域での出力からＣＯ
を検出することを提案している。
域と低温域とに交互に加熱し、低温域での出力からＣＯ
を検出することを提案している。
この場合の加熱周期は、例えば高温側が２０秒問、低温
側が４０秒間とされる。
側が４０秒間とされる。
［発明の課：ｊｌｉ］
この発明の課題は、ガスセンサの消費電力を節減する点
に有る。
に有る。
［発明の構成と作用コ
この発明の着眼点は、次の点に有る。
（１） センサのガス感応部を罹く短時間だけ加熱し
ても、センサ、は動作する。例えば、毎秒１回０゜２
ｍ５ｅｃだけガス感応部を加熱しても、センサは動作す
る。これまでの研究では、センサを動作させる、あるい
はセンサを活性化させるのに必要な加熱時間の下限は明
らかでなかった。そして発明者は、センサの活性化に必
要な加熱時間は、掻く短いことを見出した。従って、セ
ンサのガス感応部を間欠的に短時間加熱し、その他の期
間はガス感応部の加熱を実質上停止すれば、消費電力を
減少できる。
ても、センサ、は動作する。例えば、毎秒１回０゜２
ｍ５ｅｃだけガス感応部を加熱しても、センサは動作す
る。これまでの研究では、センサを動作させる、あるい
はセンサを活性化させるのに必要な加熱時間の下限は明
らかでなかった。そして発明者は、センサの活性化に必
要な加熱時間は、掻く短いことを見出した。従って、セ
ンサのガス感応部を間欠的に短時間加熱し、その他の期
間はガス感応部の加熱を実質上停止すれば、消費電力を
減少できる。
（２）短時間の加熱によりガス感応部を活性化するには
、ヒータとガス感応部との熟伝導を高める必要が有る。
、ヒータとガス感応部との熟伝導を高める必要が有る。
ヒータとガス感応部との熟伝導が速ければ、短時間にガ
ス感応部を加熱できる。これに対してこの間の熱伝導が
遅いと、ヒータへの電力パルスを長くせねばならない。
ス感応部を加熱できる。これに対してこの間の熱伝導が
遅いと、ヒータへの電力パルスを長くせねばならない。
（３）これらの要請にセンサの構造を複雑化しないこと
を加味すると、基板上にヒータとガス感応部とを積層し
たセンサが適している。この構造では、ヒータ上にガス
感応部を積層しているので、両者間の熱伝導が速い。一
方基板を用いることによる消費電力の増加は、さして大
きなものではない。ヒータからガス感応部への熱伝導と
、基板への熱伝導とが等しいとすると、基板による消費
電力の増加は２倍に過ぎない。これはガス感応部の加熱
時間を短くすることの効果に比べ極く小さい。
を加味すると、基板上にヒータとガス感応部とを積層し
たセンサが適している。この構造では、ヒータ上にガス
感応部を積層しているので、両者間の熱伝導が速い。一
方基板を用いることによる消費電力の増加は、さして大
きなものではない。ヒータからガス感応部への熱伝導と
、基板への熱伝導とが等しいとすると、基板による消費
電力の増加は２倍に過ぎない。これはガス感応部の加熱
時間を短くすることの効果に比べ極く小さい。
またヒータと基板との間に、ガラス層等の断熱層を設け
れば、基板への熱損失を更に小さくできる。
れば、基板への熱損失を更に小さくできる。
例えば、ガラスの熱伝導率は基板のアルミナに比べれば
、ｌ／２０程度に過ぎない。
、ｌ／２０程度に過ぎない。
この発明では、これらの知見を基にガスを検出する。即
ち、基板上にヒータとガス感応部とを積円し、両者間の
熱伝導を速めろ。モしてヒータには、幅１秒以下でデユ
ーティ比１／１０以下の電力パルスを加え、ガス感応部
を間欠的に加熱しガスを検出する。
ち、基板上にヒータとガス感応部とを積円し、両者間の
熱伝導を速めろ。モしてヒータには、幅１秒以下でデユ
ーティ比１／１０以下の電力パルスを加え、ガス感応部
を間欠的に加熱しガスを検出する。
電力パルスの幅の下限は、ガス感応部を活性化するのに
要する時間で定まる。この時間は、現在の測定では０．
２ｗ＋ｓｅｃ以下である。またパルス幅の下限は、ヒー
タからガス感応部への熱伝導に要する時間の制限も受け
る。電力パルスの幅を極端に短くしても、ヒータからガ
ス感応部への熱伝導に時間を要するため、より長い電力
パルスを加えたのと同じ結果になってしまう。そのため
電力パルスの幅の下限には、特に意味はない。
要する時間で定まる。この時間は、現在の測定では０．
２ｗ＋ｓｅｃ以下である。またパルス幅の下限は、ヒー
タからガス感応部への熱伝導に要する時間の制限も受け
る。電力パルスの幅を極端に短くしても、ヒータからガ
ス感応部への熱伝導に時間を要するため、より長い電力
パルスを加えたのと同じ結果になってしまう。そのため
電力パルスの幅の下限には、特に意味はない。
この発明では、短い電力パルスを間欠的に加えるため、
基板が昇温する前に加熱パルスが終了する。このため基
板の温度は実質上上昇せず、基板の取り扱いが容易にな
る。従来の検出方法では、基板全体が加熱されるので、
基板をハウジングから断熱層ねばならない。このため基
板の保持強度が低く、またセンサの組み立て過程も複雑
になる。
基板が昇温する前に加熱パルスが終了する。このため基
板の温度は実質上上昇せず、基板の取り扱いが容易にな
る。従来の検出方法では、基板全体が加熱されるので、
基板をハウジングから断熱層ねばならない。このため基
板の保持強度が低く、またセンサの組み立て過程も複雑
になる。
これに対して、電力パルスの幅を短くし、基板の昇温を
防止すれば、基板を直接ハウジングに固定し、基板の保
持強度を高め、同時にセンサの組み立てを簡単にできる
。
防止すれば、基板を直接ハウジングに固定し、基板の保
持強度を高め、同時にセンサの組み立てを簡単にできる
。
次にガス感応部は、薄く熱容量の小さなものが好ましい
。熱容量の大きなものではガス感応部の昇温に時間を要
し、電力パルスの幅を短くできないためである。このた
めには、ガス感応部を膜状とするのが好ましく、特にｍ
Ｗを５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下とする
のが好ましい。
。熱容量の大きなものではガス感応部の昇温に時間を要
し、電力パルスの幅を短くできないためである。このた
めには、ガス感応部を膜状とするのが好ましく、特にｍ
Ｗを５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下とする
のが好ましい。
ガス感応部の材質には、ＳｎＯ，やＩｎ１Ｏｓ、ＢａＳ
ｎｏｗ、Ｐｅｔ’ｓ、Ｔｉ１ｔ等の金属酸化物半導体、
Ｚｒ０ｔや５ｂｔＯｓ等のイオン伝導性固体電解質、あ
るいは接触酸化触媒等を用いる。接触酸化触媒の場合、
可燃性ガスの燃焼による発熱を測温抵抗体等により検出
する。
ｎｏｗ、Ｐｅｔ’ｓ、Ｔｉ１ｔ等の金属酸化物半導体、
Ｚｒ０ｔや５ｂｔＯｓ等のイオン伝導性固体電解質、あ
るいは接触酸化触媒等を用いる。接触酸化触媒の場合、
可燃性ガスの燃焼による発熱を測温抵抗体等により検出
する。
ガス感応部とヒータとを絶縁する必要がある場合、その
間にガラス等の絶縁層を設ける。絶縁層は、ヒータと基
板の間の断熱層よりも薄くし、熱伝導の妨げとならない
ようにするのが好ましい。
間にガラス等の絶縁層を設ける。絶縁層は、ヒータと基
板の間の断熱層よりも薄くし、熱伝導の妨げとならない
ようにするのが好ましい。
このようなガス検出方法を実行するには、例えば適当な
パルス発生手段を設けて、ヒータに接続したスイッチを
オンさせ、短時間パルス的にヒータを発熱させる。そし
てセンサ出力のピーク値、あるいは特定の時点でのセン
サ出力から、ガスを検出する。
パルス発生手段を設けて、ヒータに接続したスイッチを
オンさせ、短時間パルス的にヒータを発熱させる。そし
てセンサ出力のピーク値、あるいは特定の時点でのセン
サ出力から、ガスを検出する。
［実施例１］
第１図〜第８図に、Ｓｎｏｗ等の金属酸化物半導体をガ
ス感応部に用いた実施例を示す。
ス感応部に用いた実施例を示す。
Ｓ ｎＣ１４の水溶液をアンモニアで中和し、スズ酸の
ゾルを沈でルさせた。ゾルの乾燥後に、空気中７００℃
で１時間焼成し、ＳｎＯ，を得た。５ｎＯ１は、菖ｉ、
０３やＺｎＯ）ＦｅｗＯ＋等の金属酸化物半導体に変え
ても良い。このＳｎ０ｍを用いて、第１図のガスセンサ
２を得た。
ゾルを沈でルさせた。ゾルの乾燥後に、空気中７００℃
で１時間焼成し、ＳｎＯ，を得た。５ｎＯ１は、菖ｉ、
０３やＺｎＯ）ＦｅｗＯ＋等の金属酸化物半導体に変え
ても良い。このＳｎ０ｍを用いて、第１図のガスセンサ
２を得た。
図において、４は厚さ０．３＋ｍのアルミナ基板で、そ
の全面に厚さ５０μｍのガラス断熱層６を設けた。断熱
層６には、ＩＣ製造用のアンダーコート用ガラスを用い
、その熱伝導率はアルミナ基板４の約１／２０である。
の全面に厚さ５０μｍのガラス断熱層６を設けた。断熱
層６には、ＩＣ製造用のアンダーコート用ガラスを用い
、その熱伝導率はアルミナ基板４の約１／２０である。
断熱層６上に、金Ｔｉ株８．１０と、Ｒｕ Ｏｔヒータ
（ＩＡ厚２０μｍ）とを設けた。Ｒｕｂ、ヒータ１２の
上にＩＣ製造用のオーバーコート用ガラス１４をｖ１層
しくＷＸ厚１０μｍ）、その上に金電極１６．１８とＳ
ｎＯを膜２０ （膜厚ｌθμｓ）を設けた。これらの
膜は、全て印刷により設けた。Ｓｎｏｗｎ０ｗ全２０感
応部とする。
（ＩＡ厚２０μｍ）とを設けた。Ｒｕｂ、ヒータ１２の
上にＩＣ製造用のオーバーコート用ガラス１４をｖ１層
しくＷＸ厚１０μｍ）、その上に金電極１６．１８とＳ
ｎＯを膜２０ （膜厚ｌθμｓ）を設けた。これらの
膜は、全て印刷により設けた。Ｓｎｏｗｎ０ｗ全２０感
応部とする。
なおここで、基板４をＲｕ Ｏｔヒータ！２と絶縁した
ので、基板４にはステンレス等の金属を用いても良い。
ので、基板４にはステンレス等の金属を用いても良い。
基板４に絶縁体を用いる場合、特に熱伝導率の低いガラ
スを用いる場合、絶縁膜６は設けなくても良い。ガラス
膜１４は、例えば５ｉｆｔ嘆やＡｌｔｏｓ膜等としても
良い。これらの膜はオーバーコート用ガラスよりも熱伝
導率が高く、また薄くできる。例えばＣＶＤやシリカゾ
ル、アルミナゾルの熟分解でシリカ膜やアルミナ膜を設
ける場合、５０Ａ〜１μｍの膜厚で、ＩＭΩ以上の絶縁
抵抗が得られる。ＳｎＯ，膜２０の一方の電極にヒータ
１２を兼用する場合、電極１６．１８の一方を省略して
も良い。この場合、ヒータ１２をｐｔ膜等の貴金属で構
成するのが好ましく、また絶縁層１４は不要になる。更
に、ヒータ１２の並列抵抗としてＳｎｏｗｎ０ｗ全２０
、Ｓｎｏｗｎ０ｗ全２０値の変化をヒータ１２の並列抵
抗の変化として検出しても良い。この場合、電極１６．
１８は不要である。
スを用いる場合、絶縁膜６は設けなくても良い。ガラス
膜１４は、例えば５ｉｆｔ嘆やＡｌｔｏｓ膜等としても
良い。これらの膜はオーバーコート用ガラスよりも熱伝
導率が高く、また薄くできる。例えばＣＶＤやシリカゾ
ル、アルミナゾルの熟分解でシリカ膜やアルミナ膜を設
ける場合、５０Ａ〜１μｍの膜厚で、ＩＭΩ以上の絶縁
抵抗が得られる。ＳｎＯ，膜２０の一方の電極にヒータ
１２を兼用する場合、電極１６．１８の一方を省略して
も良い。この場合、ヒータ１２をｐｔ膜等の貴金属で構
成するのが好ましく、また絶縁層１４は不要になる。更
に、ヒータ１２の並列抵抗としてＳｎｏｗｎ０ｗ全２０
、Ｓｎｏｗｎ０ｗ全２０値の変化をヒータ１２の並列抵
抗の変化として検出しても良い。この場合、電極１６．
１８は不要である。
第２図に、ガスセンサ２の積Ｗ５構造を示す。
第３図に、センサ２の全体構造を示す。図において、２
２はハウジングで、その中央に設けたくぼみ部に接着剤
により基板４を固定した。また２４はハウジング２２に
固定したリードで、各電極８．１０，１６．１８とワイ
ヤボンディングして有る。なお電極８．１０のワイヤボ
ンディング部にはガラス層１４を設けず、ワイヤボンデ
ィングを可能にした。実施例の場合、基板４はほとんど
常温のままで使用されろ。このためハウジング２２と基
板４との断熟は不要で、接着剤による固定が可能になる
。ハウジング２２を図示しないカバーと結合すれば、ガ
スセンサ２が完成する。
２はハウジングで、その中央に設けたくぼみ部に接着剤
により基板４を固定した。また２４はハウジング２２に
固定したリードで、各電極８．１０，１６．１８とワイ
ヤボンディングして有る。なお電極８．１０のワイヤボ
ンディング部にはガラス層１４を設けず、ワイヤボンデ
ィングを可能にした。実施例の場合、基板４はほとんど
常温のままで使用されろ。このためハウジング２２と基
板４との断熟は不要で、接着剤による固定が可能になる
。ハウジング２２を図示しないカバーと結合すれば、ガ
スセンサ２が完成する。
第４図に、ピークホールド回路を用いた回路例を示す。
図において、Ｅｂは５ｖ等の適宜の電源、４２はパルス
発生手段としての発振回路で、ここでは毎秒１回幅１０
ｅｓｅｃのパルスを出力する。Ｔｒはトランジスタスイ
ッチで、リレー等の任意のスイッチでも良く、発振回路
４２の出力パルスにより電源Ｅｂをヒータ１２に接続す
る。
発生手段としての発振回路で、ここでは毎秒１回幅１０
ｅｓｅｃのパルスを出力する。Ｔｒはトランジスタスイ
ッチで、リレー等の任意のスイッチでも良く、発振回路
４２の出力パルスにより電源Ｅｂをヒータ１２に接続す
る。
Ｒ１はセンサ２の負荷抵抗で、その両端間電圧をセンサ
出力Ｖとする。
出力Ｖとする。
Ａ１．Ａ２は演算増幅器、Ｄ！〜Ｄ３はダイオード、Ｃ
１はコンデンサ、Ｒ２−Ｒ４は抵抗で、これらによりピ
ークホールド回路４４を構成する。
１はコンデンサ、Ｒ２−Ｒ４は抵抗で、これらによりピ
ークホールド回路４４を構成する。
即ち、出力ＶのピークをコンデンサＣｔに蓄積し、これ
を演算増幅器Ａ２か４外部出力Ｖｏｕｔとして取り出す
。
を演算増幅器Ａ２か４外部出力Ｖｏｕｔとして取り出す
。
第５図に、センサ出力Ｖのサンプリング時期を特定した
変形例を示す。この変形例では、発振回路４２の出力パ
ルスの終了後、所定のｉ適時間経過した時点で、サンプ
リング信号を遅延凹路５２で発生させる。この信号によ
り、サンプルホールド回路内蔵のＡ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄ
を、エツジトリガーする。そしてＡ／Ｄ変換した出力を
、表示回路Ｄ １ｓｐｌａｙに表示し、Ａ／Ｄ変換回路
の出力を制御出力Ｃｏｎｔｒｏｌとして外部に取り出す
。
変形例を示す。この変形例では、発振回路４２の出力パ
ルスの終了後、所定のｉ適時間経過した時点で、サンプ
リング信号を遅延凹路５２で発生させる。この信号によ
り、サンプルホールド回路内蔵のＡ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄ
を、エツジトリガーする。そしてＡ／Ｄ変換した出力を
、表示回路Ｄ １ｓｐｌａｙに表示し、Ａ／Ｄ変換回路
の出力を制御出力Ｃｏｎｔｒｏｌとして外部に取り出す
。
第６図に、実施例の動作波形を示す。センサ２には、毎
秒１回幅１０ ｍ５ｅｃ、電力８００ ＋ａＷａｔｔの
電力パルスを加えた。実効消費電力は８ｍＷａｔｔであ
る。なおセンサ２を連続加熱する場合の消！２電力は、
センサ温度を３５０℃として約２００鋼Ｗａｔｔである
。
秒１回幅１０ ｍ５ｅｃ、電力８００ ＋ａＷａｔｔの
電力パルスを加えた。実効消費電力は８ｍＷａｔｔであ
る。なおセンサ２を連続加熱する場合の消！２電力は、
センサ温度を３５０℃として約２００鋼Ｗａｔｔである
。
これに伴いガス感応部（Ｓｎｏ、膜２０）の温度Ｔｓは
図の２）の様に変化する。電力パルスと電力パルスとの
間では、ガス感応部の温度は室温付近に有り、また加熱
時間が短いため基板４の温度は室温付近に保たれる。
図の２）の様に変化する。電力パルスと電力パルスとの
間では、ガス感応部の温度は室温付近に有り、また加熱
時間が短いため基板４の温度は室温付近に保たれる。
この電力パルスに対して、１００ＫΩの負荷抵抗ＲＮこ
加わる電圧Ｖは、３）の様に変化した。雰囲気には２０
℃相対湿度６５％を用い、１００ＰＰ−のエタノール中
と１００ＰＰ−のＣＯ中とに付いて、結果を示す。短時
間の間欠的加熱にもかかわらず、センサ出力は雰囲気に
応答し、ガスを検出できる。
加わる電圧Ｖは、３）の様に変化した。雰囲気には２０
℃相対湿度６５％を用い、１００ＰＰ−のエタノール中
と１００ＰＰ−のＣＯ中とに付いて、結果を示す。短時
間の間欠的加熱にもかかわらず、センサ出力は雰囲気に
応答し、ガスを検出できる。
エタノールへの出力のピークは電力パルスの終了時付近
に有り、出力のピークと電力パルスとの間にはかすかな
時間遅れが見られる。そこでエタノールの検出の場合、
電力パルスの終了時付近での出力をサンプリングするの
が好ましい。なおピーりの遅れは、ヒータ１２からＳｎ
０ｗ膜 ２０への熱伝導の遅れによるものであろう。一
方ＣＯへの出力は、電力パルスの終了後も残存する。従
って、ＣＯは任きの時点の信号から検出てきることにな
る。
に有り、出力のピークと電力パルスとの間にはかすかな
時間遅れが見られる。そこでエタノールの検出の場合、
電力パルスの終了時付近での出力をサンプリングするの
が好ましい。なおピーりの遅れは、ヒータ１２からＳｎ
０ｗ膜 ２０への熱伝導の遅れによるものであろう。一
方ＣＯへの出力は、電力パルスの終了後も残存する。従
って、ＣＯは任きの時点の信号から検出てきることにな
る。
なお図の４）の様に、ｉつの電力パルスを更に複数の電
力パルスに分割しても良い。また単なる改悪に過ぎない
が、電力パルスと電力パルスとの間も、わずかな電力を
ヒータ１２に加え続けても良い。
力パルスに分割しても良い。また単なる改悪に過ぎない
が、電力パルスと電力パルスとの間も、わずかな電力を
ヒータ１２に加え続けても良い。
第７図に、実施例の条件でのＩ ＯＯｐｐｒｖのエタノ
ールへの応答波形を示す。出力は第４図の回路でサンプ
リングした（原則として、以下センサ出力Ｖのピーク値
をサンプリング）。比較例は、センサ２を３５０℃に連
続加熱した際のものである。
ールへの応答波形を示す。出力は第４図の回路でサンプ
リングした（原則として、以下センサ出力Ｖのピーク値
をサンプリング）。比較例は、センサ２を３５０℃に連
続加熱した際のものである。
第８図に、空気中と、各ｔ ｏ ｏ ｐｐｍのエタノ−
ル中及びイソブタン中での、センサ２の抵抗値を示す。
ル中及びイソブタン中での、センサ２の抵抗値を示す。
比較例はセンサ２を連続加熱したものである。実施例で
は、電力パルスの条件を毎秒１０ｍ５ｅｃ、 ５０ｍ
５ｅｃ、 ２ｍ５ｅｃの３種とし、図の横軸には電ツｊ
パルス印加時の電力を示した。実効電力は、これに電力
パルスのデユーティ比をかけたものとなる。２ ｍ５ｅ
ｃ／ ５ｅｃ（デユーティ比１１５００）てもガスを検
出てさている。
は、電力パルスの条件を毎秒１０ｍ５ｅｃ、 ５０ｍ
５ｅｃ、 ２ｍ５ｅｃの３種とし、図の横軸には電ツｊ
パルス印加時の電力を示した。実効電力は、これに電力
パルスのデユーティ比をかけたものとなる。２ ｍ５ｅ
ｃ／ ５ｅｃ（デユーティ比１１５００）てもガスを検
出てさている。
表１に、種々の加熱条件に対する、空気中と１１００ｐ
ｐのエタノール中との、センサ２の抵抗値を示す。
ｐのエタノール中との、センサ２の抵抗値を示す。
表１
加熱条件 抵抗値（Ω） 実効電力５０ｍ５ｅ
ｃ／ｓｅｃ ＩＭ １８０Ｋ ４０８００
＋ＩＩＷａｔｔ １０ｍｓｅｃ／ｓｅｃ １．４Ｍ ２８０Ｋ
８８００ ｍＷａｔｔ ２ｍｓｅｃ／ｓｅｃ ２Ｍ ５００Ｋ
１．６８００ ｍＷａｔｔ １ｍｓｅｃ／ｓｅｅ ３Ｍ ６００Ｋ
１Ｗａｔｔ ０．５ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ ２Ｍ ３００Ｋ
１Ｗａｔｔ ０．５ｍ５ｅｃ／ １０ｓｅｃ ２ Ｍ ４０
０ Ｋ ０ 、１Ｗａｔｔ ５ｍｓｅｃ／ｓｉｎ ４００Ｋ ２００Ｋ
Ｏ，”０８Ｗａｔｔ 表１の結果から、電力パルスと電力パルスとの間隔は２
分程度まで問題がないことが判る。そして電力パルスと
電力パルスとの間隔を増すほど、消費電力は減少する。
ｃ／ｓｅｃ ＩＭ １８０Ｋ ４０８００
＋ＩＩＷａｔｔ １０ｍｓｅｃ／ｓｅｃ １．４Ｍ ２８０Ｋ
８８００ ｍＷａｔｔ ２ｍｓｅｃ／ｓｅｃ ２Ｍ ５００Ｋ
１．６８００ ｍＷａｔｔ １ｍｓｅｃ／ｓｅｅ ３Ｍ ６００Ｋ
１Ｗａｔｔ ０．５ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ ２Ｍ ３００Ｋ
１Ｗａｔｔ ０．５ｍ５ｅｃ／ １０ｓｅｃ ２ Ｍ ４０
０ Ｋ ０ 、１Ｗａｔｔ ５ｍｓｅｃ／ｓｉｎ ４００Ｋ ２００Ｋ
Ｏ，”０８Ｗａｔｔ 表１の結果から、電力パルスと電力パルスとの間隔は２
分程度まで問題がないことが判る。そして電力パルスと
電力パルスとの間隔を増すほど、消費電力は減少する。
次に電力パルスの幅を細くする程、消費電力は減少する
。しかしパルスの幅を細くすると、パルス印加時の電力
を増さねばならないため、消費電力の減少には限界か生
じる。
。しかしパルスの幅を細くすると、パルス印加時の電力
を増さねばならないため、消費電力の減少には限界か生
じる。
現在の結果では、電力パルスの幅を２ ｍ５ｅｃ以下と
しても実効消費電力は余り減少しない。なお電力パルス
の幅の下限には、特に意味はない。例えば幅ＩＯμｓｅ
ｃ程度の電力パルスを加えても、ヒータ１２からガス感
応部２０への然伝導の過程でパルスの波形はなまり、よ
り幅の広いパルスを加えたのと同じ結果になるためであ
る。
しても実効消費電力は余り減少しない。なお電力パルス
の幅の下限には、特に意味はない。例えば幅ＩＯμｓｅ
ｃ程度の電力パルスを加えても、ヒータ１２からガス感
応部２０への然伝導の過程でパルスの波形はなまり、よ
り幅の広いパルスを加えたのと同じ結果になるためであ
る。
なお表１の結果は、金ｌｉ！酸化物半導体の製造条件に
よるしのではない。発明台は、Ｓｎのａ機化合物（オク
チル酸スズ）の熟分解により、厚さ１μｍのＳｎＯ，膜
を得た。これを第１図のセンサ２として実験したところ
、２００ｍＷａｔｔでの連続加熱の場合、空気中の（Ｊ
ｔ抗値は１２０にΩ、１００ｐｐＩ１１のエタノール中
の抵抗値は２０にΩであった。５ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅの
加熱条件で８００ ｍＷａｔｔの電力パルスを加えると
、空気中の抵抗値は２００にΩ、エタノール中では３０
にΩであった。
よるしのではない。発明台は、Ｓｎのａ機化合物（オク
チル酸スズ）の熟分解により、厚さ１μｍのＳｎＯ，膜
を得た。これを第１図のセンサ２として実験したところ
、２００ｍＷａｔｔでの連続加熱の場合、空気中の（Ｊ
ｔ抗値は１２０にΩ、１００ｐｐＩ１１のエタノール中
の抵抗値は２０にΩであった。５ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅの
加熱条件で８００ ｍＷａｔｔの電力パルスを加えると
、空気中の抵抗値は２００にΩ、エタノール中では３０
にΩであった。
［実施例２コ
第９図や第１０図に、Ｓｂ、Ｏ８等の水素イオン伝導性
固体電解質を用いた実施例を示す。第９図のガスセンサ
９２において、９４はＳｂ＊Ｏｓの印刷膜（摩さ１０μ
ｍ程度）であり、９６はその一方の電極のみを被覆した
通気制限被覆である。通気制限［９６には例えば、ち密
に印刷したアルミナやシリカの膜を用いれば良い。
固体電解質を用いた実施例を示す。第９図のガスセンサ
９２において、９４はＳｂ＊Ｏｓの印刷膜（摩さ１０μ
ｍ程度）であり、９６はその一方の電極のみを被覆した
通気制限被覆である。通気制限［９６には例えば、ち密
に印刷したアルミナやシリカの膜を用いれば良い。
第１０図はその付帯回路の例であり、ガス感応部として
のＳｂ！ＯＳ膜９４の電極］ ６，１８を短絡し、Ｒ７
やＣＯによる短絡電流からこれらのガスを検出する。こ
の場合も、１０ ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅ程度の乍櫨時間の
電力パルスで、Ｓｂ＊Ｏｓ膜を活性化できろ。なおＳｂ
＊Ｏｓ膜は、Ｚｒ０ｔ膜等の他の固体電解質に変えても
良い。
のＳｂ！ＯＳ膜９４の電極］ ６，１８を短絡し、Ｒ７
やＣＯによる短絡電流からこれらのガスを検出する。こ
の場合も、１０ ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅ程度の乍櫨時間の
電力パルスで、Ｓｂ＊Ｏｓ膜を活性化できろ。なおＳｂ
＊Ｏｓ膜は、Ｚｒ０ｔ膜等の他の固体電解質に変えても
良い。
［実施例３コ
第１１図〜第１３図に、接触酸化触媒を用いた実施例を
示す。第１Ｉ図において、センサ１１２の構造は第１図
のものと類似で、１１２は金’ｉｌｉ極、１１４．１１
６はｐｔ膜を用いたヒータで測温抵抗体として兼用する
。１１Ｂはγ−アルミナ担体に２ｖｔ％のＰＬ触媒を担
持させた酸化触媒ＦＪ（膜厚的ｌＯμｍ）、１２０はｐ
ｔ触媒無担持のγ−アルミナ居（膜厚的ｌＯμｗ＋）で
ある。これらのものは、全て印刷で形成した。第１２図
にセンサ１１２の断面図を示す。
示す。第１Ｉ図において、センサ１１２の構造は第１図
のものと類似で、１１２は金’ｉｌｉ極、１１４．１１
６はｐｔ膜を用いたヒータで測温抵抗体として兼用する
。１１Ｂはγ−アルミナ担体に２ｖｔ％のＰＬ触媒を担
持させた酸化触媒ＦＪ（膜厚的ｌＯμｍ）、１２０はｐ
ｔ触媒無担持のγ−アルミナ居（膜厚的ｌＯμｗ＋）で
ある。これらのものは、全て印刷で形成した。第１２図
にセンサ１１２の断面図を示す。
第１３図に、付帯回路の例を示す。図において、１３２
は例えば１０ ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅのパルスを出力する
タイマーで、このパルスによりトランジスタＴｒをオン
させ、ヒータ１１４，１１６を発熱さ仕る。Ｒ５，Ｒ６
は抵抗で、ヒータ１１４，１１６とでブリッジ回路を構
成し、ブリッジ出力を差動増幅器１３４で増幅し、Ａ／
Ｄ変換回路Ａ／Ｄに入力する。そしてタイマー１３２か
ら、例えばトランジスタＴｒのオフ直前にサンプリング
信号を取り出し、Ａ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄを動作させろ。
は例えば１０ ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅのパルスを出力する
タイマーで、このパルスによりトランジスタＴｒをオン
させ、ヒータ１１４，１１６を発熱さ仕る。Ｒ５，Ｒ６
は抵抗で、ヒータ１１４，１１６とでブリッジ回路を構
成し、ブリッジ出力を差動増幅器１３４で増幅し、Ａ／
Ｄ変換回路Ａ／Ｄに入力する。そしてタイマー１３２か
ら、例えばトランジスタＴｒのオフ直前にサンプリング
信号を取り出し、Ａ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄを動作させろ。
この実施例の場合、帥媒層１１８やγ−アルミナ層！２
０は、トランジスタＴｒのオンにより間欠的に加熱され
ろ。この加熱による触媒層１１８の活性化を利用し、可
燃性ガスを燃焼させる。この燃焼熱はヒータ！１４に伝
え、ヒータ１１４の温度変化を検出出力として取り出す
。センサＩＩ２を連続加熱する場合（動作温度３８０℃
）、消費電力は約４００ｍＷａｔｔであった。実施例て
は、１０秒毎に１回１０ｍ５ｅｃ幅で１．６Ｗａｔｔの
電力パルスを加え、センサ１１２を動作させた。消費電
力はＩ 、６ ｍＷａｔｔである。差動増幅器１３４の
ゲインを、連続加熱時に１ｏ００ｐｐＩ１１のイソブタ
ンに対し３０ｍＶの出力が得られろように定めた。実施
例では、ｌｏｏＯｐｐｍのイソブタンに対し、４０ｍＶ
の出力が得られた。
０は、トランジスタＴｒのオンにより間欠的に加熱され
ろ。この加熱による触媒層１１８の活性化を利用し、可
燃性ガスを燃焼させる。この燃焼熱はヒータ！１４に伝
え、ヒータ１１４の温度変化を検出出力として取り出す
。センサＩＩ２を連続加熱する場合（動作温度３８０℃
）、消費電力は約４００ｍＷａｔｔであった。実施例て
は、１０秒毎に１回１０ｍ５ｅｃ幅で１．６Ｗａｔｔの
電力パルスを加え、センサ１１２を動作させた。消費電
力はＩ 、６ ｍＷａｔｔである。差動増幅器１３４の
ゲインを、連続加熱時に１ｏ００ｐｐＩ１１のイソブタ
ンに対し３０ｍＶの出力が得られろように定めた。実施
例では、ｌｏｏＯｐｐｍのイソブタンに対し、４０ｍＶ
の出力が得られた。
７発明の効果］
この発明では、以下の効果が得られる。
（１）ガスセンサの消費電力を減少できる。
（２）ガスセンサの構造は公知のものを使用てき、消費
電力の軽減に伴うセンサ構造の複雑化がない。
電力の軽減に伴うセンサ構造の複雑化がない。
（３）ガスセンサに用いる基板自体は昇温せず、センサ
の組み立てが容易になり、また基板の保持強度を改善で
きる。
の組み立てが容易になり、また基板の保持強度を改善で
きる。
（４）基板とヒータとの間に断熱層を設ければ、基板へ
の熱損失を抑え、消費電力を更に減少できる。
の熱損失を抑え、消費電力を更に減少できる。
第１図は、実施例に用いたガスセンサの断面図である。
第２図は、実施例に用いたガスセンサの要部拡大断面図
である。 第３図は、実施例に用いたガスセンサの全体構造を現す
平面図である。 第・１図は、実施例の回路図である。 第５図は、変形例の回路図である。 第６図１）〜４）は実施例の波形図で、第６図１）は電
力パルスの波形図、第６図２）はガス感応部の温度変化
を示す波形図、第６図３）はガスセンサの出力を示す波
形図、第６図４）は変形した電力パルスの波形図である
。 第７図は、１１００ｐｐのエタノールへの実施例の応答
特性を現す特性図である。 第８図は、実施例でのセンサ抵抗と電力パルスとの関係
を示す特性図である。 第９図は、第２の実施例に用いたガスセンサの断面図で
ある。 第１Ｏ図は、第２の実施例の回路図である。 第１！図は、第３の実施例に用いたガスセンサの断面図
である。 第１２図は、第１１図の刈−■方向断面図である。 第１３図は、第３の実施例の回路図である。 図において、２．９２，１１２ ガスセンサ、４ 基
板、６ 断熱層、 １２．１１４．１１６ ヒータ、 １４ 絶縁層、２０，９４，１１８ ガス感応部。 第１図 第２図 、第３図 １ｆ１６ 図 第７図 Ｔ（ｍｉｎ） 第９図 第１０ ｍ 第１１図 瓜 第１２ ｖａ 第１３図
である。 第３図は、実施例に用いたガスセンサの全体構造を現す
平面図である。 第・１図は、実施例の回路図である。 第５図は、変形例の回路図である。 第６図１）〜４）は実施例の波形図で、第６図１）は電
力パルスの波形図、第６図２）はガス感応部の温度変化
を示す波形図、第６図３）はガスセンサの出力を示す波
形図、第６図４）は変形した電力パルスの波形図である
。 第７図は、１１００ｐｐのエタノールへの実施例の応答
特性を現す特性図である。 第８図は、実施例でのセンサ抵抗と電力パルスとの関係
を示す特性図である。 第９図は、第２の実施例に用いたガスセンサの断面図で
ある。 第１Ｏ図は、第２の実施例の回路図である。 第１！図は、第３の実施例に用いたガスセンサの断面図
である。 第１２図は、第１１図の刈−■方向断面図である。 第１３図は、第３の実施例の回路図である。 図において、２．９２，１１２ ガスセンサ、４ 基
板、６ 断熱層、 １２．１１４．１１６ ヒータ、 １４ 絶縁層、２０，９４，１１８ ガス感応部。 第１図 第２図 、第３図 １ｆ１６ 図 第７図 Ｔ（ｍｉｎ） 第９図 第１０ ｍ 第１１図 瓜 第１２ ｖａ 第１３図
Claims (16)
- （１）基板上にヒータとガス感応部とを積層したガスセ
ンサによりガスを検出する方法において、ヒータには幅
１秒以下でデューティ比１／１０以下の電力パルスを加
えて、ガス感応部を間欠的に加熱し、 この加熱によりガス感応部を間欠的に活性化して、ガス
を検出することを特徴とする、ガス検出方法。 - （２）前記電力パルスの幅を５０ｍ秒以下、電力パルス
の間隔を５００ｍ秒以上としたことを特徴とする、請求
項１に記載のガス検出方法。 - （３）前記電力パルスの幅を２０ｍ秒以下、電力パルス
の間隔を０．８秒以上、電力パルスのデューティ比を１
／４０以下としたことを特徴とする、請求項２に記載の
ガス検出方法。 - （４）前記電力パルスの幅を、ガス感応部の温度が定常
値に達するのに必要な時間よりも短いものとし、かつ電
力パルスと電力パルスの間にガス感応部を室温付近まで
自然放冷させることを特徴とする、請求項１に記載のガ
ス検出方法。 - （５）電力パルスと電力パルスとの間は、ヒータに電力
を加えないことを特徴とする、請求項１に記載のガス検
出方法。 - （６）電力パルスによるガス感応部の昇温時の特性から
ガスを検出することを特徴とする、請求項１に記載のガ
ス検出方法。 - （７）電力パルスと電力パルスとの間の、ガス感応部の
冷却時の特性からガスを検出することを特徴とする、請
求項１に記載のガス検出方法。 - （８）前記ガス感応部を膜状の金属酸化物半導体とした
ことを特徴とする、請求項１に記載のガス検出方法。 - （９）前記ガス感応部を膜状の接触酸化触媒としたこと
を特徴とする、請求項１に記載のガス検出方法。 - （１０）前記ガス感応部を膜状の固体電解質としたこと
を特徴とする、請求項１に記載のガス検出方法。 - （１１）基板上に膜状のヒータを設けると共に、このヒ
ータ上に膜状のガス感応部を積層して、ヒータからガス
感応部への熱伝導を高め、 ヒータへの各電力パルスにより、基板の温度上昇以前に
ガス感応部を温度上昇させると共に、この電力パルスを
間欠的に加えて、ガス感応部を間欠的に加熱し、 この加熱によりガス感応部を活性化してガスを検出する
ガス検出方法。 - （１２）前記基板とヒータとの間に断熱層を設けたこと
を特徴とする、請求項１１に記載のガス検出方法。 - （１３）断熱層をガラス層としたことを特徴とする、請
求項１２に記載のガス検出方法。 - （１４）基板上にヒータとガス感応部とを積層したガス
センサを用いたガス検出装置において、幅が１秒以下で
デューティ比が１／１０以下の出力パルスを発するパル
ス発生手段と、 この出力パルスにより動作するスイッチと、スイッチの
動作時にガスセンサのヒータに電力を加えるための電源
とを設けたことを特徴とする、ガス検出装置。 - （１５）ガス感応部の出力のピーク値をサンプリングす
るためのピークホールド手段を設けたことを特徴とする
、請求項１４に記載のガス検出装置。 - （１６）ガス感応部の特定の時点での出力をサンプリン
グするための、サンプリング手段を設けたことを特徴と
する、請求項１４に記載のガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031556A JP2791473B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031556A JP2791473B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01206252A true JPH01206252A (ja) | 1989-08-18 |
| JP2791473B2 JP2791473B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=12334456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63031556A Expired - Lifetime JP2791473B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791473B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0517556U (ja) * | 1991-08-15 | 1993-03-05 | いすゞ自動車株式会社 | ＮＯｘセンサ |
| JPH09269306A (ja) * | 1996-04-02 | 1997-10-14 | New Cosmos Electric Corp | 熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置 |
| WO2002046734A1 (en) * | 2000-12-07 | 2002-06-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas sensor and detection method and device for gas.concentration |
| JP2005265545A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| JP2006017681A (ja) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Noritz Corp | 湿度検出装置 |
| JP2006504973A (ja) * | 2002-11-01 | 2006-02-09 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | ガスセンサ |
| CN101975803A (zh) * | 2010-09-16 | 2011-02-16 | 郑州炜盛电子科技有限公司 | 一种平面气体传感器及其制作方法 |
| JP2019132721A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガス検出装置 |
| CN113484472A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-08 | 郑州水伟环境科技有限公司 | 智能多通道气体自适应标定检测芯片 |
| JP2021177142A (ja) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | 国立大学法人 長崎大学 | 多孔質固体電解質ガスセンサ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55920U (ja) * | 1978-06-08 | 1980-01-07 | ||
| JPS5618752A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Driving method for sensor |
| JPS61201149A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-05 | Ricoh Co Ltd | センサ駆動装置 |
| JPS61209347A (ja) * | 1985-03-13 | 1986-09-17 | Shinkosumosu Denki Kk | 熱線型半導体式ガス警報器 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP63031556A patent/JP2791473B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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| JP2006017681A (ja) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Noritz Corp | 湿度検出装置 |
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| JP2019132721A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガス検出装置 |
| JP2021177142A (ja) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | 国立大学法人 長崎大学 | 多孔質固体電解質ガスセンサ |
| CN113484472A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-08 | 郑州水伟环境科技有限公司 | 智能多通道气体自适应标定检测芯片 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2791473B2 (ja) | 1998-08-27 |
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