JPH01316651A - 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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- JPH01316651A JPH01316651A JP3155488A JP3155488A JPH01316651A JP H01316651 A JPH01316651 A JP H01316651A JP 3155488 A JP3155488 A JP 3155488A JP 3155488 A JP3155488 A JP 3155488A JP H01316651 A JPH01316651 A JP H01316651A
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- Japan
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- heating
- gas
- semiconductor layer
- pulse
- sensor
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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、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用いた
ガスの検出に関する。この発明は特に、用いるガスセン
サの消費電力の節減に関する。
ガスの検出に関する。この発明は特に、用いるガスセン
サの消費電力の節減に関する。
［従来技術］
発明者らは、ガスセンサの消費電力の節減のため、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金やＮｉ−Ｃｒ合金等の発熱体にアルミ
ナ等の耐熱絶縁性被覆を施し、金属酸化物半導体層の担
体としたガスセンサを開発した（例えば特願昭６１−２
５６，０８２〜０８６号、特願昭６２−１６．８４４号
、特願昭６２−１７４．２１９〜２２０号）。これらの
ガスセンサでは、線径２０μｍ程度の金属発熱体を用い
、これに１００Ａ〜５μｍ程度の厚さのアルミナ等の耐
熱絶縁性被覆を施す。そして絶縁被覆上に金属酸化物半
導体層と電極とを設け、金属酸化物半導体層の抵抗値を
検出できるようにする。ここで絶縁被覆は、金属酸化物
半導体層と発熱体との絶縁にｆｉｌ用する。勿論、金属
発熱体は板状の乙のでも良い（例えば特願昭６２−１６
，８４４号）。これらのガスセンサは、センサの熱容量
と消費電力の軽鎖を意図したしのである。
−Ｃｒ−Ａｌ合金やＮｉ−Ｃｒ合金等の発熱体にアルミ
ナ等の耐熱絶縁性被覆を施し、金属酸化物半導体層の担
体としたガスセンサを開発した（例えば特願昭６１−２
５６，０８２〜０８６号、特願昭６２−１６．８４４号
、特願昭６２−１７４．２１９〜２２０号）。これらの
ガスセンサでは、線径２０μｍ程度の金属発熱体を用い
、これに１００Ａ〜５μｍ程度の厚さのアルミナ等の耐
熱絶縁性被覆を施す。そして絶縁被覆上に金属酸化物半
導体層と電極とを設け、金属酸化物半導体層の抵抗値を
検出できるようにする。ここで絶縁被覆は、金属酸化物
半導体層と発熱体との絶縁にｆｉｌ用する。勿論、金属
発熱体は板状の乙のでも良い（例えば特願昭６２−１６
，８４４号）。これらのガスセンサは、センサの熱容量
と消費電力の軽鎖を意図したしのである。
現（Ｅの処、最良のガスセンサでも消費電力（例えば３
００℃に加熱する際の消費電力）は４０ｍＷａｔＬ程度
であり、また熱時定数（加熱開始後、定常加熱温度の９
０％まで昇温するのに必要な時間）は１００ｍ５ｅｃ程
度である。
００℃に加熱する際の消費電力）は４０ｍＷａｔＬ程度
であり、また熱時定数（加熱開始後、定常加熱温度の９
０％まで昇温するのに必要な時間）は１００ｍ５ｅｃ程
度である。
発明者は、ガスセンサの加熱時間と特性との関係を検討
し、極く短時間の間だけ加熱しても、センサは動作する
ことを見出した（第４図参照）。例えば毎秒１回ずつ５
ｌｌ１ｓｅｃ−１００ｍ５ｅｃ程度の加熱パルスを加
え、センサを加熱する。そして加熱パルスの終了時の抵
抗値を測定する。このような条件でも、センサの抵抗値
はガスにより変化し、ガスを検出することができる。ま
た１回の加熱パルスの幅は、センサの熱時定数より短く
ても良い。
し、極く短時間の間だけ加熱しても、センサは動作する
ことを見出した（第４図参照）。例えば毎秒１回ずつ５
ｌｌ１ｓｅｃ−１００ｍ５ｅｃ程度の加熱パルスを加
え、センサを加熱する。そして加熱パルスの終了時の抵
抗値を測定する。このような条件でも、センサの抵抗値
はガスにより変化し、ガスを検出することができる。ま
た１回の加熱パルスの幅は、センサの熱時定数より短く
ても良い。
例えば熱時定数１００ ｍ５ｅｃのガスセンサを５１１
ＩＳｅＣのパルス幅で加熱しても、センサは動作する。
ＩＳｅＣのパルス幅で加熱しても、センサは動作する。
従って、センサに間欠的に加熱パルスを加え、パルスの
幅を十分に短くすれば、消費電力はその分だけ低下する
。例えば加熱パルスを５１１１Ｓｅｃ／ｓｅｃとすれば
、連続加熱の場合に比べ消費電力は１／１００程度に減
少する。
幅を十分に短くすれば、消費電力はその分だけ低下する
。例えば加熱パルスを５１１１Ｓｅｃ／ｓｅｃとすれば
、連続加熱の場合に比べ消費電力は１／１００程度に減
少する。
なおここで関連する先行技術を示す。発明者らの先の出
願の内、特願昭６１−２５６，０８４号は、ガスセンサ
の金属発熱体が低抵抗で、適当な電源を得るのが難しい
ことを指摘している。そしてこの出願では、金属発熱体
にパルス的に通電することを提案している。しかしここ
でのパルスの間隔はセンサの熱時定数よりも短く、セン
ナは一定の加熱温度に保たれる。
願の内、特願昭６１−２５６，０８４号は、ガスセンサ
の金属発熱体が低抵抗で、適当な電源を得るのが難しい
ことを指摘している。そしてこの出願では、金属発熱体
にパルス的に通電することを提案している。しかしここ
でのパルスの間隔はセンサの熱時定数よりも短く、セン
ナは一定の加熱温度に保たれる。
次に特公昭５３−４３，３２０号は、ガスセンサの温度
を高温域と低温域とに交互に変化させ、低温域での出力
から一酸化炭素を選択的に検出することを開示している
。ここでの高温域への加熱時間はセンサのヒートクリー
ニングに十分な時間であり、現在までの処１０秒〜２０
秒以上のらのと理解されている。
を高温域と低温域とに交互に変化させ、低温域での出力
から一酸化炭素を選択的に検出することを開示している
。ここでの高温域への加熱時間はセンサのヒートクリー
ニングに十分な時間であり、現在までの処１０秒〜２０
秒以上のらのと理解されている。
［発明の課Ｍｌ
この発明の課題は、ガスセンサの消費電力を更に節減す
る点に有る。
る点に有る。
［発明の構成と作用］
この発明では、金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を施
し、金属酸化物半導体層の担体とする。
し、金属酸化物半導体層の担体とする。
そして金属酸化物半導体層に検出電極を接続して、ガス
センサとする。次にこのガスセンサを加熱パルスにより
間欠的に加熱し、池の期間は室温付近に放置する。例え
ば加熱パルスを加えない期間は金属発熱体への印加電力
を０とし、加熱パルスのみによる加熱を行う。勿論加熱
パルスを加えない期間ら、全体としての消費電力に寄与
しない程度の電力を金属発熱体に加え続けてら良い。加
熱パルスの幅を短くするほどセンサの消費電力は減少す
るので、パルス幅は２秒以下、好ましくはｌ ７ｚ秒〜
２秒、更に好ましくは５０μ秒〜２００ｍ秒とする。パ
ルスのデユーティ比は、１１５以下、好ましくは１／２
０以下とする。またパルスとパルスとの間隔は、００１
秒〜１０分とするのが好ましく、より好ましくは０．５
秒〜２分とする。
センサとする。次にこのガスセンサを加熱パルスにより
間欠的に加熱し、池の期間は室温付近に放置する。例え
ば加熱パルスを加えない期間は金属発熱体への印加電力
を０とし、加熱パルスのみによる加熱を行う。勿論加熱
パルスを加えない期間ら、全体としての消費電力に寄与
しない程度の電力を金属発熱体に加え続けてら良い。加
熱パルスの幅を短くするほどセンサの消費電力は減少す
るので、パルス幅は２秒以下、好ましくはｌ ７ｚ秒〜
２秒、更に好ましくは５０μ秒〜２００ｍ秒とする。パ
ルスのデユーティ比は、１１５以下、好ましくは１／２
０以下とする。またパルスとパルスとの間隔は、００１
秒〜１０分とするのが好ましく、より好ましくは０．５
秒〜２分とする。
このような短時間の間欠的加熱を行うと、ガスセンサの
消費電力を減少することができる。
消費電力を減少することができる。
ガスセンサを極く短時間間欠的に加熱しても、センサは
動作する。そこで加熱時（センサ温度の上昇時）の抵抗
値からガスを検出する。また加熱後センサが冷却した際
の抵抗値からも、ガスを検出できる。このような検出は
、例えば−酸化炭素の検出にａ用である。即ち極く短時
間の加熱でも、センサのヒートクリーニングを行うこと
ができる。
動作する。そこで加熱時（センサ温度の上昇時）の抵抗
値からガスを検出する。また加熱後センサが冷却した際
の抵抗値からも、ガスを検出できる。このような検出は
、例えば−酸化炭素の検出にａ用である。即ち極く短時
間の加熱でも、センサのヒートクリーニングを行うこと
ができる。
［実施例］
第１図に、実施例の回路図を示す。図において、Ｅｂは
適宜の電源で、ここでは１．５Ｖｘ２の３Ｖ電源とする
。これは装置の電池使用を意図したものである。Ｏｓｃ
ｌは毎秒１回、幅１０ｍ５ｅｃのパルスを発する発振
回路、０ｓｃ２は５００μＳｅｅ毎に幅２５μＳｅｅの
パルスを発する発振回路である。そして発振回路０ｓｃ
ｌの出力パルスをストローブ信号として、発振回路０ｓ
ｃ２を発振させる。０ｓｃｌ。
適宜の電源で、ここでは１．５Ｖｘ２の３Ｖ電源とする
。これは装置の電池使用を意図したものである。Ｏｓｃ
ｌは毎秒１回、幅１０ｍ５ｅｃのパルスを発する発振
回路、０ｓｃ２は５００μＳｅｅ毎に幅２５μＳｅｅの
パルスを発する発振回路である。そして発振回路０ｓｃ
ｌの出力パルスをストローブ信号として、発振回路０ｓ
ｃ２を発振させる。０ｓｃｌ。
０ｓｃ２によりパルス電源を構成する。しかし付帯回路
にマイクロコンピュータ等の論理回路を用いる場合、パ
ルス電源はマイクロコンピュータ等の論理回路に内蔵さ
せても良い。
にマイクロコンピュータ等の論理回路を用いる場合、パ
ルス電源はマイクロコンピュータ等の論理回路に内蔵さ
せても良い。
２はガスセンサで、金属発熱体４の表面に耐熱絶縁性被
覆を施し、この被覆上に金属酸化物半導体層６と少なく
とも１個の電極とを設けたものである。用いたガスセン
サでは、金属発熱体４に線径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ合金線を用い、金属酸化物半導体層６は単味のＳｎＯ
，層とし、耐熱絶縁性被覆は約１μｍ厚のＡ ｌ ｔ
Ｏ３膜とした。このセンサ２では、３００℃への連続加
熱時の消費電力は７０ｍＷａｌｔ、印加電圧は約０，６
■、発熱体４の抵抗値は５Ωであった。また熟時定数は
１００ＩＩ＋ｓｅｃである。電極を１個とする場合、金
属発熱体４を一方の電極に兼用する。Ｔｒは金属発熱体
４に接続したトランジスタで、任意のスイッチに変更で
きる。
覆を施し、この被覆上に金属酸化物半導体層６と少なく
とも１個の電極とを設けたものである。用いたガスセン
サでは、金属発熱体４に線径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ合金線を用い、金属酸化物半導体層６は単味のＳｎＯ
，層とし、耐熱絶縁性被覆は約１μｍ厚のＡ ｌ ｔ
Ｏ３膜とした。このセンサ２では、３００℃への連続加
熱時の消費電力は７０ｍＷａｌｔ、印加電圧は約０，６
■、発熱体４の抵抗値は５Ωであった。また熟時定数は
１００ＩＩ＋ｓｅｃである。電極を１個とする場合、金
属発熱体４を一方の電極に兼用する。Ｔｒは金属発熱体
４に接続したトランジスタで、任意のスイッチに変更で
きる。
１’ｔｌはセンサ２の負荷抵抗で、その両端間電圧をセ
ンサ出力Ｖｏｕｔとする。
ンサ出力Ｖｏｕｔとする。
Ａ１．Ａ２は演算増幅器、Ｄ１〜Ｄ３はダイオード、Ｃ
Ｉはコンデンサ、Ｒ２−Ｒ４は抵抗で、これらによりピ
ークホールド回路を構成する。即ち、出力Ｖｏｕｔのピ
ークをコンデンサＣ１に蓄積し、これを演算増幅器Ａ２
から取り出す。Ｒ５は演算増幅器Ａ２の出力抵抗、Ｍは
検出結果を表示するためのメータである。負荷抵抗Ｒ１
からメータＭをガス検出手段とする。ここでピークホー
ルド回路を用いたのは、以下の理由による。センサ出力
Ｖｏｕｔは加熱パルスに応じて変動する。そして通常最
もα味がある信号は、加熱パルス終了時付近のセンサ温
度が最も高い点での信号である。
Ｉはコンデンサ、Ｒ２−Ｒ４は抵抗で、これらによりピ
ークホールド回路を構成する。即ち、出力Ｖｏｕｔのピ
ークをコンデンサＣ１に蓄積し、これを演算増幅器Ａ２
から取り出す。Ｒ５は演算増幅器Ａ２の出力抵抗、Ｍは
検出結果を表示するためのメータである。負荷抵抗Ｒ１
からメータＭをガス検出手段とする。ここでピークホー
ルド回路を用いたのは、以下の理由による。センサ出力
Ｖｏｕｔは加熱パルスに応じて変動する。そして通常最
もα味がある信号は、加熱パルス終了時付近のセンサ温
度が最も高い点での信号である。
そしてこの時、センサの温度依存性のため、出力Ｖｏｕ
ｔはピークを示す。そこでこのピークをとらえ、これを
ガス検出手段で処理するのである。またＶｏｕｔのピー
クの持続時間は一般に短く、ピークホールド回路でピー
クをホールドすることにより、信号処理を容易にするの
である。
ｔはピークを示す。そこでこのピークをとらえ、これを
ガス検出手段で処理するのである。またＶｏｕｔのピー
クの持続時間は一般に短く、ピークホールド回路でピー
クをホールドすることにより、信号処理を容易にするの
である。
第２図に、センサ出力Ｖ ｏｕｔのサンプリング時期を
特定した回路を示す。この回路では、発振回路Ｏｓｃ
ｌのストローブ信号の終了時点で、Ａ／Ｄ変換回路Ａ／
Ｄをエツジトリガーする。なおＡ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄに
は、サンプルホールド回路を内蔵したものが好ましい。
特定した回路を示す。この回路では、発振回路Ｏｓｃ
ｌのストローブ信号の終了時点で、Ａ／Ｄ変換回路Ａ／
Ｄをエツジトリガーする。なおＡ／Ｄ変換回路Ａ／Ｄに
は、サンプルホールド回路を内蔵したものが好ましい。
サンプルホールド回路を内蔵さけないと、Ｖｏｕｔのサ
ンプリング時間が短いため、高速Ａ／Ｄ変換回路が必要
となる。このような回路は一般に高価である。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。この回路では、加熱パルス終了時の
金属酸化物半導体層６の抵抗値を基に、ガスを検出する
。ここで出力のサンプリング信号時期を変えれば、任意
の時点でのセンサ出力Ｖ ｏｕｔを取り出すことができ
る。例えば、加熱パルスの終了直前の出力をサンプリン
グしても良く、またセンサ２が室温まで冷却された時点
での出力をサンプリングしても良い。
ンプリング時間が短いため、高速Ａ／Ｄ変換回路が必要
となる。このような回路は一般に高価である。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。この回路では、加熱パルス終了時の
金属酸化物半導体層６の抵抗値を基に、ガスを検出する
。ここで出力のサンプリング信号時期を変えれば、任意
の時点でのセンサ出力Ｖ ｏｕｔを取り出すことができ
る。例えば、加熱パルスの終了直前の出力をサンプリン
グしても良く、またセンサ２が室温まで冷却された時点
での出力をサンプリングしても良い。
第３図に、第１図の回路の動作を示す。発振回路０ｓｃ
ｌの出力パルスで発振回路０ｓｃ２を動作させ、トラン
ジスタＴｒを介して金属発熱体４を加熱する。発振回路
Ｏｓｃ ２のデユーティ比はｌ／２０、電源Ｅｂの出力
は３Ｖなので、これは発振回路０ｓｃｌの出力パルス（
幅１０ｍ５ｅｃ）の間、０．７ｖの電圧で金属発熱体４
を加熱することに等しい。このようにするのは３ｖや５
Ｖ等の電源の方が、０゜７ｖの電源よりも得やすいため
である。発振回路０ｓｃｌの出力パルスは毎秒１回幅１
０ｍ５ｅｃであり、センサ２の消費電力は連続加熱の場
合に比べてｌ／１００程度に減少する。
ｌの出力パルスで発振回路０ｓｃ２を動作させ、トラン
ジスタＴｒを介して金属発熱体４を加熱する。発振回路
Ｏｓｃ ２のデユーティ比はｌ／２０、電源Ｅｂの出力
は３Ｖなので、これは発振回路０ｓｃｌの出力パルス（
幅１０ｍ５ｅｃ）の間、０．７ｖの電圧で金属発熱体４
を加熱することに等しい。このようにするのは３ｖや５
Ｖ等の電源の方が、０゜７ｖの電源よりも得やすいため
である。発振回路０ｓｃｌの出力パルスは毎秒１回幅１
０ｍ５ｅｃであり、センサ２の消費電力は連続加熱の場
合に比べてｌ／１００程度に減少する。
センサ２への加熱パルスは熱時定数（１００ｍｓｅｃ）
に比べ短い。このためセンサ２の加熱温度は定常値（こ
は達しない。しかし電源Ｅｂや発振回路Ｏｓｃ ｌ ５
Ｏｓｃ２のパルス幅が安定であれば、加熱のパターンは
一定で、センサ２の温度は同じパターンで変化する。即
ち加熱パルスを熱時定数より短くしても、センサ２の加
熱パターンは安定である。次に熱時定数よりも短い、あ
るいは２ ｓｅｃ以下の加熱によっても、金属酸化物半
導体層６の抵抗値はガスの影響を受け、ガスを検出でき
る。そこでセンサ２の出力Ｖｏｕｔを適当な時点でサン
プリングし、ガスを検出する。第１図の場合、センサ２
の出力のピークをサンプリングする。
に比べ短い。このためセンサ２の加熱温度は定常値（こ
は達しない。しかし電源Ｅｂや発振回路Ｏｓｃ ｌ ５
Ｏｓｃ２のパルス幅が安定であれば、加熱のパターンは
一定で、センサ２の温度は同じパターンで変化する。即
ち加熱パルスを熱時定数より短くしても、センサ２の加
熱パターンは安定である。次に熱時定数よりも短い、あ
るいは２ ｓｅｃ以下の加熱によっても、金属酸化物半
導体層６の抵抗値はガスの影響を受け、ガスを検出でき
る。そこでセンサ２の出力Ｖｏｕｔを適当な時点でサン
プリングし、ガスを検出する。第１図の場合、センサ２
の出力のピークをサンプリングする。
第４図に、センサ２の加熱パルスの幅と抵抗値との関係
を示す。横軸は金属発熱体４への印加電圧を、縦軸は加
熱パルス終了直前の金属酸化物半導体層６の抵抗値を示
す。なお雰囲気は２０℃、湿度６５％、連続加熱時の温
度は印加電圧０．６Ｖで約３００℃である。図から、（
１）加熱パルスの幅を短くしてもガスを検出できること
、（２）パルスの幅は熱時定数よりも短くても良いこと
、（３）パルスの幅を短くする場合、連続加熱時よりも
高い印加電圧が好ましいことが判る。
を示す。横軸は金属発熱体４への印加電圧を、縦軸は加
熱パルス終了直前の金属酸化物半導体層６の抵抗値を示
す。なお雰囲気は２０℃、湿度６５％、連続加熱時の温
度は印加電圧０．６Ｖで約３００℃である。図から、（
１）加熱パルスの幅を短くしてもガスを検出できること
、（２）パルスの幅は熱時定数よりも短くても良いこと
、（３）パルスの幅を短くする場合、連続加熱時よりも
高い印加電圧が好ましいことが判る。
第５図に、１１００ｐｐのエタノールへの応答特性を示
す。なお加熱条件は、毎秒１回幅５ ｍ５ｅｃで電圧０
．７Ｖのパルスを加えたものである。またこの例では負
荷抵抗ＩＮｌをＩＯＫΩとし、５Ｖの検出電圧を加えて
、加熱パルス終了直後の出力Ｖｏｕｔをサンプリングし
た。センサ２の応答速度は、実用に耐えるものである。
す。なお加熱条件は、毎秒１回幅５ ｍ５ｅｃで電圧０
．７Ｖのパルスを加えたものである。またこの例では負
荷抵抗ＩＮｌをＩＯＫΩとし、５Ｖの検出電圧を加えて
、加熱パルス終了直後の出力Ｖｏｕｔをサンプリングし
た。センサ２の応答速度は、実用に耐えるものである。
表１に、各種の加熱条件と特性との関係を示す。
表−月＊
連続加熱 ２５０ ６．５ ５．０ ３
．０１００ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ ８００ １３
７．０ ３．５５０ｍ５ｅｃ／ｓｅｅ ６００
８．０ ８．０ ４．０１５ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ
３５０ ６，０ ５．０ ３．５５ｍ５ｅｃ
／ｓｅｅ ３００ ４，０ ４．５ ４．５
１５ｍ５ｅｃ／ｌ０ｓｅｃ ３００ ４．５ ５
．０’ ４．０１５ｍ５ｅｃ／ｓｉｎ ４００
３．０ Ｇ、０ ４．０１０ｍ５ｅ
ｃ／ｍｉｎ＊ ｏｏ ＩＯＭΩ ＩＯＭΩ Ｉ
ＭΩ＊ ガス濃度は各１００ ｐｐ＠、感度は空気中と
ガス中との抵抗値の比を示す、また最後の例では毎分１
回１ｏｓｓｅｃのパルスで加熱し、次の加熱の直前の抵
抗値を測定、この例では空気中の抵抗値を測定できずガ
ス中での抵抗値を表示、 加熱電圧はいずれら０．７Ｖ、抵抗値はにΩ単位で表示
。
．０１００ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ ８００ １３
７．０ ３．５５０ｍ５ｅｃ／ｓｅｅ ６００
８．０ ８．０ ４．０１５ｍ５ｅｃ／ｓｅｃ
３５０ ６，０ ５．０ ３．５５ｍ５ｅｃ
／ｓｅｅ ３００ ４，０ ４．５ ４．５
１５ｍ５ｅｃ／ｌ０ｓｅｃ ３００ ４．５ ５
．０’ ４．０１５ｍ５ｅｃ／ｓｉｎ ４００
３．０ Ｇ、０ ４．０１０ｍ５ｅ
ｃ／ｍｉｎ＊ ｏｏ ＩＯＭΩ ＩＯＭΩ Ｉ
ＭΩ＊ ガス濃度は各１００ ｐｐ＠、感度は空気中と
ガス中との抵抗値の比を示す、また最後の例では毎分１
回１ｏｓｓｅｃのパルスで加熱し、次の加熱の直前の抵
抗値を測定、この例では空気中の抵抗値を測定できずガ
ス中での抵抗値を表示、 加熱電圧はいずれら０．７Ｖ、抵抗値はにΩ単位で表示
。
第４図、第５図、及び表１の結果では、全ての例に対し
てガスセンサ２は動作し、不満足な結果は得られていな
い。
てガスセンサ２は動作し、不満足な結果は得られていな
い。
・第９図に、加熱パルスの幅を０ 、２ ｍ５ｅｃとし
た際の結果を示す。この例ではヒータ４に毎秒１回幅０
、２５ｓｅｃで電圧３．’２Ｖの加熱パルスを加え、
空気中とガス中とでのセンサ出力Ｖｏｕｔを測定した。
た際の結果を示す。この例ではヒータ４に毎秒１回幅０
、２５ｓｅｃで電圧３．’２Ｖの加熱パルスを加え、
空気中とガス中とでのセンサ出力Ｖｏｕｔを測定した。
０ 、２ ｍ５ｅｃ／ ｓｅｅの加熱条件でも、ガスを
検出できる。なおセンサ出力のピークはパルス印加後０
、４ ｍ５ｅｃ程度に生じ、パルス印加から１０ｍ５
ｅｃ程度経過′４゛るとセンサ出力はほぼ０まで減少し
た。
検出できる。なおセンサ出力のピークはパルス印加後０
、４ ｍ５ｅｃ程度に生じ、パルス印加から１０ｍ５
ｅｃ程度経過′４゛るとセンサ出力はほぼ０まで減少し
た。
加熱パルスに関する発明者の見解を示す。好ましいパル
スの幅はｌμＳｅｅ〜２ ｓｅｃであり、より好ましく
は５０μｓｅｃ〜２０ （ｌｓｓｅｃとする。次にパル
スの間隔はＩ ＯＯｔａｓｅｃ〜ｌ ＯＩａｉｎ程度が
好ましく、より好ましくは０ 、５ ｓｅｃ〜２ ｍｉ
ｎとする。更に加熱のデユーティ比は１１５以下とし、
好ましくは１／２０以下とする。デユーティ比は、第９
図から明らかなように１１５０００以下と小さくしても
良く、例えば１０′□＠程度でも良い。なおここでパル
ス幅の下限に付いて補足する。パルス幅自体は、例えば
ｌμｓｅｃと極端に短いものでも良いのである。パルス
幅の限界は、ヒータ４の耐圧で定まる。第９図から明ら
かなように、パルス幅を短くするとセンサ出力に遅れが
生じる。これはヒータ４に電力を加えたのち、金属酸化
物半導体層６が加熱されるまでの時間遅れ等によるもの
であろう。するとこの時間以下の加熱パルスの場合、加
熱パルスの幅や電力よりも１回のパルス当たりのエネル
ギーの方が重要になるはずである。従って、回路的に可
能で、ヒータ４か耐える範囲で、加熱パルスの幅は無限
に小さくしても良いのである。
スの幅はｌμＳｅｅ〜２ ｓｅｃであり、より好ましく
は５０μｓｅｃ〜２０ （ｌｓｓｅｃとする。次にパル
スの間隔はＩ ＯＯｔａｓｅｃ〜ｌ ＯＩａｉｎ程度が
好ましく、より好ましくは０ 、５ ｓｅｃ〜２ ｍｉ
ｎとする。更に加熱のデユーティ比は１１５以下とし、
好ましくは１／２０以下とする。デユーティ比は、第９
図から明らかなように１１５０００以下と小さくしても
良く、例えば１０′□＠程度でも良い。なおここでパル
ス幅の下限に付いて補足する。パルス幅自体は、例えば
ｌμｓｅｃと極端に短いものでも良いのである。パルス
幅の限界は、ヒータ４の耐圧で定まる。第９図から明ら
かなように、パルス幅を短くするとセンサ出力に遅れが
生じる。これはヒータ４に電力を加えたのち、金属酸化
物半導体層６が加熱されるまでの時間遅れ等によるもの
であろう。するとこの時間以下の加熱パルスの場合、加
熱パルスの幅や電力よりも１回のパルス当たりのエネル
ギーの方が重要になるはずである。従って、回路的に可
能で、ヒータ４か耐える範囲で、加熱パルスの幅は無限
に小さくしても良いのである。
第６図〜第８図に、実施例に用いたガスセンサ２を示す
。第６図において、４はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＮｉ−
Ｃｒ合金、あるいはＰｔ線等の金属発熱体で、ここでは
線径（直径）１０〜１００μｍ程度のものを用いる。８
は金属発熱体４のほぼ全面に設けた耐熱絶縁性被覆で、
アルミナやシリカ等を用いる。この被覆８は、イオンブ
レーティングやスパッタリング、プラズマＣＶＤあるい
は、Ａ１やＳｉ等の真空蒸着膜の酸化、更にはアルミナ
ゾルやシリカゾル等の被覆等により設ける。被覆８の厚
さは例えば１００Ａ〜５μｍ程度とすれば良い。
。第６図において、４はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＮｉ−
Ｃｒ合金、あるいはＰｔ線等の金属発熱体で、ここでは
線径（直径）１０〜１００μｍ程度のものを用いる。８
は金属発熱体４のほぼ全面に設けた耐熱絶縁性被覆で、
アルミナやシリカ等を用いる。この被覆８は、イオンブ
レーティングやスパッタリング、プラズマＣＶＤあるい
は、Ａ１やＳｉ等の真空蒸着膜の酸化、更にはアルミナ
ゾルやシリカゾル等の被覆等により設ける。被覆８の厚
さは例えば１００Ａ〜５μｍ程度とすれば良い。
６は、５ｎＯｔや、Ｉｎ２Ｏ５、ＺｎＯ等の金属酸化物
半導体層である。Ｉ Ｏ，＋ ２は電極で、ＡｕやＰｔ
、ｎｈ、Ｒｕ５ｔ等を用い、真空蒸着やこれらのペース
トの塗布等により設ける。耐熱絶縁性被覆８の一部を剥
離させ、金属発熱体４を金属酸化物半導体層６の電極に
兼用する場合、電極１０．１２は一方のみでも良い。こ
の場合は金属発熱体４を貴金属で構成するのが好ましい
。
半導体層である。Ｉ Ｏ，＋ ２は電極で、ＡｕやＰｔ
、ｎｈ、Ｒｕ５ｔ等を用い、真空蒸着やこれらのペース
トの塗布等により設ける。耐熱絶縁性被覆８の一部を剥
離させ、金属発熱体４を金属酸化物半導体層６の電極に
兼用する場合、電極１０．１２は一方のみでも良い。こ
の場合は金属発熱体４を貴金属で構成するのが好ましい
。
１４はアルミナ等の耐熱絶縁性基板で、ステンレス等の
金属表面にガラス等を被覆して絶縁したもの等でも良い
。１６は空洞で、金属化合物溶液の熱分解等で金属酸化
物半導体層６を形成する場合に、金属化合物の溶液と基
板！４とを分離するためのものである。なお実施例では
Ｓｎの有機化合物の溶液を熱分解して金属酸化物半導体
層６とした。しかしスパッタリングや真空蒸着等で金属
酸化物半導体層６を設ける場合、空洞１６は不要である
。
金属表面にガラス等を被覆して絶縁したもの等でも良い
。１６は空洞で、金属化合物溶液の熱分解等で金属酸化
物半導体層６を形成する場合に、金属化合物の溶液と基
板！４とを分離するためのものである。なお実施例では
Ｓｎの有機化合物の溶液を熱分解して金属酸化物半導体
層６とした。しかしスパッタリングや真空蒸着等で金属
酸化物半導体層６を設ける場合、空洞１６は不要である
。
１８．２０．２２は金やＰｄ１Ｒｕｓｔ等を印刷した膜
状１１［ｉ１！で、真空蒸着等で設けてら良い。そして
電極１８．２２に金属発熱体４の両端を溶接等で接続す
ると共に、電極ＩＯを膜状電極１８に、検出電極１２を
膜状電極２０に、金ペーストや酸化ルテニウムペースト
等の導電性接着剤２４で接続する。導電性接着剤２４に
変え、膜状電極１８゜２０と電極１０．１２とを、超音
波加熱等で接続しても良い。３０は外部ピンを兼用した
リードフレームで、各リードフレーム３０と膜状電極＋
８゜２０．２２とをリード線で接続する。
状１１［ｉ１！で、真空蒸着等で設けてら良い。そして
電極１８．２２に金属発熱体４の両端を溶接等で接続す
ると共に、電極ＩＯを膜状電極１８に、検出電極１２を
膜状電極２０に、金ペーストや酸化ルテニウムペースト
等の導電性接着剤２４で接続する。導電性接着剤２４に
変え、膜状電極１８゜２０と電極１０．１２とを、超音
波加熱等で接続しても良い。３０は外部ピンを兼用した
リードフレームで、各リードフレーム３０と膜状電極＋
８゜２０．２２とをリード線で接続する。
第７図に、センサの要部拡大断面図を示す。図において
、２６は金属発熱体４と膜状電極１８゜２２との溶接部
である。そして金属発熱体４を膜状電極１８．２２に溶
接すると共に、導電性接着剤２４で？ｌｉ極１０．１２
を１状電極１８．２０に）？続する。なお金属発熱体４
は、これ以外の位置では基板１４に接触しない。これは
溶接時に多少の遊びが生じるため、金属発熱体４に微か
な反りが生じるためである。
、２６は金属発熱体４と膜状電極１８゜２２との溶接部
である。そして金属発熱体４を膜状電極１８．２２に溶
接すると共に、導電性接着剤２４で？ｌｉ極１０．１２
を１状電極１８．２０に）？続する。なお金属発熱体４
は、これ以外の位置では基板１４に接触しない。これは
溶接時に多少の遊びが生じるため、金属発熱体４に微か
な反りが生じるためである。
導電性接着剤２４は電極１０．１２と膜状電極１８．２
０との接続の池に、金属発熱体４の溶接部を腐蝕から保
護する作用を持つ。これは溶接により金属発熱体４の組
織が変化し、腐蝕を受けやすくなるためで、導電性接着
剤２４で溶接部を雰囲気から遮断し、保護を行う。溶接
部の保護が不要な場合、膜状電極２２には導電性接着剤
２４を用いなくてし良い。実施例では、膜状電極１８に
電極１０と金属発熱体４とを接続したか、両者を分離し
４つの膜状電極を基板１４にしうけてし良い。
０との接続の池に、金属発熱体４の溶接部を腐蝕から保
護する作用を持つ。これは溶接により金属発熱体４の組
織が変化し、腐蝕を受けやすくなるためで、導電性接着
剤２４で溶接部を雰囲気から遮断し、保護を行う。溶接
部の保護が不要な場合、膜状電極２２には導電性接着剤
２４を用いなくてし良い。実施例では、膜状電極１８に
電極１０と金属発熱体４とを接続したか、両者を分離し
４つの膜状電極を基板１４にしうけてし良い。
第８図にガスセンサ２の全体構造を示す。図において、
３２は合成樹脂等のベース、３４は合成樹脂等のカバー
で円柱状や角柱状等に形成しである。
３２は合成樹脂等のベース、３４は合成樹脂等のカバー
で円柱状や角柱状等に形成しである。
」二足の実施例では、線状の金属発熱体４を用いたが、
金属発熱体は例えば箔状でも良い。
金属発熱体は例えば箔状でも良い。
第４図、第５図や表１の測定には、以下の条件でセンサ
２を調整した。直径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａ１合金線
２に、（スエーデンのガブリウス社製のカンタル、カン
タルは商品名）、アルミナゾルを塗布し、８００℃で熱
分解して、アルミナ皮膜とした。この工程を１０回繰り
返し、厚さ１μｍ程度のアルミナ被覆８とした。被覆８
は合金線４の全面に設けた。合金線４を長さ１．２ｍｍ
に切断し、そのまま膜状電極１８．２２に溶接した。溶
接部２６での絶縁性被覆８は、溶接時の圧力や溶接電流
等で剥離し、予め被覆８を除去しないでも溶接できた。
２を調整した。直径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａ１合金線
２に、（スエーデンのガブリウス社製のカンタル、カン
タルは商品名）、アルミナゾルを塗布し、８００℃で熱
分解して、アルミナ皮膜とした。この工程を１０回繰り
返し、厚さ１μｍ程度のアルミナ被覆８とした。被覆８
は合金線４の全面に設けた。合金線４を長さ１．２ｍｍ
に切断し、そのまま膜状電極１８．２２に溶接した。溶
接部２６での絶縁性被覆８は、溶接時の圧力や溶接電流
等で剥離し、予め被覆８を除去しないでも溶接できた。
溶接後の合金線２にマスクを被せ、真空蒸着で金７Ｊ１
極１０．１２を設けた。電極１０．１２の形成後に、Ｓ
ｎの何機化合物、ここではＳ ｎ（ＯＣｔｌ ５）３（
０（ＣＨ＊）＊Ｎ ｌ−１＊）、のイソブタノール溶液
を滴下し、５００℃で熱分解して、Ｓ ｎ Ｏｙの金属
酸化物半導体層６とした。ここで空洞１６により、液滴
と基板！４との接触を防止した。次いで導電性接着剤２
４により、電極１０．１２を接続し、また電極２２の溶
接部を保護した。これらの後に、基板！４をリードフレ
ーム３０にグイボンディングし、また電極＋８．２０．
２２をリードフレーム３０にワイヤボンディングし、セ
ンサ２とした。
極１０．１２を設けた。電極１０．１２の形成後に、Ｓ
ｎの何機化合物、ここではＳ ｎ（ＯＣｔｌ ５）３（
０（ＣＨ＊）＊Ｎ ｌ−１＊）、のイソブタノール溶液
を滴下し、５００℃で熱分解して、Ｓ ｎ Ｏｙの金属
酸化物半導体層６とした。ここで空洞１６により、液滴
と基板！４との接触を防止した。次いで導電性接着剤２
４により、電極１０．１２を接続し、また電極２２の溶
接部を保護した。これらの後に、基板！４をリードフレ
ーム３０にグイボンディングし、また電極＋８．２０．
２２をリードフレーム３０にワイヤボンディングし、セ
ンサ２とした。
［発明の効果コ
この発明では、ガスセンサの消費電力を減少させること
ができる。
ができる。
第１図は実施例の回路図、第２図は変形例の回路図、第
３図は実施例の動作波形図で、第３図１）は金属発熱体
への加熱パルス波形を、第３図２）はセンサ温度の波形
を、第３図３）はセンサ出力の波形を示す。第４図、第
５図は実施例の特性図である。 第６図は実施例に用いたガスセンサの要部正面図、第７
図は実施例に用いたガスセンサの要部拡大断面、第８図
は実施例に用いたガスセンサの断面図である。 第９図は、実施例の特性図である。 図において、２ ガスセンサ、 ４ 金属発熱体、６ 金属酸化物半導体層、８ 耐熱絶
縁性被覆。 特許出願人 フィガロ技研株式会社 第７図 第８図 第５図 第６図
３図は実施例の動作波形図で、第３図１）は金属発熱体
への加熱パルス波形を、第３図２）はセンサ温度の波形
を、第３図３）はセンサ出力の波形を示す。第４図、第
５図は実施例の特性図である。 第６図は実施例に用いたガスセンサの要部正面図、第７
図は実施例に用いたガスセンサの要部拡大断面、第８図
は実施例に用いたガスセンサの断面図である。 第９図は、実施例の特性図である。 図において、２ ガスセンサ、 ４ 金属発熱体、６ 金属酸化物半導体層、８ 耐熱絶
縁性被覆。 特許出願人 フィガロ技研株式会社 第７図 第８図 第５図 第６図
Claims (4)
- （１）金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を施し、この
被覆上に金属酸化物半導体層と少なくとも１個の電極と
を設け、金属酸化物半導体層の抵抗値からガスを検出す
るようにしたガスセンサを用い、金属発熱体を幅２秒以
下、デューティ比１／５以下の加熱パルスにより間欠的
に発熱させ、加熱パルスを加えない期間はガスセンサを
室温付近に放置した状態で、 金属酸化物半導体層の抵抗値からガスを検出するように
した、ガス検出方法。 - （２）金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を設け、この
被覆上に金属酸化物半導体層と少なくとも１個の電極と
を設け、金属酸化物半導体層の抵抗値からガスを検出す
るようにしたガスセンサと、幅２秒以下でデューティ比
１／５以下の加熱パルスを金属発熱体に加えてガスセン
サを間欠的に加熱すると共に、加熱パルスを加えない期
間はガスセンサを室温付近に放置するためのパルス電源
と、 加熱時の金属酸化物半導体層の抵抗値からガスを検出す
るためのガス検出手段とを設けた、ガス検出装置。 - （３）特許請求の範囲第２項記載のガス検出装置におい
て、 前記パルス電源のパルス幅を０．２秒以下、パルスとパ
ルスとの間隔を０．５秒〜１０分としたことを特徴とす
る、ガス検出装置。 - （４）金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を設け、この
被覆上に金属酸化物半導体層と少なくとも１個の電極と
を設け、金属酸化物半導体層の抵抗値からガスを検出す
るようにしたガスセンサと、幅２秒以下でデューティ比
１／５以下の加熱パルスを金属発熱体に加えてガスセン
サを間欠的に加熱すると共に、加熱パルスを加えない期
間はガスセンサを室温付近に放置するためのパルス電源
と、 室温付近に放置時の金属酸化物半導体層の抵抗値からガ
スを検出するためのガス検出手段とを設けた、ガス検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155488A JPH01316651A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-22479 | 1988-02-02 | ||
| JP2247988 | 1988-02-02 | ||
| JP3155488A JPH01316651A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316651A true JPH01316651A (ja) | 1989-12-21 |
Family
ID=26359706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3155488A Pending JPH01316651A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01316651A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271636A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-10-18 | Osaka Gas Co Ltd | ガス検出装置及びガス検出方法 |
| WO2008007438A1 (fr) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Fis Inc. | Détecteur de gaz |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP3155488A patent/JPH01316651A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008007438A1 (fr) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Fis Inc. | Détecteur de gaz |
| JP5016599B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2012-09-05 | エフアイエス株式会社 | ガス検出装置 |
| US8293179B2 (en) | 2006-07-14 | 2012-10-23 | Fis Inc. | Gas detection apparatus |
| JP2007271636A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-10-18 | Osaka Gas Co Ltd | ガス検出装置及びガス検出方法 |
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