JPH02263146A - オゾンセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は雰囲気中のオゾン（０３）の濃度を検出する
オゾンセンサに関するものである。

し従来の技術］ オゾンは自然に存在する酸化剤の中では、ふっ素に次ぐ
強い酸化力を持ち、また比較的短時間で酸素（０２）に
分解されるのて、２次汚染の心配がないため、悪臭の除
去や殺菌、カビの発生の防止などに利用されている。ま
たオゾン発生装置（オゾナイザ〉としては、例えは冷蔵
庫内に殺菌灯を設け、殺菌灯か放射する紫外線により、
冷蔵庫内でオゾンを発生させ、冷蔵庫内の悪臭の除去を
行うものが知られている。

オゾンはその濃度かＯ，ｌｐｐｍを超えると、目を刺激
したつ呼吸器官に悪影響を与え、且つ絶繊物や金属を酸
化させてしまうという悪影響があり、従ってオゾナイザ
によりオゾンを発生させる場合でも、常に発生量をコン
トロールしておく必要があり、このためオゾンセンサに
よりオゾンの濃度を監視している。

このようなオゾンの濃度を監視するオゾンセンサとして
は、第７図に示すような装置があった。

第７図は、例えばオゾン水処理研究会事務局発行の「上
水処理におけるオゾン技術Ｊ　（１９８６年）に掲載さ
れた、従来のオゾンセンサの構成を示す図で、図におい
て（１８）は検出側セル、（１９）は基準側セル、（２
０）は光源、（２１）は光源側プリズム、（２２）はシ
ャッター、（２３）はレンズ、（２４）は受光側プリズ
ム、（２５〉は受光素子を示す。

このオゾンセンサは、オゾンが特定の光の波長を良く吸
収するというという性質を利用したもので、第７図に示
すように、ポンプ（図示せず）を利用してオゾンを含有
する被測定気体を検出側セル（１８）に流し、オゾンを
含まない基準気体を基準側セル（１９）へ流し、オゾン
に吸収され易い波長の光を放出する光源（２０）を設け
、この光源（２０）から光源側プリズム（２１）、シャ
ッター（２２）を介して、両側のセル（１８）　、　　
（１９）へ交互に光を通過させ、両側のセル（１８）　
、　　＜１９）を通過した光を受光側プリズム（２４）
を介して受光素子（２５）で検出し、各セル（１ｇ）　
、　　（１９）を通過した通過光強度の差によって、検
出側セル（１８）に流れる被測定気体のオゾン濃度を検
出するようにしたものである。

即ち、基準側セル（１９）を流れる基準気体にはオゾン
が含まれてないので、光はほぼ１００％通過するのに対
し、検出側セル（１８）を流れる被測定気体にオゾンが
含まれていると、その濃度に応じて通過する光が吸収さ
れるため、基準側セル（１８）を通過した光と検出側セ
ル（１９）を通過した光とでは受光素子（２５）の検出
電圧に差が生じ、この差を測定することで、被測定気体
のオゾン濃度を測定している。

し発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のオゾンセンサは以上のように、両側
のセル、プリズム、レンズ、ポンプなど、多くの機械的
、光学的要素を用いて構成されており、装置が大型で複
雑化してしまい高価になる。

また光学的装置のため特に精密な組立が要求される等の
問題点があった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、組立が容易で、小型で安価なオゾンセンサを得ること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるオゾンセンサは、オゾンが吸着、離脱
することにより電気抵抗が変化する金属酸化物半導体と
、この金属酸化物半導体の電気抵抗を測定する手段とを
用いて構成することとしたものである。

［作用］ この発明においては、オゾンが吸着、離脱することによ
り電気抵抗が変化する金属酸化物半導体と、この金属酸
化物半導体の電気抵抗を測定する手段とを用いて構成す
ることとしたので、電気的装置として構成することが可
能となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面について説明する。第１
図はこの発明の一実施例であるオゾンセンサの構成を示
す平面図、第２図はその側断面図で、各国において（１
）は基体としてのアルミナの基板、（２）は基板（１）
の表面に金などの貴金属を用いて形成された一対の電極
、（３）は金属酸化物の半導体となる各電極（２）間を
覆うよに基板（１）の表面に蒸着されたニッケル（Ｎｉ
）の薄膜（以下これを金属酸化物の半導体とも言う）。

（４）は電極（２）に接続されたリード線、（５）は基
板の裏面に設けられたヒータ、（６）はヒータ側電極を
示す。なお図面では省略しているが、リード線（４）に
は各電極（２）間の電気抵抗を検出できるような回路が
接続される。

次に、以上のように構成した装置にオゾン処理を施すた
め、オゾン濃度１０ｐｐｍの雰囲気中に°放置する。こ
の雰囲気中に放置されると、第３図の表（Ａ）左側、第
４図左側に示すように、時間の経過とともに各電極（２
）間の抵抗値が上昇して行き、一 約１０時間程で抵抗値の上昇は鈍化し一定となる。

この抵抗値の上昇は、ニッケルの薄膜（３）がオゾンに
よって酸化され、即ちＮｊ十０３→Ｎ　ｉ　Ｏ＋０２に
より、ニッケルの薄膜（３）が金属酸化物半導体に変化
したことを示している。

このようにしてオゾン処理を施して完成さぜたオゾンセ
ンサを、オゾンが殆ど含まれてない雰囲気中に放置する
と、第３図の表（Ａ）右側、第４図右側に示ずように、
さらに抵抗値が」１昇する。

これは酸化されたニッケルの薄膜（３）（ＮｉＯ）がＰ
型半導体を形成するめ、吸着していた強い酸化性のオゾ
ンが離脱（脱着）して抵抗値が上昇するためである。ま
た逆にオゾン濃度の高い雰囲気中に放置すると、オゾン
か更に吸着し抵抗値が減少する。即ち第３図の表（Ｂ）
、第５図に示すように、各オゾン濃度に対応して抵抗値
を変化する。

従ってこの抵抗値を測定することで、オゾンの濃度を測
定することができる。

一方、ニッケルの薄膜（３）のような蒸着して形成した
金属膜は、環境温度の変化によっても抵抗値が変化する
ので、このための誤差を防止すべく、ヒータ（５）が設
けられており、センサの温度を１２０°Ｃ〜１５０°Ｃ
程度の一定の温度に保つようにしている。

第６図は各電極（２）間の電気抵抗の変化を検出してオ
ゾンの濃度を測定する回路の実施例を示す図で、第１図
、第２図と同一符号は同−又は相当部分を示し、（８）
は可変抵抗、（９）はオゾンセン日ノ−、（１０）は抵
抗、（１１）は直流電源、（１２）はリレー（１２ａ）
はリレー接点、（１３）はＳ　ＣＲ（ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｅｃｔｉｆｉｅ
ｒ）、（１４）は表示ランプ、（１５）は可変抵抗であ
る。

この回路は、可変抵抗り８）、オゾンセンサ＜９）。

抵抗（１０）からなる直列回路と、リレー（１２）、　
５ＣＲ（１，３）からなる直列回路とが直流電源（１１
）に並列に接続され、可変抵抗（１５）がオゾンセンサ
（９）及び抵抗（１０）との間と、Ｓ　ＣＲ（１３）の
ゲートとを接続している。

このような回路において、始めに可変抵抗〈８）（１５
）を調整して検出したいオゾンの濃度を抵抗値により設
定する。オゾンセンサ（９）が設定した濃度より高い濃
度のオゾンを検知すると、オゾンセンサ（９）自体の抵
抗値か減少し、その結果ＳＣＲ（１３）がｒＯＮＪ状態
となり、リレー（１２）が働いてリレー接点（１２ａ＞
を閉じ、表示ランプ（１４）を点灯して設定値以上のオ
ゾンを検知したことを知らせることができる。

なお上記実施例では、オゾンか吸着、離脱することによ
り電気抵抗が変化する金属酸化物半導体として、ニッケ
ルの薄膜を使用して説明しているが、酸化物がＰ型半導
体となる銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属を使用
してもよい。第３図の表（Ｃ）は銀およびニッケルを用
いた試作品の抵抗値の変化を示す表で、縦、横それぞれ
１．Ｏｃｍの銀およびニッケルの薄膜を、電気抵抗が１
００にΩ（Ｉ、ｌ１１）、３００にΩ（Ｉｌ、ＩＶ）と
なるように蒸着し、オゾン濃度が１．ＯＰ　Ｐ　ｍの雰
囲気中に約１０時装置いて金属酸化物半導体とし、その
後各オゾン濃度の雰囲気中に放置して抵抗値の変化を測
定した結果を示す。

なお酸化物がＰ型半導体となるニッケル、銀コバルトだ
４１でなく、酸化物がＮ型半導体となる、ベリリウム（
Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、
錫（Ｓｎ）などの金属を用いて金属酸化物半導体を構成
することとしても、抵抗値の検出回路の一部を変えるこ
とにより、同様に実施することができる。

さらに金属酸化物半導体を構成する金属としては、カル
シウム（Ｃａ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃ
ｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブ
デン（Ｍｏ）、バリウム（Ｂａ）、タングステン（Ｗ）
、鉛（Ｐｂ）が考えられる。

また上記実施例では基体に平板状の基板を使用している
が、例えは筒状の基体を用い、その表面に金属酸化物半
導体を形成し、内部にセンサの温度を一定に保つヒータ
を設けるようにしてもよく、実施例の構造に限定される
ものではない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、オゾンが吸着。

離脱することにより電気抵抗が変化する金属酸化物半導
体と、この金属酸化物半導体の電気抵抗を測定する手段
とで構成することとしたので、電気的装置として構成す
ることができ、組立が容易で小型で安価な装置を得るこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれはこの発明の一実施例を示す
図、第３図〜第５図はそれぞれオゾンの濃度による抵抗
値の変化を示す図、第６図は抵抗値を検出する回路を示
す図、第７図は従来のオゾンセンサを示ず図。 （１）は基板、（２）は電極、（３）は金属酸化物の半
導体、（４）はリード線、（５）はヒータ、（６）はヒ
ータ側電極。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示すものと
する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に所定の間隔を保って配置された一対の電極、 ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）、ベ
   リリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム
   （Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、クロム（
   Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、スト
   ロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バリウム（
   Ｂａ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）のうち１種類
   以上の金属の薄膜を用いて、上記一対の電極間を被膜す
   る被膜手段、 上記金属の薄膜を所定のオゾン濃度の雰囲気中に所定時
   間放置し、上記金属の薄膜に金属性酸化物の半導体を形
   成するオゾン処理手段、 上記一対の電極間の電気抵抗を検知する検知手段を備え
   、 金属性酸化物の半導体にオゾンが吸着、離脱することに
   よる上記一対の電極間の電気抵抗を上記検知手段により
   検知して雰囲気中のオゾン濃度を検知することを特徴と
   するオゾンセンサ。