JPH0665984B2 - 検出装置 - Google Patents

検出装置

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JPH0665984B2
JPH0665984B2 JP4120985A JP4120985A JPH0665984B2 JP H0665984 B2 JPH0665984 B2 JP H0665984B2 JP 4120985 A JP4120985 A JP 4120985A JP 4120985 A JP4120985 A JP 4120985A JP H0665984 B2 JPH0665984 B2 JP H0665984B2
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detection
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pulse
heater
gas
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利昭 水田
順二 間中
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、感応物質の電気抵抗値変化を利用する検出装
置に関し、より詳細には、ガスセンサ、温度センサ、湿
度センサ又はアルコールセンサ等に適用可能な検出装置
に関するものである。
従来技術 一般に、例えば金属酸化物半導体一から成る感応物質に
おける感応対象物の吸着・離脱作用に応じた電気抵抗値
の変化を利用する検出装置においては、感応物質の温度
がその性能を決定する大きな要因となる。即ち、感応物
質の温度分布が不均一であると、高温領域が選択的に強
いストレスを受け、時間の経過と共に性能の劣化或いは
焼切れ等が起る。従って、検出装置の信頼性及び寿命を
高める為には、感応物質を効率良く加熱しその温度を全
体に亘って均一に適正範囲内に保持することが要求され
る。
目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、小さ
い消費電力で効率良く感応物質を適正温度まで均一に加
熱でき正確な信号を安定して得ることが可能な検出装置
を提供することを目的とする。
構 成 本発明は、上記の目的を達成させるため、感応物質を電
熱器で所定温度に加熱し感応対象物の吸着離脱現象に応
じた前記感応物質の抵抗値の変化を検出する検出装置に
おいて、前記感応物質からなる微小且つ薄膜の検出部
と、前記検出部の両端に接続された少なくとも一対の検
出リード部と架橋状に設け、前記一対の検出リード部に
駆動パルスを通電することにより発熱させ前記検出部を
所定温度に加熱するヒータとして機能させるヒート駆動
回路と、前記検出部の抵抗値を検出するべく前記一対の
検出リード部に検出パルスを通電する検出回路と、前記
一対の検出リード部間に介設されたスイッチ手段と、前
記ヒータ駆動回路が駆動パルスを通電していない時間内
に前記検出回路が検出パルスを通電するようタイミング
制御をするとともに、前記ヒータ駆動回路が駆動パルス
を通電するときには前記スイッチ手段を閉成し、前記検
出回路が検出パルスを通電するときには前記スイッチ手
段を開成するよう制御する制御手段と、を有することを
特徴としたものである。
以下、本発明の1実施例に基づき具体的に説明する。第
1図は本発明の1実施例としてのガス検出装置の構成を
示したブロック図である。第1図において、平行に延在
させた一対のヒータを兼ねる検出リード部1a,1b間にガ
ス感応物質から成る検出部2を熱容量を小さくする為に
架橋状に設けてセンサSが形成されている。本例の検出
部2は、金属酸化物半導体のSnO2から成り熱容量を小さ
くすべく薄膜状に形成されており、ヒータを兼ねる検出
リード部1a,1bにより350〜400℃に加熱されると、雰囲
気のガス分子をその表面に吸着・離脱させる。従って、
雰囲気に検出すべきガスが存在する場合はそのガス分子
を吸着してガス感応物質自体の抵抗値が小さくなり、そ
のガスが無くなると離脱させて抵抗値が元の値に戻る。
この抵抗値の変化を後述する検出回路より電流を流して
検出し、目的とするガスの存在を知らせる。
而して、一対の検出リード部1a,1bの両端部間は、夫々
スイッチ3a,3bを介して接続されている。このスイッチ3
a,3bは応答性の速い例えば電子スイッチやリードリレー
等により構成されており、通常は開いた状態になってい
る。そして、一方の検出リード部1aの両端と各スイッチ
3a,3bは、検出リード部をヒータとして機能させるヒー
タ駆動回路4に夫々接続されている。又、一対の検出リ
ード部1a,1bの各一端が検出回路に接続されている。
従って、検出部2を加熱する場合は、スイッチ3a,3bを
閉成して第2図に示す如く検出リード部1aと検出リード
部1bを並列に接続し、ヒータ駆動回路4から例えば1.5
〜3Vのパルス電圧を双方の検出リード部1a及び検出リー
ド部1bに加えて発熱させ、2個のヒータで効率良く検出
部2を加熱しその全体温度を均一に適正範囲内に保持す
ることができる。又、検出部2の抵抗値を検出する場合
は、スイッチ3a,3bを開成して第3図に示す如く夫々の
接続を切離すれば、検出回路5内に備えられている同じ
く1.5〜3Vの検出用パルス電源からの検出電流が検出部
2に流されその抵抗値変化による電流変化を電圧変動と
して検出することができる。尚、検出用電源はパルス電
源に限らず、通常の直流電源でも良い。
ところで、通常は、検出部2が適正温度に加熱されてい
る際にその抵抗値を測定するのであるが、この場合、ヒ
ータ駆動回路4からの加熱電流が検出部2内にリーク
し、このリーク電流によりセンサSの検出信号出力が低
下するという不都合が生じる。そこで、本発明において
は次の様にしてその不都合を回避する。
本願発明者等は、検出部2の温度とガス吸着・離脱作用
の関係について以下に示す如き知見を得た。第4図はヒ
ータとしての検出リード部1a,1bに間欠的にパルス電圧
を印加した場合における検出部2表面への空気分子Aと
ガス分子Gの吸着・離脱状態の経時的変化を第I〜第VI
Iの段階に分けて模式的に示したものである。雰囲気に
ガスが存在しない空気だけの状態で検出リード部1a,1b
にパルス電圧を印加した第I段階では、検出部2表面に
空気分子Aが吸着する。次いで、ヒータがオフされた第
II段階では、検出部2は熱容量が小さい為温度が速やか
に低下し、1ms以内で平衡温度に達する。この場合、検
出部2が低温になっても第I段階の状態が保持される。
次に、ガス分子Gが流入してきても検出部2は低温であ
るからその表面状態は変らない(第III段階)。この
後、電圧が印加され検出リード部1aがオンされると、検
出部2表面の空気分子Aが離脱し代りにガス分子Gが吸
着する(第IV段階)。この場合、検出部2が微小且つ薄
膜に形成されているからガスと検出部2表面との吸着離
脱作用が極めて鋭敏に行われる。次いで、検出リード部
1aがオフされても速やかに検出部2が低温になるので第
IV段階の表面状態が保持される(第V段階)。この状態
は雰囲気状態が変化しても保持され(第VI段階)、検出
リード部1aが次にオンされてガス分子Gの離脱と空気分
子Aの吸着が起る(第VII段階)。
以上の如く、加熱された高温状態で得られたガス感応物
質部表面の各分子の吸着状態は、ガス感応物質部表面の
温度が低下すると次に加熱されて所定の温度に上昇する
まで保持される。この場合、パルス電圧の印加間隔T2
即ち、検出部2が低温である時間が例えば100min間程度
の長期に亘っても、同様に保持される。又、金属酸化物
半導体から成り微小薄膜状の熱容量の小さい検出部2を
用いるセンサSによれば、検出リード部1aのオン・オフ
に対する気体の吸着・脱離作用の応答性が良いから、パ
ルス電圧オン時間T1は1ms〜1s、オフ時間T2は0.1s〜100
minの好適範囲の時間を組み合わせて用途に応じた種々
の印加タイミングパターンを設定することができる。
叙上の如き知見に基づき、本例では、第5図に示す如
く、ヒータ駆動回路4へのパルス印加の印加が終了した
後にガス吸着状態が保持された検出部2に検出用パルス
電圧を加えて検出信号を得る駆動方式とする。これによ
り、ヒータ駆動パルス電圧によるリーク電流に応じた信
号rと別個のガスの吸着状態を示す明確な信号tを得る
ことができる。
上述の如き駆動方式を実現する為に、本例では、第1図
に示す如く、ヒータ駆動回路4と検出回路5に夫々にお
けるパルス電圧の印加タイミングを指示する信号を送る
タイミング回路6が接続されている。タイミング回路6
においては、第6図に示す如く、夫々適数個のインバー
タ6a、抵抗6b、ダイオード6c及びコンデンサ6dからパル
ス発生回路Pを形成し、これからヒータ駆動回路4へは
イタンバータ6aを介して接続され、検出回路6には本例
では2個のマルチバイブレータ6eを介して接続されてい
る。これにより、パルス発生回路Pでヒータ駆動回路4
へ送るデューティ比の小さいパルス信号を発生させ、こ
れに対して所望のタイミングだけずらせたパルスをマル
チバイブレータ6eで発生させて検出回路5に送ることが
できる。
次に、上記の如く構成されたガス検出装置において実施
される駆動方法とその動作について、第5図のタイミン
グチャート図に基づき説明する。今、検出部2の雰囲気
に検出すべきガスが流入したとする。この状態下におい
て、ヒータ駆動回路4からの信号でリレーがオンされて
スイッチ3a,3bが閉じられると同時にヒータ駆動回路4
から検出リード部1a,1bにパルス電圧が加えられると、
極めて熱容量の小さい検出部2は2個のヒータとしての
検出リード部1a,1bにより効率良く加熱され、速やかに
全体が均一に適正温度に保持された状態となる。検出部
2が適正温度に加熱されると、その表面にガス分子が吸
着して抵抗値が低下する。この時点では、ヒータ駆動電
流の検出部2へのリーク電流に対応した信号出力rが検
出回路6に現われる。然し、検出用パルス電圧は印加さ
れていないから、この信号は警報を発っすべき信号レベ
ル以下であり警報は発っせられない。
所定のヒータ駆動パルス電圧の印加時間が終了したら、
ヒータ駆動回路4がリレーをオフさせてスイッチ3a,3b
を開くと共にマルチバイブレータ6eから所定時間ずれた
タイミングで検出回路5に信号が送られ、これに応じて
検出回路5から検出部2に検出用パルス電圧が印加され
る。この場合、検出部2の表面状態は、ヒータ駆動パル
スが印加された時点の表面状態、即ちガスを吸着した低
抵抗値の状態に保持されているから検出用パルス電圧に
応じて高レベルの信号出力t1が得られガスの存在を知ら
せる警報が発っせられる。
やがて、検出部2の雰囲気からガスが消失するが、ヒー
タ駆動パルス電圧が印加されるまで検出部2の表面はガ
スが吸着された状態が保持される。そして、所定間隔を
おいて前回と同様にスイッチ3a,3bが閉じられると同時
にヒータ駆動パルス電圧が印加されると、直ちに検出部
2が所定温度に加熱されてガスがその表面から離脱し空
気が吸着し、検出部2の抵抗値が元の平常時(雰囲気が
空気)の値まで上昇する。尚、この場合も、同様にリー
ク電流による出力信号rが現われる。そして、同様にヒ
ータ駆動パルス電圧をオフすると共にスイッチ3a,3bを
開いた後の所定時間ずれたタイミングで検出パルス電圧
を印加すると、これに応じて検出信号t2が得られる。こ
の場合、検出部2の抵抗値は高くなっているから得られ
る信号レベルが相応に低く、警報は発っせられない。
次に、本発明の他の実施例について第7図に基づき説明
する。尚、上記実施例と同一の構成要素については同一
符号を付し、その説明を省略する。本例の検出装置にお
いては、検出リード部1a,1bをヒータとして駆動する場
合に直列に接続する構成となっている。従って、一対の
検出リード部1a,1bの一端側だけをスイッチ7を介して
接続し、他端部は夫々ヒータ駆動回路4に接続されてい
る。検出回路5に対しては上記実施例と同様に各検出リ
ード部1a,1bの一端が夫々接続されている。この場合、
各通電電流の回り込みを防止する為、各回路にダイオー
ド8,9が介設されている。その他の構成は上記実施例と
同様である。
従って、検出部2の加熱動作時は、第8図に示される如
き回路が形成され、直列に接続された検出リード部1a,1
bにより効率良く検出部2が加熱されて全体が均一に適
正温度に保持され、信号検出時には、第9図に示す如く
上記実施例と同様な回路が形成されて信頼度の高い検出
信号を安定して得ることができる。
尚、上記実施例等においては、検出部2を加熱していな
いときにその抵抗値を測定する構成となっているが、従
来と同様に検出部2の加熱時にその抵抗値を測定する構
成としてもよい。この場合、スイッチ3a,3b又は7の開
閉を検出回路5の動作に応じて実施できる様にそれらの
駆動回路を検出回路5に接続し検出時に開く駆動パター
ンとすればよい。
効 果 以上、詳述した如く、本発明によれば、ヒータを兼ねる
一対の検出リード部をスイッチを介して接続することに
より、全ての検出リード部をヒータとして利用し効率良
く検出部全体を均一に適正温度に加熱することができ
る。従って、信頼度の高い検出信号を低消費電力で安定
して得ることができる。尚、本発明は上記の特定の実施
例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲内に
おいて種々の変形が可能であることは勿論である。例え
ば、検出対象はガスに限らず、例えば気相中に浮遊する
液体粒子等の如くガス感応物質に吸着・離脱作用を行う
種々の物質の検出に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例としてのガス検出装置の構成
を示したブロック図、第2図及び第3図は本発明の1実
施例の動作を示した各説明図、第4図は本発明の1実施
例の動作原理を示した説明図、第5図は本発明の1実施
例における動作を説明するタイミングチャート図、第6
図は本発明の1実施例におけるタイミング回路を示した
回路図、第7図は本発明の他の実施例を示したブロック
図、第8図及び第9図は夫々本発明の他の実施例におけ
る動作を示した各説明図である。 (符号の説明) 1a:検出リード部 2:検出部 3a,3b,7:スイッチ 4:ヒータ駆動回路 5:検出回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】感応物質を電熱器で所定温度に加熱し感応
    対象物の吸着離脱現象に応じた前記感応物質の抵抗値の
    変化を検出する検出装置において、前記感応物質からな
    る微小且つ薄膜の検出部と、前記検出部の両端に接続さ
    れた少なくとも一対の検出リード部とを架橋状に設け、
    前記一対の検出リード部に駆動パルスを通電することに
    より発熱させ前記検出部を所定温度に加熱するヒータと
    して機能させるヒータ駆動回路と、前記検出部の抵抗値
    を検出するべく前記一対の検出リード部に検出パルスを
    通電する検出回路と、前記一対の検出リード部間に介設
    されたスイッチ手段と、前記ヒータ駆動回路が駆動パル
    スを通電していない時間内に前記検出回路が検出パルス
    を通電するようタイミング制御をするとともに、前記ヒ
    ータ駆動回路が駆動パルスを通電するときには前記スイ
    ッチ手段を閉成し、前記検出回路が検出パルスを通電す
    るときには前記スイッチ手段を開成するよう制御する制
    御手段と、を有することを特徴とする検出装置。
JP4120985A 1985-03-04 1985-03-04 検出装置 Expired - Lifetime JPH0665984B2 (ja)

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JP4120985A JPH0665984B2 (ja) 1985-03-04 1985-03-04 検出装置
CA000503176A CA1272779A (en) 1985-03-04 1986-03-03 Sensor with periodic heating
DE19863607065 DE3607065A1 (de) 1985-03-04 1986-03-04 Fuehleinrichtung
US06/836,151 US4775838A (en) 1985-03-04 1986-03-04 Sensor with periodic heating

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JPS61201150A JPS61201150A (ja) 1986-09-05
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JPH01299452A (ja) * 1988-05-27 1989-12-04 Ricoh Co Ltd 4端子検出型ガス検出装置
JPH0710286Y2 (ja) * 1988-08-05 1995-03-08 フィガロ技研株式会社 ガス検出装置
CN104990961A (zh) * 2015-07-23 2015-10-21 吉林大学 一种基于Al掺杂的NiO纳米棒花材料的乙醇气体传感器及制备方法

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