JPH07270357A

JPH07270357A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPH07270357A
Application number: JP6412294A
Authority: JP
Inventors: Yozo Hirata; 陽三平田
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【構成】ガス感応膜２４により気体の蒸気濃度を検出
するとともに、ガス感応膜２４を加熱するための発熱体
２５により該発熱体２５近傍の気体を加熱し、発熱体２
５の両外端部に設けられた感温体２６，２７で、加熱さ
れた気体の移動に伴う温度変化を検知することにより気
体の流量を検出する。【効果】ガス濃度検知用の発熱体とガス流速検知用の
発熱体とを共用することになるため、ガス濃度及びガス
流速を検知するためのコストの増加を最小限に抑えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば給油装置等で油
液の油種を蒸気濃度に基づいて検出するため用いられる
ガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、給油ノズルを挿入した燃料タンク
の適合油種を検知する油種判定機能付き給油装置が開発
されている。この種の給油装置は、一端が給油ノズルの
吐出パイプの先端部まで延在して開口している吸気ホー
スと、該吸気ホースを介して燃料タンク内に挿入された
吐出パイプに設けられた吸気ホースの開口から油蒸気を
吸気する吸気ポンプと、該吸気ポンプで吸気された油蒸
気の濃度を検知するガス濃度検知センサと、該ガス濃度
検知センサからの出力に基づいて燃料タンク内の油蒸気
濃度で油種を検出し、その検出油種と給油ノズルから吐
出する油液の油種とを比較し、油種が異なる場合には給
油を禁止する制御部とを具備している。そして、上記ガ
ス濃度検知センサは、ガスの蒸気濃度を検知するガス感
応膜と、該ガス感応膜の近傍に配置され該ガス感応膜を
加熱する発熱体とを有する構成のものが用いられてお
り、ガス感応膜は、発熱体で４００℃程度に加熱するこ
とにより、ガスの蒸気濃度に対応する信号を出力するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような給
油装置において、吸気ポンプの吸気能力が何等かの理由
で低下した場合に、ガス濃度検知センサが誤検知を起こ
す可能性があった。このため、ガス濃度検知センサとは
別にガスの流速を検知するガス流量センサを設け、油蒸
気の流速を検知して吸気ポンプの吸気能力を監視するこ
とが考えられる。しかし、これらのガスセンサをそれぞ
れ個別に設けるのでは、コストが増加してしまうという
問題や、流量センサを設ける分、装置が大型化してしま
うという問題があった。

【０００４】したがって、本発明の目的は、ガス濃度及
びガス流速を検知するためのコストの増加を最小限に抑
えることができるガスセンサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガスセンサは、気体の流路途中に設けられ
るものであって、一の半導体基板の表面に、気体に含有
される所定ガスに表面がさらされることにより内部の電
気的性質が変化するガス感応膜と、該ガス感応膜の電気
的性質の変化を検出するために前記ガス感応膜に接して
設けられる電極と、前記ガス感応膜の電気的性質の変化
を促進するために前記ガス感応膜を加熱する発熱体と、
気体の温度変化を検知するため該発熱体の近傍に位置す
る感温体とを形成してなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明のガスセンサによれば、ガス感応膜によ
り気体の蒸気濃度を検出するとともに、ガス感応膜を加
熱するための発熱体により該発熱体近傍の気体を加熱
し、発熱体の両外端部に設けられた感温体で、加熱され
た気体の移動に伴う温度変化を検出することにより気体
の流量を検出する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例によるガスセンサを
給油装置に適用し、ガスとして油蒸気を検知する場合に
ついて図面を参照して説明する。

【０００８】まず、給油装置の全体構成について図１を
参照して説明する。この給油装置は、図示せぬ地下タン
クから配管１を介して油液を汲み上げる給油ポンプ２
と、該給油ポンプ２を駆動するポンプモータ３と、ポン
プ２が供給する油液流量を計測する流量計４と、該流量
計４に付設され油液流量に比例した流量パルスを出力す
る流量パルス発信器５とを装置本体６内に有しており、
該装置本体６の外側には、給油ポンプ２から配管１を介
して油液が供給される給油ホース８と、該給油ホース８
の先端部に装着される給油ノズル９とが設けられてい
る。

【０００９】給油ノズル９は、先端に吐出パイプ１０
が、また内部に図示せぬ弁が設けられており、該弁を開
弁操作することにより、該吐出パイプ１０を挿入した状
態で車両の燃料タンクに油液を吐出パイプ１０から吐出
するようになっている。また、給油装置は、上記給油ノ
ズル９を着脱自在に支持するノズル掛け１２と、該ノズ
ル掛け１２に対する給油ノズル９の着脱により給油ノズ
ル９の使用・非使用を検出するノズルスイッチ１３と、
給油量等を表示する表示器１４と、上記各部を制御する
制御部１５とを備えている。ここで、上記給油ホース８
には吸気チューブ１７が途中まで並列されており、該吸
気チューブ１７の一端は、吐出パイプ１０の先端近傍ま
で延在されて蒸気吸引口１８をなしており、他端は、装
置本体９内で吸気・排気ポンプ１９に接続されている。

【００１０】そして、本実施例においては、給油ノズル
９内部における吸気チューブ１７の経路途中位置にガス
センサ２０が設けられている。このガスセンサ２０は、
図２に示すように、シリコンからなる基板２１と、この
基板２１の表面２１ａに形成されたＳｉＮｘ等の絶縁膜
２２とを有している。この絶縁膜２２の表面には、次の
回路導体等が設けられている。すなわち、設置状態にお
いて検知する油蒸気の流れの方向（図２矢印Ｘ方向）に
おける中央に位置する白金等からなる信号取出電極２
３、この信号取出電極２３の先端側を被覆する酸化スズ
系材料等からなるガス感応膜２４、このガス感応膜２４
の周囲に該ガス感応膜２４及び信号取出電極２３に干渉
せぬように形成された白金等の金属膜からなる電熱ヒー
タ２５、及び該電熱ヒータ２５の、油蒸気の流れ方向に
おける両側に該電熱ヒータ２５から所定距離離間して形
成された白金等の金属膜からなる感温抵抗体２６，２７
が、設けられている。また、基板２１の裏面２１ｂ側に
も絶縁膜２８が形成されている。なお、このガスセンサ
２０は、数ミリ角のシリコン基板で形成され、図示を略
すが給油ノズル９内に焼結金属（フレームアレスタ）で
形成された防爆構造の室に設けられており、ガスセンサ
２０の裏面側がその室の内面等に取り付けられ、油蒸気
がその表面側を上記したように図２矢印Ｘ方向に流れる
ように設置されるものである。

【００１１】加えて、ガスセンサ２０は、信号取出電極
２３、ガス感応膜２４、電熱ヒータ２５及び両感温抵抗
体２６，２７の裏側に、基板２１が部分的に取除かれる
ことにより、絶縁膜２２を裏側に露出させる空洞部２９
が形成されている。この空洞部２９を形成することによ
り、信号取出電極２３、ガス感応膜２４、電熱ヒータ２
５及び両感温抵抗体２６，２７が形成された領域の熱容
量を小さくできる。

【００１２】このような構成のガスセンサ２０は、電熱
ヒータ２５と、ガス感応膜２４及び信号取出電極２３と
で、油蒸気濃度が検知されるようになっている。すなわ
ち、ガス感応膜２４を電熱ヒータ２５で数百度に加熱し
ておくと、該ガス感応膜２４は、油蒸気の蒸気圧濃度に
応じて素子抵抗値が変化することになり、よって、蒸気
圧濃度が著しく異なる軽油とガソリンとの油種の違い
を、素子抵抗値の違いにより電気的に検出することで識
別できる。

【００１３】また、ガスセンサ２０は、上記電熱ヒータ
２５と、その両側に位置する感温抵抗体２６，２７と
で、吸気の流速すなわち流量が検知されるようになって
いる。すなわち、電熱ヒータ２５を周囲温度よりも高い
一定の温度となるよう制御すれば、気体の流れがない場
合、温度分布は電熱ヒータ２５を中心にその両側で対称
となり、そして、気体が図２において矢印Ｘで示す如く
移動すると上流側の感温抵抗体２６は冷却され、下流側
の感温抵抗体２７は気体の流れを媒体として電熱ヒータ
２５からの熱伝導が促進され温度が上昇し、結果として
両感温抵抗体２６，２７において温度差が生じる。この
ため、各感温抵抗体２６，２７をホイートストンブリッ
ジ回路に組込むことにより上記温度差を電圧に変換すれ
ば流速に応じた電圧出力が得られ気体の流速が検出で
き、結果として流速と流路面積とから割り出される流量
が検出できる。このように、本実施例のガスセンサ２０
は、油蒸気の濃度を検知する油種検知センサと気体の流
速すなわち流量を計測する流量センサを一体化した複合
センサとなっている。

【００１４】上記ガスセンサ２０は、例えば以下のよう
な手順で製作される。まず、図３に示す如く、基板２１
としてシリコン基板を用意する。次に、図４に示す如
く、基板２１の表面２１ａ及び裏面２１ｂに、プラズマ
ＣＶＤ法等によりＳｉＮｘ（窒化シリコン）等の絶縁膜
２２，２８を形成する。

【００１５】次に、図５に示す如く、絶縁膜２２の表面
にスパッタ法等により白金等の金属膜を成膜し、フォト
リソ法等により所望のパターンに形成して、これによ
り、信号取出電極２３、電熱ヒータ２５及び両感温抵抗
体２６，２７を形成する。

【００１６】そして、図６に示す如く、信号取出電極２
３、電熱ヒータ２５及び両感温抵抗体２６，２７の下側
に空洞部２９を形成するために、裏面２１ｂ側の絶縁膜
２８の一部を除去し、シリコン面を露出させる。

【００１７】その後、図７に示す如く、異方性エッチン
グ液（水酸化カリウム水溶液等）に浸漬し、シリコン面
が露出している裏面２１ｂ側からシリコンを除去し、空
洞部２９を形成する。

【００１８】次いで、図８に示す如く、スパッタ法等に
よりガス感応膜（酸化スズ系材料等）２４を形成する。
ここで、ガス感応膜２４の所望のパターンの形成には、
リフトオフ法、フォトリソ法を用いる。

【００１９】次に、上記構成のガスセンサ２０を具備す
る給油装置の制御部１５における処理動作について図９
のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。車両
の燃料タンクへ給油を行うべく、給油ノズル９がノズル
掛け１２から外されると、ステップＳ１において、ノズ
ルスイッチ１３がオンになったことを検出してステップ
Ｓ２において、吸気・排気ポンプ１９を吸気動作させ、
吸気チューブ１７を介して蒸気吸引口１８付近の気体を
ガスセンサ２０へ吸気し始める。

【００２０】そして、ステップＳ３でガスセンサ２０に
より吸気チューブ１７内の油蒸気の流速が検出される。
検出された流速は流速信号として制御部１５に出力され
る。その流速信号は、ステップＳ４において制御部１５
内のメモリにあらかじめ記憶された所定流速値と比較さ
れ、所定流速値以下である場合には、ステップＳ５に進
む。ステップＳ５では、吸気チューブ１７内に吸気され
る気体の量が異常であることを表示器１４に表示した
後、ステップＳ６で吸気・排気ポンプ１９の吸気動作を
排気動作に切り換え、ステップＳ７において、給油ノズ
ル９がノズル掛け１２に戻ったか否かをノズルスイッチ
１３がオフになったか否かにより検出してオフとなった
ときに後述するステップＳ１９に進む。一方、ステップ
Ｓ４においてガスセンサ２０により検出された流速が所
定流速値より大きい場合にはステップＳ８に進む。

【００２１】ノズル掛け１２から外された給油ノズル９
は燃料タンクに挿入され、給油ノズル９の蒸気吸引口１
８から燃料タンク内の油蒸気が吸気される。吸気された
油蒸気は電熱ヒータ２５で加熱された状態のガス感応膜
２４に達し、該ガス感応膜２４には油蒸気によってその
油種に応じた素子抵抗値を生ずる。ステップＳ８では、
ガス感応膜２４に生ずる素子抵抗値の変化量を検出し、
ステップＳ９においては、検出した変化量と、予め制御
部１５内部のメモリに記憶された所定変化量とを比較
し、検出した変化量が所定変化量以上の場合にはガソリ
ン、また、検出した変化量が所定変化量より小さい場合
には軽油として検出し、その検出した油液の油種と給油
ノズル９から給油される油液の油種とが一致するか否か
を判定する。

【００２２】ステップＳ９で、検出した油液の油種と給
油ノズル９から給油される油液の油種とが一致しない場
合には、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０で吸気
チューブ１７内の油蒸気を排出するべく、吸気・排気ポ
ンプ１９の吸気動作を排気動作に切り換え、ステップＳ
１１で給油ポンプ２の駆動を禁止した後、ステップＳ１
２で給油ノズル９から給油しようとする油液の油種と燃
料タンク内に残存する油液の油種とが異なることを表示
器１４に表示する。そして、ステップＳ１３において、
給油ノズル９がノズル掛け１２に戻ったか否かをノズル
スイッチ１３がオフになったか否かにより検出してオフ
になったときに後述するステップＳ１９に進む。一方、
ステップＳ９で、検出した油液の油種と給油ノズル９か
ら給油される油液の油種とが一致する場合には、ステッ
プＳ１４に進み、ステップＳ１４で吸気チューブ１７内
の油蒸気を排出するべく、吸気・排気ポンプ１９の吸気
動作を排気動作に切り換え、ステップＳ１５で給油ポン
プ２を駆動して、ステップＳ１６の給油処理で顧客が所
望する量の油液を給油する。

【００２３】そして、給油を行う燃料タンクに対しての
給油作業が終了したか否か、すなわち給油ノズル９がノ
ズル掛け１２に戻ったか否かを、ステップＳ１７でノズ
ルスイッチ１３がオフになったか否かにより検出してオ
フになったときにステップＳ１８に進み、ステップＳ１
８で給油ポンプ２を停止した後にステップＳ１９に進
む。ステップＳ１９では、制御部１５に設けられた内部
タイマをリセットスタートさせ、時間計測を開始してか
らステップＳ２０に進み、ステップＳ２０では、計測時
間と制御部１５のメモリ内に予め記憶された所定時間と
を比較し、計測時間が所定時間となったときにステップ
Ｓ２１に進む。ステップＳ２１では、吸気・排気ポンプ
１９の排気動作を停止し、次回の給油に備えるべくステ
ップＳ２に戻る。なお、所定時間は、次回の給油に際し
て燃料タンク内の油液の油種を検出するときに、ガス感
応膜２４の素子抵抗値の変化量を正確に検出するため
に、今回の給油の油種検出の際の油蒸気を完全に吸気チ
ューブ１７内から排出するための最短の時間として約６
０秒が設定されている。

【００２４】以上に述べたように、本実施例のガスセン
サ２０によれば、ガス感応膜２４を加熱するための電熱
ヒータ２５の上流側、下流側に位置する感温抵抗体２
６，２７の気体の移動による温度変化を検知することに
より気体の流速を検知でき、よって、一つの電熱ヒータ
２５で、油蒸気濃度検知用の発熱体と流速検知用の発熱
体とを共用することができる。したがって、流量検知セ
ンサとガス濃度検知センサとを別々に設ける場合に比し
て、コストを、少なくとも発熱ヒータ一つ分低減するこ
とができるとともに、ガスセンサ全体の大きさを、少な
くとも発熱ヒータ一つ分小さくできる。

【００２５】また、このようなガスセンサ２０を給油装
置に適用した場合、すなわち、給油ノズル９の略先端に
一側が開口するとともに他側が吸気・排気ポンプ１９に
接続されてなる、吸気流路としての吸気チューブ１７の
途中、詳しくは給油ノズル９内部における吸気チューブ
１７の経路途中位置に、ガスセンサ２０を設けた場合に
は、吸気・排気ポンプ１９の吸気能力が何等かの理由で
低下した場合に、これを検知することができるため、吸
気能力の低下で油蒸気濃度の検知に誤検知を起こして
も、油液の吐出を規制し、誤給油を防止することができ
る。加えて小型化が可能となることにより給油ノズル９
に取り付けることができ、蒸気吸引口１８との距離を短
くできるため、油種検知時間の短縮が図れる。

【００２６】なお、本実施例においては、油蒸気の流速
及び濃度を検知するものを例にとり説明したが、勿論、
他の種々のガスの流速及び濃度の検出に適用できる。ま
た、本実施例においては、ガス感応膜２４による油種の
検出の前に吸気チューブ１７内の流速を検出したが、こ
れに限ることなく、吸気・排気ポンプ１９が吸気動作し
ている間は、吸気チューブ１７内の流速を検出し、一定
流速以下か否かを監視し続け、一定流速以下である場合
には吸気・排気ポンプ１９を排気動作させる構成として
も良い。このような構成によれば、吸気・排気ポンプ１
９が吸気動作しているときに作業者が誤って満タンの車
両タンクに給油ノズル９を挿入してしまった場合でも、
蒸気吸引口１８が油液により塞がれると吸気チューブ１
７内の流速が低くなり、蒸気吸引口１８を塞いだ油液が
ガスセンサ２０まで導入される前に、吸気・排気ポンプ
１９を排気動作させるので、油液がガスセンサ２０まで
導入されず、ガスセンサ２０が油液によって壊れること
がなくなる。さらに、本実施例においては、気体の流速
に応じて気体中の熱が流路の下流側に移動していくこと
に着目して、電熱ヒータ２５の両側に感温抵抗体２６，
２７を配置して、気体の流れにより温度が低下する上流
側の感温抵抗体２６と電熱ヒータ２５により加熱された
気体の移動により温度が上昇する下流側の感温抵抗体２
７との温度差を抵抗値の差として検出し、これを電圧出
力に変換して気体の流速を検知するようにしたが、これ
に限ることなく、所定位置における電熱ヒータ２５によ
り加熱された気体の移動により変化する温度を検出でき
る構成であれば、電熱ヒータ２５の下流側に一つの感温
抵抗体を設ける構成や、電熱ヒータ２５の熱の影響を受
ける上流側の位置に一つの感温抵抗体を設ける構成とし
てもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスセン
サによれば、ガス感応膜により気体の蒸気濃度を検出す
るとともに、ガス感応膜を加熱するための発熱体により
該発熱体近傍の気体を加熱し、発熱体の両外端部に設け
られた感温体で、加熱された気体の移動に伴う温度変化
を検出することにより気体の流量を検出する。よって、
ガス濃度検知用の発熱体とガス流速検知用の発熱体とを
共用することになる。したがって、ガス濃度及びガス流
速を検知するためのコストの増加を最小限に抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガスセンサを適用した
給油装置の全体図である。

【図２】本発明の一実施例によるガスセンサの斜視図で
ある。

【図３】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図４】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図５】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図６】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図７】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図８】本発明の一実施例によるガスセンサの製造工程
を示す図２におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。

【図９】本発明の一実施例によるガスセンサを適用した
給油装置の制御部による制御内容を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

２４ガス感応膜２５電熱ヒータ（発熱体）２６感温抵抗体（感温体）２７感温抵抗体（感温体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体の流路途中に設けられるガスセンサ
であって、一の半導体基板の表面に、気体に含有される
所定ガスに表面がさらされることにより内部の電気的性
質が変化するガス感応膜と、該ガス感応膜の電気的性質
の変化を検出するために前記ガス感応膜に接して設けら
れる電極と、前記ガス感応膜の電気的性質の変化を促進
するために前記ガス感応膜を加熱する発熱体と、気体の
温度変化を検知するため該発熱体の近傍に位置する感温
体とを形成してなることを特徴とするガスセンサ。