JPH08304318A - ガス検知素子 - Google Patents
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】選択性に優れ、しかも長期間に亘って特性が安
定したガス検知素子を提供するにある。 【構成】アルミナ基板１上にはＳｎＯ2 による二つの素
子片６Ａ，６Ｂを形成し、ＣＨ4 に対する感度を発現さ
せるための触媒として一方の素子片６ＡのＳｎＯ2 には
Ｐｄを例えば３アトッミック％になるように、また他方
の素子片６ＢのＳｎＯ2 にはＰｄを例えば０．５アトッ
ミック％になるように夫々添加して、Ｐｄの添加量が多
い素子片６Ａを検知素子片として形成し、添加量が少な
い素子片６Ｂを補償片素子としている。 【効果】検知素子片と補償素子片の抵抗値変化により検
知対象ガスと、雑ガスとを弁別することができて選択性
に優れ、両素子片に添加している触媒が同じであるた
め、両素子片の経時的劣化は略同じで長期に亘って安定
している。
定したガス検知素子を提供するにある。 【構成】アルミナ基板１上にはＳｎＯ2 による二つの素
子片６Ａ，６Ｂを形成し、ＣＨ4 に対する感度を発現さ
せるための触媒として一方の素子片６ＡのＳｎＯ2 には
Ｐｄを例えば３アトッミック％になるように、また他方
の素子片６ＢのＳｎＯ2 にはＰｄを例えば０．５アトッ
ミック％になるように夫々添加して、Ｐｄの添加量が多
い素子片６Ａを検知素子片として形成し、添加量が少な
い素子片６Ｂを補償片素子としている。 【効果】検知素子片と補償素子片の抵抗値変化により検
知対象ガスと、雑ガスとを弁別することができて選択性
に優れ、両素子片に添加している触媒が同じであるた
め、両素子片の経時的劣化は略同じで長期に亘って安定
している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス検知素子に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｎＯ2 等の金属酸化物の抵抗値がガス
により変化する性質を利用したガス検知素子は広く利用
されているが、特定のガスを選択的に検知することは困
難であることが知られている。例えば特公昭４７−３８
８４０号公報に見られるように金属酸化物にＰｄ，Ｐｔ
等の貴金属触媒を添加し、検知対象ガス感度を改善して
いるものがあるが、選択性を制御するには至っていな
い。
により変化する性質を利用したガス検知素子は広く利用
されているが、特定のガスを選択的に検知することは困
難であることが知られている。例えば特公昭４７−３８
８４０号公報に見られるように金属酸化物にＰｄ，Ｐｔ
等の貴金属触媒を添加し、検知対象ガス感度を改善して
いるものがあるが、選択性を制御するには至っていな
い。
【０００３】特公昭５３−４３３２０号公報に見られる
ものでは、ガス検知素子をガス選択性のある低温と、吸
着したガスを放出するための高温に交互に加熱し、ガス
選択性を持たせているが、高温時にはガス検知ができな
いという問題がある。そこで、二つの金属酸化物からな
る素子片を有し、一方の素子片に検知対象ガスに対する
感度を低減するために貴金属触媒を添加して補償素子片
とし、貴金属触媒を添加しない素子片を検知素子片と
し、両素子片の抵抗値変化に基づいてガス選択性を持た
せたガス検知素子が提案されている（特開昭６１−１４
５４４２号公報参照）。
ものでは、ガス検知素子をガス選択性のある低温と、吸
着したガスを放出するための高温に交互に加熱し、ガス
選択性を持たせているが、高温時にはガス検知ができな
いという問題がある。そこで、二つの金属酸化物からな
る素子片を有し、一方の素子片に検知対象ガスに対する
感度を低減するために貴金属触媒を添加して補償素子片
とし、貴金属触媒を添加しない素子片を検知素子片と
し、両素子片の抵抗値変化に基づいてガス選択性を持た
せたガス検知素子が提案されている（特開昭６１−１４
５４４２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の補償素子片と、
検知素子片とを用いたガス検知素子では、補償素子片に
添加している貴金属触媒の活性が経時的に劣化すると、
検知素子片とのバランスが崩れ、そのためガス選択性や
長期信頼性が低下してしまうという問題があった。
検知素子片とを用いたガス検知素子では、補償素子片に
添加している貴金属触媒の活性が経時的に劣化すると、
検知素子片とのバランスが崩れ、そのためガス選択性や
長期信頼性が低下してしまうという問題があった。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
で、請求項１の発明の目的とするところは、選択性に優
れ、しかも長期間に亘って特性が安定したガス検知素子
を提供するにある。請求項２の発明の目的とするところ
は、請求項１の発明の目的に加えて、補償素子片と検知
素子片の相対的な劣化速度を同じにしてより一層長期に
亘って特性が安定したガス検知素子を提供するにある。
で、請求項１の発明の目的とするところは、選択性に優
れ、しかも長期間に亘って特性が安定したガス検知素子
を提供するにある。請求項２の発明の目的とするところ
は、請求項１の発明の目的に加えて、補償素子片と検知
素子片の相対的な劣化速度を同じにしてより一層長期に
亘って特性が安定したガス検知素子を提供するにある。
【０００６】請求項３の発明の目的とするところは、請
求項１又は２の発明の目的に加えて、メタン（ＣＨ4 ）
に対して優れた選択性を持つガス検知素子を提供するに
ある。請求項４の発明の目的とするところは、請求項１
又は２の発明の目的に加えて、二酸化炭素（ＣＯ2 ）に
対して優れた選択性を持つガス検知素子を提供するにあ
る。
求項１又は２の発明の目的に加えて、メタン（ＣＨ4 ）
に対して優れた選択性を持つガス検知素子を提供するに
ある。請求項４の発明の目的とするところは、請求項１
又は２の発明の目的に加えて、二酸化炭素（ＣＯ2 ）に
対して優れた選択性を持つガス検知素子を提供するにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、金属酸化物の抵抗値変化により
検知対象ガスを検知するガス検知素子において、検知対
象ガスに対して十分な感度を発現する触媒を金属酸化物
に添加して形成された検知素子片と、該検知素子片と同
種の金属酸化物に同種の触媒を添加するとともに、その
添加量を検知素子片に比して検知対象ガスに対する感度
が低く且つ雑ガスに対する感度が略同程度となるように
設定した補償素子片とを備え、検知素子片及び補償素子
片の抵抗値変化を電気信号に変換して出力するものであ
る。
に請求項１の発明では、金属酸化物の抵抗値変化により
検知対象ガスを検知するガス検知素子において、検知対
象ガスに対して十分な感度を発現する触媒を金属酸化物
に添加して形成された検知素子片と、該検知素子片と同
種の金属酸化物に同種の触媒を添加するとともに、その
添加量を検知素子片に比して検知対象ガスに対する感度
が低く且つ雑ガスに対する感度が略同程度となるように
設定した補償素子片とを備え、検知素子片及び補償素子
片の抵抗値変化を電気信号に変換して出力するものであ
る。
【０００８】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、同一基板上に検知素子片及び補償素子片を形成し
たものである。請求項３の発明では、請求項１又は２の
発明において、検知素子片及び補償素子片の金属酸化物
としてＳｎＯ2 を、触媒としてＰｄを用いたものであ
る。請求項４の発明では、請求項１又は２の発明におい
て、検知素子片及び補償素子片の金属酸化物としてＳｎ
Ｏ2 を、触媒としてＬａを用いたものである。
いて、同一基板上に検知素子片及び補償素子片を形成し
たものである。請求項３の発明では、請求項１又は２の
発明において、検知素子片及び補償素子片の金属酸化物
としてＳｎＯ2 を、触媒としてＰｄを用いたものであ
る。請求項４の発明では、請求項１又は２の発明におい
て、検知素子片及び補償素子片の金属酸化物としてＳｎ
Ｏ2 を、触媒としてＬａを用いたものである。
【０００９】
【作用】請求項１の発明によれば、検知素子片と補償素
子片の抵抗値変化により検知対象ガスと、雑ガスとを弁
別することができて選択性に優れ、しかも検知素子片
と、補償素子片に添加している触媒が同じであるため、
両素子片の触媒の劣化速度差が少なく、そのため両素子
片のガス感度の相対的な差は経時変化を殆ど受けること
がなく、その結果長期に亘って安定した特性が得られ
る。
子片の抵抗値変化により検知対象ガスと、雑ガスとを弁
別することができて選択性に優れ、しかも検知素子片
と、補償素子片に添加している触媒が同じであるため、
両素子片の触媒の劣化速度差が少なく、そのため両素子
片のガス感度の相対的な差は経時変化を殆ど受けること
がなく、その結果長期に亘って安定した特性が得られ
る。
【００１０】請求項２の発明によれば、同一基板に検知
素子片と補償素子片とを形成するため、両素子片を同一
温度条件下で動作させることができ、そのため両者の劣
化の速度を略同じにすることができ、そのため両素子片
のガス感度の相対的な差は経時変化を受けることが無く
なり、従ってより一層長期に亘って安定した特性が得ら
れる。
素子片と補償素子片とを形成するため、両素子片を同一
温度条件下で動作させることができ、そのため両者の劣
化の速度を略同じにすることができ、そのため両素子片
のガス感度の相対的な差は経時変化を受けることが無く
なり、従ってより一層長期に亘って安定した特性が得ら
れる。
【００１１】請求項３の発明によれば、メタン（Ｃ
Ｈ4 ）に対して選択性を持ってメタンを高感度に検知す
ることができるガス検知素子を実現できる。請求項４の
発明によれば、二酸化炭素（ＣＯ2 ）に対して選択性を
もって二酸化炭素を高感度に検知することができるガス
検知素子を実現できる。
Ｈ4 ）に対して選択性を持ってメタンを高感度に検知す
ることができるガス検知素子を実現できる。請求項４の
発明によれば、二酸化炭素（ＣＯ2 ）に対して選択性を
もって二酸化炭素を高感度に検知することができるガス
検知素子を実現できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は本発明のガス検知素子の実施例の構
成を示しており、本実施例では厚さ０．３ｍｍで一辺の
長さが２ｍｍの正方形のアルミナ基板１の裏面に図１
（ｂ）に示すようにヒータ用の金電極２Ａ、２Ｂを形成
してこれらの金電極２Ａ、２Ｂ間に図１（ｂ）に示すよ
うに酸化ルテニュームからなるヒータ３を形成し、表面
には２素子分の金電極４Ａ，４Ｂと共通の金電極４Ｃを
図１（ａ）に示すように形成している。金電極４Ｃは各
金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部の凹部内に挿入してい
る電極片を突設するとともに、スルホールにより裏面の
金電極２Ａに電気的に接続してある。また金電極４Ａ、
４Ｂはアルミナ基板１の裏面に形成した金電極２Ｃ、２
Ｄにスルホールにより電気的に接続している。そして各
金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部と金属電極４Ｃの電極
片との間に亘るようにＳｎＯ2 からなる金属酸化物を塗
布焼成する。
する。 （実施例１）図１は本発明のガス検知素子の実施例の構
成を示しており、本実施例では厚さ０．３ｍｍで一辺の
長さが２ｍｍの正方形のアルミナ基板１の裏面に図１
（ｂ）に示すようにヒータ用の金電極２Ａ、２Ｂを形成
してこれらの金電極２Ａ、２Ｂ間に図１（ｂ）に示すよ
うに酸化ルテニュームからなるヒータ３を形成し、表面
には２素子分の金電極４Ａ，４Ｂと共通の金電極４Ｃを
図１（ａ）に示すように形成している。金電極４Ｃは各
金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部の凹部内に挿入してい
る電極片を突設するとともに、スルホールにより裏面の
金電極２Ａに電気的に接続してある。また金電極４Ａ、
４Ｂはアルミナ基板１の裏面に形成した金電極２Ｃ、２
Ｄにスルホールにより電気的に接続している。そして各
金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部と金属電極４Ｃの電極
片との間に亘るようにＳｎＯ2 からなる金属酸化物を塗
布焼成する。
【００１３】ここで金属酸化物を構成するＳｎＯ2 の調
整について説明すると、まずＳｎＣｉ4 の水溶液をＮＨ
3 で加水分解してスズ酸ゾルを得、この得たスズ酸ゾル
を風乾燥後に空気中において例えば５００℃乃至８５０
℃で１時間焼成し、ＳｎＯ2を得る。このＳｎＯ2 に対
してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気
中において１時間熱分解してＰｄを担持させる。ここで
のＰｄの役割は各種ガスに対する素子の応答速度を改善
するためのものであって、加えなくても良い。
整について説明すると、まずＳｎＣｉ4 の水溶液をＮＨ
3 で加水分解してスズ酸ゾルを得、この得たスズ酸ゾル
を風乾燥後に空気中において例えば５００℃乃至８５０
℃で１時間焼成し、ＳｎＯ2を得る。このＳｎＯ2 に対
してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気
中において１時間熱分解してＰｄを担持させる。ここで
のＰｄの役割は各種ガスに対する素子の応答速度を改善
するためのものであって、加えなくても良い。
【００１４】またＰｄの代わりにＰｔ、Ｒｈ、Ａｕ等の
貴金属やＷ、Ｍｏ等の遷移金属を用いることもできる。
而して上述のようにＰｄ或いはそれに代わる金属を担持
させたＳｎＯ2 若しくはこれら金属を担持させないＳｎ
Ｏ2 に骨材として例えば１０００メッシュのアルミナを
等量混合し、更にテルピネオールを加えてペースト状に
した後、アルミナ基板１の金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型
先部と金属電極４Ｃの電極片との間に亘るように略同形
状に塗布し、例えば約７００℃で２時間焼成するのであ
る。
貴金属やＷ、Ｍｏ等の遷移金属を用いることもできる。
而して上述のようにＰｄ或いはそれに代わる金属を担持
させたＳｎＯ2 若しくはこれら金属を担持させないＳｎ
Ｏ2 に骨材として例えば１０００メッシュのアルミナを
等量混合し、更にテルピネオールを加えてペースト状に
した後、アルミナ基板１の金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型
先部と金属電極４Ｃの電極片との間に亘るように略同形
状に塗布し、例えば約７００℃で２時間焼成するのであ
る。
【００１５】この焼成により金電極４Ａ，４Ｂの略コ字
型先部と金属電極４Ｃの電極片との間に亘るように金属
酸化物半導体たるＳｎＯ2 による二つの素子片６Ａ，６
Ｂが図１（ｃ）に示すように同一基板１上に形成される
ことになる。またこの形成後アルミナ基板１の裏面側の
各電極２Ａ〜２Ｄにはリードワイヤー５を夫々接続し
て、これらリードワイヤー５によりヒータ電源接続用端
子及び出力用端子を構成する。
型先部と金属電極４Ｃの電極片との間に亘るように金属
酸化物半導体たるＳｎＯ2 による二つの素子片６Ａ，６
Ｂが図１（ｃ）に示すように同一基板１上に形成される
ことになる。またこの形成後アルミナ基板１の裏面側の
各電極２Ａ〜２Ｄにはリードワイヤー５を夫々接続し
て、これらリードワイヤー５によりヒータ電源接続用端
子及び出力用端子を構成する。
【００１６】ところで本実施例では、検知対象ガスをＣ
Ｈ4 とし、そのＣＨ4 に対して感度を発現させるための
触媒としてＰｄを用い、一方の素子片６ＡにはＳｎＯ2
に対してＰｄが例えば３アトッミック％になるように、
また他方の素子片６ＢにはＳｎＯ2 に対してＰｄが例え
ば０．５アトッミック％になるように硝酸パラジュウム
溶液を夫々滴下し、この滴下後風による乾燥を行った
後、空気中において例えば５００℃で３時間焼成して各
素子片６Ａ，６ＢでＰｄを担持させ、Ｐｄの添加量が多
い素子片６Ａで検知素子片を構成し、添加量が少ない素
子片６Ｂで補償片素子を構成している。
Ｈ4 とし、そのＣＨ4 に対して感度を発現させるための
触媒としてＰｄを用い、一方の素子片６ＡにはＳｎＯ2
に対してＰｄが例えば３アトッミック％になるように、
また他方の素子片６ＢにはＳｎＯ2 に対してＰｄが例え
ば０．５アトッミック％になるように硝酸パラジュウム
溶液を夫々滴下し、この滴下後風による乾燥を行った
後、空気中において例えば５００℃で３時間焼成して各
素子片６Ａ，６ＢでＰｄを担持させ、Ｐｄの添加量が多
い素子片６Ａで検知素子片を構成し、添加量が少ない素
子片６Ｂで補償片素子を構成している。
【００１７】ここでＳｎＯ2 に対するＰｄの添加量とガ
ス感度（空気に対する素子片の抵抗Ｒs air と所定ガス
に対する素子片の抵抗Ｒs gas との比Ｒs air ／Ｒs
gas ）の関係を見ると、ＣＨ4 （１００００ｐｐｍ）に
対するガス感度と添加量との関係は図２の曲線イで示す
ようになり、また雑ガス〔この場合エタノール（１００
００ｐｐｍ）〕に対するガス感度とＰｄの添加量と関係
は曲線ロとなっている。
ス感度（空気に対する素子片の抵抗Ｒs air と所定ガス
に対する素子片の抵抗Ｒs gas との比Ｒs air ／Ｒs
gas ）の関係を見ると、ＣＨ4 （１００００ｐｐｍ）に
対するガス感度と添加量との関係は図２の曲線イで示す
ようになり、また雑ガス〔この場合エタノール（１００
００ｐｐｍ）〕に対するガス感度とＰｄの添加量と関係
は曲線ロとなっている。
【００１８】従って上述の量でＰｄを添加して形成した
本実施例における検知素子片６ＡはＣＨ4 に対しては十
分高い感度を発現することになる。一方補償素子片６Ｂ
はＣＨ4 に対する感度は検知素子片６ＡのＣＨ4 に対す
る感度よりも十分に低くて両者の検知対象ガスに対する
感度には大きな差がある。そして両素子片６Ａ，６Ｂの
エタノールに対する感度は共に略同じとなっている。
本実施例における検知素子片６ＡはＣＨ4 に対しては十
分高い感度を発現することになる。一方補償素子片６Ｂ
はＣＨ4 に対する感度は検知素子片６ＡのＣＨ4 に対す
る感度よりも十分に低くて両者の検知対象ガスに対する
感度には大きな差がある。そして両素子片６Ａ，６Ｂの
エタノールに対する感度は共に略同じとなっている。
【００１９】而して本実施例によれば、両素子片６Ａ，
６Ｂの出力差が無い場合には検知ガスを雑ガスと判断す
ることができ、出力差が大きい場合には検知ガスが本実
施例の検知対象ガスであるＣＨ4 と判断することができ
る。図３は補償素子片６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａ
の抵抗値の比、つまりガス検知素子としてのガス感度
と、ガス濃度の関係を示しており、曲線イに示すように
ＣＨ4 の濃度の増加に対してガス感度は比例して上昇し
ているが、エタノールの濃度の増加に対して曲線ロで示
すようにガス感度は殆ど変化していない。即ち本実施例
はＣＨ4 に対する選択性に優れたガス検知素子を実現し
ていることになる。図４は本実施例を空気中と、ＣＨ4
（１００００ｐｐｍ）中に夫々配置して検知素子片６Ａ
の抵抗値Ｒｓの経時（２００日間の）変化を測定した結
果を示すもので、曲線イで示すように空気中でも、曲線
ロで示すようにＣＨ4 中においても殆ど変化が無い、つ
まり経時的に劣化が殆どが無いことが分かった。また本
実施例では検知素子片６Ａ，補償素子片６Ｂを共通のア
ルミナ基板１上に形成しているため、同一温度条件下で
動作させることができ、そのため仮に両検知素子片６
Ａ，６Ｂの触媒であるＰｄの劣化が起きても、その劣化
の度合いは同じであるため、補償素子片６Ｂの抵抗値
と、検知素子片６Ａの抵抗値の比、つまりガス検知素子
としてのガス感度には変化が生じず、従って長期間に渡
って安定した特性が得られることになる。
６Ｂの出力差が無い場合には検知ガスを雑ガスと判断す
ることができ、出力差が大きい場合には検知ガスが本実
施例の検知対象ガスであるＣＨ4 と判断することができ
る。図３は補償素子片６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａ
の抵抗値の比、つまりガス検知素子としてのガス感度
と、ガス濃度の関係を示しており、曲線イに示すように
ＣＨ4 の濃度の増加に対してガス感度は比例して上昇し
ているが、エタノールの濃度の増加に対して曲線ロで示
すようにガス感度は殆ど変化していない。即ち本実施例
はＣＨ4 に対する選択性に優れたガス検知素子を実現し
ていることになる。図４は本実施例を空気中と、ＣＨ4
（１００００ｐｐｍ）中に夫々配置して検知素子片６Ａ
の抵抗値Ｒｓの経時（２００日間の）変化を測定した結
果を示すもので、曲線イで示すように空気中でも、曲線
ロで示すようにＣＨ4 中においても殆ど変化が無い、つ
まり経時的に劣化が殆どが無いことが分かった。また本
実施例では検知素子片６Ａ，補償素子片６Ｂを共通のア
ルミナ基板１上に形成しているため、同一温度条件下で
動作させることができ、そのため仮に両検知素子片６
Ａ，６Ｂの触媒であるＰｄの劣化が起きても、その劣化
の度合いは同じであるため、補償素子片６Ｂの抵抗値
と、検知素子片６Ａの抵抗値の比、つまりガス検知素子
としてのガス感度には変化が生じず、従って長期間に渡
って安定した特性が得られることになる。
【００２０】尚検知素子片６Ａ、補償素子片６ＢのＳｎ
Ｏ2 に対するＰｄの添加量は検知対象ガスに対する感度
差が十分にとれ、且つ雑ガスに対しては略同程度の感度
を示す量であれば良く、上記実施例の添加量に特に限定
されるものではない。 （実施例２）本実施例は、構造的には図１に示す実施例
１と同じであるが、検知対象ガスをＣＯ2 とし、ＣＯ2
に対して感度を発現するために金属酸化物半導体である
ＳｎＯ2 に添加する触媒をＬａとしている。そしてアル
ミナ基板１上の金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部と金属
電極４Ｃの電極片との間に亘るように金属酸化物半導体
たるＳｎＯ2 を塗布して焼成後、検知素子片６ＡにはＳ
ｎＯ2 に対してＬａを１．５アトミック％になるよう
に、また補償素子片６ＢにはＳｎＯ2 に対してＬａを
０．５アトミック％になるように硝酸ランタン水溶液を
滴下し、この滴下後風による乾燥を行った後、空気中に
おいて例えば５００℃で３時間焼成して各素子片６Ａ，
６ＢでＬａを担持させたものである。
Ｏ2 に対するＰｄの添加量は検知対象ガスに対する感度
差が十分にとれ、且つ雑ガスに対しては略同程度の感度
を示す量であれば良く、上記実施例の添加量に特に限定
されるものではない。 （実施例２）本実施例は、構造的には図１に示す実施例
１と同じであるが、検知対象ガスをＣＯ2 とし、ＣＯ2
に対して感度を発現するために金属酸化物半導体である
ＳｎＯ2 に添加する触媒をＬａとしている。そしてアル
ミナ基板１上の金電極４Ａ，４Ｂの略コ字型先部と金属
電極４Ｃの電極片との間に亘るように金属酸化物半導体
たるＳｎＯ2 を塗布して焼成後、検知素子片６ＡにはＳ
ｎＯ2 に対してＬａを１．５アトミック％になるよう
に、また補償素子片６ＢにはＳｎＯ2 に対してＬａを
０．５アトミック％になるように硝酸ランタン水溶液を
滴下し、この滴下後風による乾燥を行った後、空気中に
おいて例えば５００℃で３時間焼成して各素子片６Ａ，
６ＢでＬａを担持させたものである。
【００２１】ここでＳｎＯ2 に対するＬａの添加量とガ
ス感度（空気中における素子片の抵抗Ｒs air と検知ガ
ス中における素子片の抵抗Ｒs gas との比Ｒs air ／Ｒ
s ga s ）の関係を見ると、ＣＯ2 （４０００ｐｐｍ）に
対するガス感度と添加量の関係は図５の曲線イに示すよ
うになり、また雑ガス〔エタノール（３ｐｐｍ）、ＣＯ
（１０ｐｐｍ）、Ｈ2 （１０ｐｐｍ）〕に対するガス感
度とＬａの添加量との関係は夫々ロ、ハ、ニの各曲線で
示すようになる。
ス感度（空気中における素子片の抵抗Ｒs air と検知ガ
ス中における素子片の抵抗Ｒs gas との比Ｒs air ／Ｒ
s ga s ）の関係を見ると、ＣＯ2 （４０００ｐｐｍ）に
対するガス感度と添加量の関係は図５の曲線イに示すよ
うになり、また雑ガス〔エタノール（３ｐｐｍ）、ＣＯ
（１０ｐｐｍ）、Ｈ2 （１０ｐｐｍ）〕に対するガス感
度とＬａの添加量との関係は夫々ロ、ハ、ニの各曲線で
示すようになる。
【００２２】従って本実施例における検知素子片６Ａに
対するＬａの添加量ではＣＯ2 に対して十分高い感度が
発現することになる。また補償素子片６Ｂに対するＬａ
の添加量ではＣＯ2 に対する感度は検知素子片６ＡのＣ
Ｏ2 に対する感度よりも十分に低くて両者の間には大き
な差がある。そして両素子片６Ａ，６Ｂの各雑ガスに対
する感度は共に略同じとなっている。
対するＬａの添加量ではＣＯ2 に対して十分高い感度が
発現することになる。また補償素子片６Ｂに対するＬａ
の添加量ではＣＯ2 に対する感度は検知素子片６ＡのＣ
Ｏ2 に対する感度よりも十分に低くて両者の間には大き
な差がある。そして両素子片６Ａ，６Ｂの各雑ガスに対
する感度は共に略同じとなっている。
【００２３】而して本実施例によれば、両素子片６Ａ，
６Ｂの出力差が無い場合には検知ガスを雑ガスと判断す
ることができ、出力差が大きい場合には検知ガスが本実
施例の検知対象ガスであるＣＯ2 と判断することができ
る。図６は補償素子片６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａ
の抵抗値の比、つまりガス検知素子としてのガス感度
と、ガス濃度の関係を示しており、曲線イに示すように
ＣＯ2 の濃度の増加に対してガス感度は比例して上昇し
ているが、他の雑ガス（エタノール、ＣＯ、Ｈ2）の濃
度の増加に対してガス感度はロ、ハ、ニの各曲線で示す
ように殆ど変化していない。即ち本実施例はＣＯ2 に対
する選択性に優れたガス検知素子を実現していることに
なる。図７は本実施例を空気中（ＣＯ2 が３５０ｐｐ
ｍ）と、２０００ｐｐｍのＣＯ2 中と、４０００ｐｐｍ
のＣＯ2 中に夫々配置して検知素子片６Ａの抵抗値Ｒｓ
の経時（２００日間の）変化を測定した結果を示すもの
で、曲線イで示す空気中でも、ロ、ハで示す２０００ｐ
ｐｍのＣＯ2 中、４０００ｐｐｍのＣＯ2 中においても
殆ど変化が無いことが分かった。また検知素子片６Ａ，
補償素子片６Ｂを共通のアルミナ基板１上に形成してい
るため、同一温度条件下で動作させることができ、仮に
両検知素子片６Ａ，６Ｂの触媒であるＬａの劣化が起き
ても、その劣化の度合いは同じであるため、補償素子片
６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａの抵抗値の比、つまり
ガス検知素子としてのガス感度には変化が生じず、従っ
て長期間に渡って安定した特性が得られることになる。
６Ｂの出力差が無い場合には検知ガスを雑ガスと判断す
ることができ、出力差が大きい場合には検知ガスが本実
施例の検知対象ガスであるＣＯ2 と判断することができ
る。図６は補償素子片６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａ
の抵抗値の比、つまりガス検知素子としてのガス感度
と、ガス濃度の関係を示しており、曲線イに示すように
ＣＯ2 の濃度の増加に対してガス感度は比例して上昇し
ているが、他の雑ガス（エタノール、ＣＯ、Ｈ2）の濃
度の増加に対してガス感度はロ、ハ、ニの各曲線で示す
ように殆ど変化していない。即ち本実施例はＣＯ2 に対
する選択性に優れたガス検知素子を実現していることに
なる。図７は本実施例を空気中（ＣＯ2 が３５０ｐｐ
ｍ）と、２０００ｐｐｍのＣＯ2 中と、４０００ｐｐｍ
のＣＯ2 中に夫々配置して検知素子片６Ａの抵抗値Ｒｓ
の経時（２００日間の）変化を測定した結果を示すもの
で、曲線イで示す空気中でも、ロ、ハで示す２０００ｐ
ｐｍのＣＯ2 中、４０００ｐｐｍのＣＯ2 中においても
殆ど変化が無いことが分かった。また検知素子片６Ａ，
補償素子片６Ｂを共通のアルミナ基板１上に形成してい
るため、同一温度条件下で動作させることができ、仮に
両検知素子片６Ａ，６Ｂの触媒であるＬａの劣化が起き
ても、その劣化の度合いは同じであるため、補償素子片
６Ｂの抵抗値と、検知素子片６Ａの抵抗値の比、つまり
ガス検知素子としてのガス感度には変化が生じず、従っ
て長期間に渡って安定した特性が得られることになる。
【００２４】尚検知素子片６Ａ、補償素子片６ＢのＳｎ
Ｏ2 に対するＬａの添加量は検知対象ガスに対する感度
差が十分にとれ、且つ雑ガスに対しては略同程度の感度
を示す量であれば良く、上記実施例の添加量に特に限定
されるものではない。図８は、実施例１又は実施例２に
示す本発明のガス検知素子Ｓを用いたガス検知装置の回
路例を示す。
Ｏ2 に対するＬａの添加量は検知対象ガスに対する感度
差が十分にとれ、且つ雑ガスに対しては略同程度の感度
を示す量であれば良く、上記実施例の添加量に特に限定
されるものではない。図８は、実施例１又は実施例２に
示す本発明のガス検知素子Ｓを用いたガス検知装置の回
路例を示す。
【００２５】この装置では、交流電源電圧を一定の直流
電圧Ｖｃｃに定電圧回路１０で変換したのち、この直流
電圧Ｖｃｃを信号処理部１１に印加して電源供給を行
い、また更に一定電圧ＶＨにして本発明のガス検知素子
Ｓのヒータ３に電圧印加を行っている。また直流電圧Ｖ
ｃｃをガス検知素子Ｓの検知素子片６Ａと抵抗Ｒ1 との
直列回路及び補償素子片６Ｂと抵抗Ｒ2 との直列回路に
印加している。
電圧Ｖｃｃに定電圧回路１０で変換したのち、この直流
電圧Ｖｃｃを信号処理部１１に印加して電源供給を行
い、また更に一定電圧ＶＨにして本発明のガス検知素子
Ｓのヒータ３に電圧印加を行っている。また直流電圧Ｖ
ｃｃをガス検知素子Ｓの検知素子片６Ａと抵抗Ｒ1 との
直列回路及び補償素子片６Ｂと抵抗Ｒ2 との直列回路に
印加している。
【００２６】信号処理部１１は検知素子片６Ａと抵抗Ｒ
1 との直列回路及び補償素子片６Ｂと抵抗Ｒ2 との直列
回路の各中点の電圧、つまり各素子片６Ａ，６Ｂの抵抗
値変化に応じた抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両端電圧をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換回路１２Ａ，１２Ｂと、各Ａ／Ｄ変換回
路１２Ａ，１２ＢでＡ／Ｄ変換した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両
端電圧値データを取り込み両電圧値データに基づいて検
知対象ガスをガス検知素子Ｓが検知しているか否かを判
断する演算制御回路１３と、演算制御回路１３が各Ａ／
Ｄ変換回路１２Ａ，１２Ｂの出力を取り込むタイミング
を決めるタイマ１４と、演算制御回路１３が検知対象ガ
ス検知と判断したときに出力する検知出力により動作し
て外部に警報信号を出力する警報制御出力回路１５と、
検知対象ガスの判断を行うための検知素子片６Ａと補償
素子片６Ｂの抵抗値変化に対応した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両
端電圧の関係を判断基準データとして記憶しているメモ
リ１６とを備えており、実際には１チップマイクロコン
ピュータにより構成される。
1 との直列回路及び補償素子片６Ｂと抵抗Ｒ2 との直列
回路の各中点の電圧、つまり各素子片６Ａ，６Ｂの抵抗
値変化に応じた抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両端電圧をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換回路１２Ａ，１２Ｂと、各Ａ／Ｄ変換回
路１２Ａ，１２ＢでＡ／Ｄ変換した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両
端電圧値データを取り込み両電圧値データに基づいて検
知対象ガスをガス検知素子Ｓが検知しているか否かを判
断する演算制御回路１３と、演算制御回路１３が各Ａ／
Ｄ変換回路１２Ａ，１２Ｂの出力を取り込むタイミング
を決めるタイマ１４と、演算制御回路１３が検知対象ガ
ス検知と判断したときに出力する検知出力により動作し
て外部に警報信号を出力する警報制御出力回路１５と、
検知対象ガスの判断を行うための検知素子片６Ａと補償
素子片６Ｂの抵抗値変化に対応した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の両
端電圧の関係を判断基準データとして記憶しているメモ
リ１６とを備えており、実際には１チップマイクロコン
ピュータにより構成される。
【００２７】警報制御出力回路１５の出力信号は外付け
のブザー１７の駆動制御や警報表示用の発光素子ＬＥＤ
の駆動制御等に用いられ、また換気装置等の外部機器の
制御のための接点出力となる。信号処理部３の外付け回
路として設けた温度補償回路１８はＡ／Ｄ変換される抵
抗Ｒ1 、Ｒ2 の両端電圧をガス検知素子Ｓの温度特性に
対応して補正し、温度の影響を無くすためのものであ
る。
のブザー１７の駆動制御や警報表示用の発光素子ＬＥＤ
の駆動制御等に用いられ、また換気装置等の外部機器の
制御のための接点出力となる。信号処理部３の外付け回
路として設けた温度補償回路１８はＡ／Ｄ変換される抵
抗Ｒ1 、Ｒ2 の両端電圧をガス検知素子Ｓの温度特性に
対応して補正し、温度の影響を無くすためのものであ
る。
【００２８】而してガス検知素子Ｓに接続された抵抗Ｒ
1 、抵抗Ｒ2 の両端電圧の差を信号処理部１１の演算制
御回路１３は演算して、その演算結果と予めメモリ１６
に記憶してある判断基準データとを比較して検知対象ガ
スを検知しているか、否かの判断し、検知対象ガスが検
知されていると判断した場合には警報制御出力回路１５
から警報信号を出力させ、ブザー４による警報とＬＥＤ
による表示と、更に外部機器接点出力により外部への報
知を行うのである。
1 、抵抗Ｒ2 の両端電圧の差を信号処理部１１の演算制
御回路１３は演算して、その演算結果と予めメモリ１６
に記憶してある判断基準データとを比較して検知対象ガ
スを検知しているか、否かの判断し、検知対象ガスが検
知されていると判断した場合には警報制御出力回路１５
から警報信号を出力させ、ブザー４による警報とＬＥＤ
による表示と、更に外部機器接点出力により外部への報
知を行うのである。
【００２９】尚メモリ１６に記憶させる判断基準データ
は使用するガス検知素子Ｓの検知対象ガスと触媒添加量
に応じたものとしているのは当然である。ところで上記
各実施例１、２では検知素子片６Ａと補償素子片６Ｂと
は同じアルミ基板１上に形成して使用温度条件を同じに
して経時的な劣化度合いを略同じとなるようにし、両者
の相対感度差を一定に保つことができるようにしている
が、上述したように長期的な劣化が少ないため別々の基
板に素子片６Ａ，６Ｂを形成するようにしても良い。ま
た検知対象ガスは上記実施例に限定されるものではな
く、当然素子片６Ａ，６Ｂに添加する触媒も検知対象ガ
スに応じて適切な金属が選択されるのは言うまでもな
い。また実施例１，２の検知対象ガスに対して実施例と
同様に感度を発現することができる触媒であれば、実施
例１，２のＰｄやＬａに限定されるものではない。同様
に金属酸化物もＳｎＯ2 に特に限定されるものではな
い。
は使用するガス検知素子Ｓの検知対象ガスと触媒添加量
に応じたものとしているのは当然である。ところで上記
各実施例１、２では検知素子片６Ａと補償素子片６Ｂと
は同じアルミ基板１上に形成して使用温度条件を同じに
して経時的な劣化度合いを略同じとなるようにし、両者
の相対感度差を一定に保つことができるようにしている
が、上述したように長期的な劣化が少ないため別々の基
板に素子片６Ａ，６Ｂを形成するようにしても良い。ま
た検知対象ガスは上記実施例に限定されるものではな
く、当然素子片６Ａ，６Ｂに添加する触媒も検知対象ガ
スに応じて適切な金属が選択されるのは言うまでもな
い。また実施例１，２の検知対象ガスに対して実施例と
同様に感度を発現することができる触媒であれば、実施
例１，２のＰｄやＬａに限定されるものではない。同様
に金属酸化物もＳｎＯ2 に特に限定されるものではな
い。
【００３０】
【発明の効果】請求項１の発明は、検知素子片と補償素
子片の抵抗値変化により検知対象ガスと、雑ガスとを弁
別することができて選択性に優れ、しかも検知素子片
と、補償素子片に添加している触媒が同じであるため、
両素子片の触媒の劣化速度差が少なく、そのため両素子
片のガス感度の相対的な差は経時変化を殆ど受けること
がなく、その結果長期に亘って安定した特性が得られて
長期信頼性に優れるという効果がある。
子片の抵抗値変化により検知対象ガスと、雑ガスとを弁
別することができて選択性に優れ、しかも検知素子片
と、補償素子片に添加している触媒が同じであるため、
両素子片の触媒の劣化速度差が少なく、そのため両素子
片のガス感度の相対的な差は経時変化を殆ど受けること
がなく、その結果長期に亘って安定した特性が得られて
長期信頼性に優れるという効果がある。
【００３１】請求項２の発明は、同一基板に検知素子片
と補償素子片とを形成するため、両素子片を同一温度条
件下で動作させることができ、そのため両者の劣化の速
度を略同じにすることができ、そのため両素子片のガス
感度の相対的な差は経時変化を受けることが無くなり、
従ってより一層長期に亘って安定した特性が得られると
いう効果がある。
と補償素子片とを形成するため、両素子片を同一温度条
件下で動作させることができ、そのため両者の劣化の速
度を略同じにすることができ、そのため両素子片のガス
感度の相対的な差は経時変化を受けることが無くなり、
従ってより一層長期に亘って安定した特性が得られると
いう効果がある。
【００３２】請求項３の発明は、メタン（ＣＨ4 ）に対
して選択性を持ってメタンを高感度に検知することがで
きるガス検知素子を実現できる。請求項４の発明は、二
酸化炭素（ＣＯ2 ）に対して選択性をもって二酸化炭素
を高感度に検知することができるガス検知素子を実現で
きる。
して選択性を持ってメタンを高感度に検知することがで
きるガス検知素子を実現できる。請求項４の発明は、二
酸化炭素（ＣＯ2 ）に対して選択性をもって二酸化炭素
を高感度に検知することができるガス検知素子を実現で
きる。
【図１】（ａ）は本発明の実施例１の素子片形成前のア
ルミナ基板の表面図である。（ｂ）は同上のアルミナ基
板の裏面図である。（ｃ）は同上の素子片形成後のアル
ミナ基板の表面図である。
ルミナ基板の表面図である。（ｂ）は同上のアルミナ基
板の裏面図である。（ｃ）は同上の素子片形成後のアル
ミナ基板の表面図である。
【図２】同上の検知対象ガス及び雑ガスに対するガス感
度と、Ｐｄ添加量との関係説明図である。
度と、Ｐｄ添加量との関係説明図である。
【図３】同上の検知対象ガス及び雑ガスの濃度とガス感
度との関係説明図である。
度との関係説明図である。
【図４】同上の空気中及び検知対象ガス中における経時
変化の測定結果図である。
変化の測定結果図である。
【図５】本発明の実施例２の検知対象ガス及び雑ガスに
対するガス感度と、Ｌａ添加量との関係説明図である。
対するガス感度と、Ｌａ添加量との関係説明図である。
【図６】同上の検知対象ガス及び雑ガスの濃度とガス感
度との関係説明図である。
度との関係説明図である。
【図７】同上の空気中及び検知対象ガス中における経時
変化の測定結果図である。
変化の測定結果図である。
【図８】本発明ガス検知素子を用いたガス検知装置の回
路構成図である。
路構成図である。
１ アルミナ基板 ２Ａ〜２Ｃ 金電極 ３ ヒータ ４Ａ〜４Ｃ 金電極 ５ リードワイヤー ６Ａ 検知素子片 ６Ｂ 補償素子片
Claims (4)
- 【請求項１】金属酸化物の抵抗値変化により検知対象ガ
スを検知するガス検知素子において、検知対象ガスに対
して十分な感度を発現する触媒を金属酸化物に添加して
形成された検知素子片と、該検知素子片と同種の金属酸
化物に同種の触媒を添加するとともに、その添加量を検
知素子片に比して検知対象ガスに対する感度が低く且つ
雑ガスに対する感度が略同程度となるように設定した補
償素子片とを備え、検知素子片及び補償素子片の抵抗値
変化を電気信号に変換して出力することを特徴とするガ
ス検知素子。 - 【請求項２】同一基板上に検知素子片及び補償素子片を
形成したことを特徴とする請求項１記載のガス検知素
子。 - 【請求項３】検知素子片及び補償素子片の金属酸化物と
してＳｎＯ2 を、触媒としてＰｄを用いたことを特徴と
する請求項１又は２記載のガス検知素子。 - 【請求項４】検知素子片及び補償素子片の金属酸化物と
してＳｎＯ2 を、触媒としてＬａを用いたことを特徴と
する請求項１又は２記載のガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10960695A JPH08304318A (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10960695A JPH08304318A (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ガス検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304318A true JPH08304318A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14514555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10960695A Pending JPH08304318A (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08304318A (ja) |
-
1995
- 1995-05-08 JP JP10960695A patent/JPH08304318A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |