JPH09269308A - 熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置 - Google Patents
熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置Info
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- JPH09269308A JPH09269308A JP8020396A JP8020396A JPH09269308A JP H09269308 A JPH09269308 A JP H09269308A JP 8020396 A JP8020396 A JP 8020396A JP 8020396 A JP8020396 A JP 8020396A JP H09269308 A JPH09269308 A JP H09269308A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱線型半導体式ガス検知素子の体積を小さく
形成する場合に、効率よく消費電力の抑制を達成させ易
くする技術を提供すること。 【解決手段】 貴金属線コイル２を覆って酸化スズを主
成分とする半導体から形成される感応部３を設けてある
熱線型半導体式ガス検知素子であって、前記感応部３
を、その長径が短径の１．５倍以下で、かつ、体積が
８．２×１０-3ｍｍ3以下に形成し、前記貴金属線コイ
ル２のコイル部２ａから前記感応部３の外表面までの距
離を５０μｍ以下に形成してある。
形成する場合に、効率よく消費電力の抑制を達成させ易
くする技術を提供すること。 【解決手段】 貴金属線コイル２を覆って酸化スズを主
成分とする半導体から形成される感応部３を設けてある
熱線型半導体式ガス検知素子であって、前記感応部３
を、その長径が短径の１．５倍以下で、かつ、体積が
８．２×１０-3ｍｍ3以下に形成し、前記貴金属線コイ
ル２のコイル部２ａから前記感応部３の外表面までの距
離を５０μｍ以下に形成してある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、貴金属線コイルを
覆って酸化スズを主成分とする半導体から形成される感
応部を設けてある熱線型半導体式ガス検知素子、及び、
熱線型半導体式ガス検知素子をガス検知回路に組み込む
とともに、そのガス検知回路に電圧を供給する電圧供給
部を設けて、前記熱線型半導体式ガス検知素子からの出
力を検知自在に構成したガス検知装置に関する。
覆って酸化スズを主成分とする半導体から形成される感
応部を設けてある熱線型半導体式ガス検知素子、及び、
熱線型半導体式ガス検知素子をガス検知回路に組み込む
とともに、そのガス検知回路に電圧を供給する電圧供給
部を設けて、前記熱線型半導体式ガス検知素子からの出
力を検知自在に構成したガス検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の熱線型半導体式ガス検知
素子としては、体積が２．１×１０-2ｍｍ3 程度の小さ
なものに形成してあるものが知られており、このような
熱線型半導体式ガス検知素子をガス検知回路に組み込ん
でガス検知装置を構成していた。また、他のガス検知素
子としては、感応部が半導体厚膜からなる半導体厚膜式
ガス検知素子や、感応部が半導体薄膜からなるマイクロ
チップが知られている。
素子としては、体積が２．１×１０-2ｍｍ3 程度の小さ
なものに形成してあるものが知られており、このような
熱線型半導体式ガス検知素子をガス検知回路に組み込ん
でガス検知装置を構成していた。また、他のガス検知素
子としては、感応部が半導体厚膜からなる半導体厚膜式
ガス検知素子や、感応部が半導体薄膜からなるマイクロ
チップが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のガス検
知素子は、体積の小さなものほど、総熱容量が小さく、
小消費電力で作動温度を維持できるという観点から好ま
しいとされている。つまり、半導体厚膜よりも、半導体
薄膜のほうが消費電力が小さいという点では好ましいの
である。しかし、マイクロチップのようにガス検知素子
の体積を小さく形成するにしても、その消費電力を低下
させることはできても、たとえば大気中のオゾンに高感
度であるなどの原因から、他のガス検知素子に比べて、
出力が干渉ガスによって不安定になったり、長期安定性
に乏しくなるという問題点があった。また、それにとも
ない、メタンや、一酸化炭素のような検知を必要とされ
るガスを検知できないのが現状であった。
知素子は、体積の小さなものほど、総熱容量が小さく、
小消費電力で作動温度を維持できるという観点から好ま
しいとされている。つまり、半導体厚膜よりも、半導体
薄膜のほうが消費電力が小さいという点では好ましいの
である。しかし、マイクロチップのようにガス検知素子
の体積を小さく形成するにしても、その消費電力を低下
させることはできても、たとえば大気中のオゾンに高感
度であるなどの原因から、他のガス検知素子に比べて、
出力が干渉ガスによって不安定になったり、長期安定性
に乏しくなるという問題点があった。また、それにとも
ない、メタンや、一酸化炭素のような検知を必要とされ
るガスを検知できないのが現状であった。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、消費電力が小さく、かつ、干渉ガスに対する出力安
定性や、長期安定性に優れたガス検知素子、あるいは、
これに加えて応答速度の速いガス検知素子を提供するこ
とにある。またさらに本発明の目的は、そのような熱線
型半導体式ガス検知素子が小電力であることから利用容
易なガス検知装置を提供することにもある。
み、消費電力が小さく、かつ、干渉ガスに対する出力安
定性や、長期安定性に優れたガス検知素子、あるいは、
これに加えて応答速度の速いガス検知素子を提供するこ
とにある。またさらに本発明の目的は、そのような熱線
型半導体式ガス検知素子が小電力であることから利用容
易なガス検知装置を提供することにもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、体積が
６．５×１０-5ｍｍ3 以上８．２×１０-3ｍｍ3 以下の
熱線型半導体式ガス検知素子に通電した場合の消費電力
や、応答速度は、貴金属線コイルのコイル部から、その
熱線型半導体式ガス検知素子の感応部外表面までの距離
に大きく依存しているという新知見を得た。また、前記
熱線型半導体式ガス検知素子の感応部外表面までの距離
は、５０μｍ以下（０μｍ、つまり金属線コイルのコイ
ル部が感応部外表面に位置する場合も含む）である場合
に、特に応答速度を高くできるという新知見を得てい
る。本発明はこれらの新知見に基づき成されたものであ
る。
６．５×１０-5ｍｍ3 以上８．２×１０-3ｍｍ3 以下の
熱線型半導体式ガス検知素子に通電した場合の消費電力
や、応答速度は、貴金属線コイルのコイル部から、その
熱線型半導体式ガス検知素子の感応部外表面までの距離
に大きく依存しているという新知見を得た。また、前記
熱線型半導体式ガス検知素子の感応部外表面までの距離
は、５０μｍ以下（０μｍ、つまり金属線コイルのコイ
ル部が感応部外表面に位置する場合も含む）である場合
に、特に応答速度を高くできるという新知見を得てい
る。本発明はこれらの新知見に基づき成されたものであ
る。
【０００６】〔構成１〕図１を参照して説明すれば、上
記目的を達成するための本発明の熱線型半導体式ガス検
知素子の特徴構成は、貴金属線コイル２を覆って酸化ス
ズを主成分とする半導体から形成される感応部３を設け
てある熱線型半導体式ガス検知素子において、前記感応
部３を、その長径ｄ２が短径ｄ３の１．５倍以下で、か
つ、体積が６．５×１０-5ｍｍ3 以上８．２×１０-3ｍ
ｍ3 以下に形成し、前記貴金属線コイル２のコイル部２
ａから前記感応部３外表面までの距離を５０μｍ以下に
形成してあることにあり、二次粒子径が平均０．３μｍ
以上０．８μｍ以下の酸化スズを主成分とする半導体を
焼結させて前記感応部３を形成してあることが好まし
い。尚、本発明の特徴構成を説明するのに図面を参照し
たが、本発明は図面に限られるものではない。
記目的を達成するための本発明の熱線型半導体式ガス検
知素子の特徴構成は、貴金属線コイル２を覆って酸化ス
ズを主成分とする半導体から形成される感応部３を設け
てある熱線型半導体式ガス検知素子において、前記感応
部３を、その長径ｄ２が短径ｄ３の１．５倍以下で、か
つ、体積が６．５×１０-5ｍｍ3 以上８．２×１０-3ｍ
ｍ3 以下に形成し、前記貴金属線コイル２のコイル部２
ａから前記感応部３外表面までの距離を５０μｍ以下に
形成してあることにあり、二次粒子径が平均０．３μｍ
以上０．８μｍ以下の酸化スズを主成分とする半導体を
焼結させて前記感応部３を形成してあることが好まし
い。尚、本発明の特徴構成を説明するのに図面を参照し
たが、本発明は図面に限られるものではない。
【０００７】〔作用効果〕つまり、前記感応部の体積が
８．２×１０-3ｍｍ3 以下に形成してあることで、上述
した従来の熱線型半導体式ガス検知素子よりも、さらに
消費電力を低減させられることが分かる。また、先の新
知見に基づけば、前記貴金属線コイルのコイル部から前
記感応部外表面までの距離（以下感応部厚さと称する）
を５０μｍ以下に形成してあることで、さらに低い消費
電力で作動させられ、かつ高い応答性が得られる（例え
ば、体積９．２×１０-4ｍｍ3 、感応部厚さ２０μｍの
ガス検知素子は、体積８．７×１０-2ｍｍ3 、感応部厚
さ１４５μｍ程度の従来のガス検知素子の４０倍の応答
速度を発揮する）。また、このような熱線型半導体式ガ
ス検知素子を形成する場合には、その体積の小ささか
ら、感応部の長径が短径よりも大きくなるなど、表面積
の大きなものとなり、吸・放熱の熱収支の関係等から、
特性の安定した熱線型半導体式ガス検知素子を形成しに
くくなるのに対して、長径を短径の１．５倍以下に制御
しておくことで、特性の安定した熱線型半導体式ガス検
知素子を形成しやすい。尚、前記感応部を形成する半導
体は、二次粒子径が小さいほど感応部と貴金属線コイル
との密着性が良く、ガス検知特性が長期安定性を設定し
やすいと考えられるので、前記感応部を酸化スズを主成
分とする半導体で構成する場合には、二次粒子径が平均
０．８μｍ以下であることが好ましい。ところが、前記
熱線型半導体式ガス検知素子によるガス検知の応答性に
は、前記感応部内へのガス拡散速度が関与しているもの
とかんがえられ、感応部があまりにも緻密である場合に
は、感応部外表面側から、コイル部側へのガス拡散が阻
害され、前記感応部の外表面側と、コイル部側とで検知
すべきガスの濃度が均一になるのに時間を要し、その濃
度差が大きいときには出力が安定しないので、安定した
出力が得られるまでの応答速度が遅くなると予想され
る。そのため、前記二次粒子径としては、平均０．３μ
ｍ以上であることが好ましい。つまり、ガスに対する応
答速度を大幅に向上させることにより、必要以上に長時
間前記感応部を高温に維持することなく、定常状態にお
いてガスを正確に検知することが出来、そのため、前記
感応部の温度を所定温度域に維持するための通電時間
を、必要最小限に抑制するような作動制御を行うことが
出来るようになり、消費電力の抑制に役立てるのに有用
な感応部を形成することが出来るようになった。尚、前
記感応部の温度は、通電により約２ｍ秒で安定させるこ
とができる［バーズ社製 赤外線顕微鏡型温度計 ｍｏ
ｄｅｌ ＲＭ−２Ａ（測定精度２μ秒）により測定］の
に対して、先のガスに対する応答速度は、本発明の熱線
型半導体式ガス検知素子にあっても２００ｍ秒程度であ
り、感応部の熱応答に比べ、極めて長時間を要すること
になり、正確にガス検知を行うための通電時間は前記ガ
スに対する応答速度に大きく依存する。
８．２×１０-3ｍｍ3 以下に形成してあることで、上述
した従来の熱線型半導体式ガス検知素子よりも、さらに
消費電力を低減させられることが分かる。また、先の新
知見に基づけば、前記貴金属線コイルのコイル部から前
記感応部外表面までの距離（以下感応部厚さと称する）
を５０μｍ以下に形成してあることで、さらに低い消費
電力で作動させられ、かつ高い応答性が得られる（例え
ば、体積９．２×１０-4ｍｍ3 、感応部厚さ２０μｍの
ガス検知素子は、体積８．７×１０-2ｍｍ3 、感応部厚
さ１４５μｍ程度の従来のガス検知素子の４０倍の応答
速度を発揮する）。また、このような熱線型半導体式ガ
ス検知素子を形成する場合には、その体積の小ささか
ら、感応部の長径が短径よりも大きくなるなど、表面積
の大きなものとなり、吸・放熱の熱収支の関係等から、
特性の安定した熱線型半導体式ガス検知素子を形成しに
くくなるのに対して、長径を短径の１．５倍以下に制御
しておくことで、特性の安定した熱線型半導体式ガス検
知素子を形成しやすい。尚、前記感応部を形成する半導
体は、二次粒子径が小さいほど感応部と貴金属線コイル
との密着性が良く、ガス検知特性が長期安定性を設定し
やすいと考えられるので、前記感応部を酸化スズを主成
分とする半導体で構成する場合には、二次粒子径が平均
０．８μｍ以下であることが好ましい。ところが、前記
熱線型半導体式ガス検知素子によるガス検知の応答性に
は、前記感応部内へのガス拡散速度が関与しているもの
とかんがえられ、感応部があまりにも緻密である場合に
は、感応部外表面側から、コイル部側へのガス拡散が阻
害され、前記感応部の外表面側と、コイル部側とで検知
すべきガスの濃度が均一になるのに時間を要し、その濃
度差が大きいときには出力が安定しないので、安定した
出力が得られるまでの応答速度が遅くなると予想され
る。そのため、前記二次粒子径としては、平均０．３μ
ｍ以上であることが好ましい。つまり、ガスに対する応
答速度を大幅に向上させることにより、必要以上に長時
間前記感応部を高温に維持することなく、定常状態にお
いてガスを正確に検知することが出来、そのため、前記
感応部の温度を所定温度域に維持するための通電時間
を、必要最小限に抑制するような作動制御を行うことが
出来るようになり、消費電力の抑制に役立てるのに有用
な感応部を形成することが出来るようになった。尚、前
記感応部の温度は、通電により約２ｍ秒で安定させるこ
とができる［バーズ社製 赤外線顕微鏡型温度計 ｍｏ
ｄｅｌ ＲＭ−２Ａ（測定精度２μ秒）により測定］の
に対して、先のガスに対する応答速度は、本発明の熱線
型半導体式ガス検知素子にあっても２００ｍ秒程度であ
り、感応部の熱応答に比べ、極めて長時間を要すること
になり、正確にガス検知を行うための通電時間は前記ガ
スに対する応答速度に大きく依存する。
【０００８】〔構成２〕図２を参照して説明すれば、上
記目的を達成するための本発明のガス検知装置の特徴構
成は、熱線型半導体式ガス検知素子１をガス検知回路に
組み込むとともに、そのガス検知回路に電圧を供給する
電圧供給部４を設けて、前記熱線型半導体式ガス検知素
子からの出力を検知自在に構成したガス検知装置におい
て、熱線型半導体式ガス検知素子１として先の熱線型半
導体式ガス検知素子１を用い、かつ、前記電圧供給部４
を電池によって電力供給可能に構成してある点にあり、
前記ガス検知回路に電力を供給するＯＮ状態と、前記ガ
ス検知回路への電力供給を停止するＯＦＦ状態とを交互
に切り替える回路切替手段６を設けるとともに、前記Ｏ
Ｎ状態の継続時間を１秒以下にするとともに、前記ＯＮ
状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状
態）を１／１０以下に制御する制御装置７を設けてあれ
ば好ましく、また、前記制御装置７の設定は、前記ＯＮ
状態の継続時間を０．５秒以下にするとともに、前記Ｏ
Ｎ状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状
態）を１／４０以下にすることがさらに好ましい。ま
た、前記制御装置７が、前記熱線型半導体式ガス検知素
子１を３５０℃以上５５０℃以下の設定温度に維持制御
可能に構成してあれば好ましい。尚、本発明の特徴構成
を説明するのに図面を参照したが、本発明は図面に限ら
れるものではない。
記目的を達成するための本発明のガス検知装置の特徴構
成は、熱線型半導体式ガス検知素子１をガス検知回路に
組み込むとともに、そのガス検知回路に電圧を供給する
電圧供給部４を設けて、前記熱線型半導体式ガス検知素
子からの出力を検知自在に構成したガス検知装置におい
て、熱線型半導体式ガス検知素子１として先の熱線型半
導体式ガス検知素子１を用い、かつ、前記電圧供給部４
を電池によって電力供給可能に構成してある点にあり、
前記ガス検知回路に電力を供給するＯＮ状態と、前記ガ
ス検知回路への電力供給を停止するＯＦＦ状態とを交互
に切り替える回路切替手段６を設けるとともに、前記Ｏ
Ｎ状態の継続時間を１秒以下にするとともに、前記ＯＮ
状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状
態）を１／１０以下に制御する制御装置７を設けてあれ
ば好ましく、また、前記制御装置７の設定は、前記ＯＮ
状態の継続時間を０．５秒以下にするとともに、前記Ｏ
Ｎ状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状
態）を１／４０以下にすることがさらに好ましい。ま
た、前記制御装置７が、前記熱線型半導体式ガス検知素
子１を３５０℃以上５５０℃以下の設定温度に維持制御
可能に構成してあれば好ましい。尚、本発明の特徴構成
を説明するのに図面を参照したが、本発明は図面に限ら
れるものではない。
【０００９】〔作用効果〕つまり、本発明のガス検知装
置は、先の熱線型半導体式ガス検知素子を備えたもので
あるから、小電力でガス検知容易なものとなり、電池に
よって駆動することができる。また、前記ガス検知回路
に電力を供給するＯＮ状態と、前記ガス検知回路への電
力供給を停止するＯＦＦ状態とを交互に切り替える回路
切替手段を設けると、そのガス検知回路に組み込んだ熱
線型半導体式ガス検知素子に電力を供給する状態と電力
を供給停止する状態とを切り換えることが出来る。その
ため、ＯＮ状態の時に正確なガス検知を行うことが出来
るとともに、ガス検知を行わないときには、前記熱線型
半導体式ガス検知素子に通電せずに電力消費を抑制可能
な構成を実現できる。そして、前記ＯＮ状態の継続時間
を１秒以下にするとともに、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態
との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状態）を１／１０以下
に、さらに好ましくは、前記ＯＮ状態の継続時間を０．
５秒以下にするとともに、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態と
の時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状態）を１／４０以下に
制御する制御装置を設けてあれば、前記熱線型半導体式
ガス検知素子を、長時間ガス検知作動させても、その通
電時間は作動時間の１／１０以下あるいは１／４０以下
にできることになる。そのため、前記熱線型半導体式ガ
ス検知素子を、より一層小電力で作動出来、電池を電源
として作動する場合にも、その電池の寿命を長くするこ
とができる。そのため、長期にわたってそのガス検知装
置を安定して利用できる。そこで、電池を電源とする電
圧供給部を設けて前記ガス検知装置を形成すれば、従来
のガス検知装置のようにコンセントを電源とするガス検
知装置の場合には、設置場所に制約が生じたり、コード
を張り巡らせねばならないなど設置が困難になったりす
る場合も考えられるのに対して、設置場所に制限を受け
にくく、従来利用することの出来なかったような場所で
の利用を図ることが出来、また、ガス検知装置を可搬式
のものに出来、ガス検知装置の設置に要するコストを低
減可能にし、ガス検知装置の利用性を向上させることが
できた。また、上述の切替駆動に加えて、前記制御装置
を、前記熱線型半導体式ガス検知素子を３５０℃以上５
５０℃以下の設定温度に維持制御可能にすれば、妨害ガ
スによる被毒に耐久性を付与することが出来るととも
に、切替駆動に基づき前記感応部は高温に維持されにく
いので、焼結が進行してガス検知特性の変化したものと
なるような不都合を生じにくく、前記感応部の長期安定
性を高めることができる。前記熱線型半導体式ガス検知
素子が安定したガス検知を行えるとともに、前記熱線型
半導体式ガス検知素子自体を劣化しにくい環境に維持し
やすいので、ガス検知装置を長期使用した場合にも熱線
型半導体式ガス検知素子の劣化などに伴う不都合を抑制
できる。
置は、先の熱線型半導体式ガス検知素子を備えたもので
あるから、小電力でガス検知容易なものとなり、電池に
よって駆動することができる。また、前記ガス検知回路
に電力を供給するＯＮ状態と、前記ガス検知回路への電
力供給を停止するＯＦＦ状態とを交互に切り替える回路
切替手段を設けると、そのガス検知回路に組み込んだ熱
線型半導体式ガス検知素子に電力を供給する状態と電力
を供給停止する状態とを切り換えることが出来る。その
ため、ＯＮ状態の時に正確なガス検知を行うことが出来
るとともに、ガス検知を行わないときには、前記熱線型
半導体式ガス検知素子に通電せずに電力消費を抑制可能
な構成を実現できる。そして、前記ＯＮ状態の継続時間
を１秒以下にするとともに、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態
との時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状態）を１／１０以下
に、さらに好ましくは、前記ＯＮ状態の継続時間を０．
５秒以下にするとともに、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態と
の時間比率（ＯＮ状態／ＯＦＦ状態）を１／４０以下に
制御する制御装置を設けてあれば、前記熱線型半導体式
ガス検知素子を、長時間ガス検知作動させても、その通
電時間は作動時間の１／１０以下あるいは１／４０以下
にできることになる。そのため、前記熱線型半導体式ガ
ス検知素子を、より一層小電力で作動出来、電池を電源
として作動する場合にも、その電池の寿命を長くするこ
とができる。そのため、長期にわたってそのガス検知装
置を安定して利用できる。そこで、電池を電源とする電
圧供給部を設けて前記ガス検知装置を形成すれば、従来
のガス検知装置のようにコンセントを電源とするガス検
知装置の場合には、設置場所に制約が生じたり、コード
を張り巡らせねばならないなど設置が困難になったりす
る場合も考えられるのに対して、設置場所に制限を受け
にくく、従来利用することの出来なかったような場所で
の利用を図ることが出来、また、ガス検知装置を可搬式
のものに出来、ガス検知装置の設置に要するコストを低
減可能にし、ガス検知装置の利用性を向上させることが
できた。また、上述の切替駆動に加えて、前記制御装置
を、前記熱線型半導体式ガス検知素子を３５０℃以上５
５０℃以下の設定温度に維持制御可能にすれば、妨害ガ
スによる被毒に耐久性を付与することが出来るととも
に、切替駆動に基づき前記感応部は高温に維持されにく
いので、焼結が進行してガス検知特性の変化したものと
なるような不都合を生じにくく、前記感応部の長期安定
性を高めることができる。前記熱線型半導体式ガス検知
素子が安定したガス検知を行えるとともに、前記熱線型
半導体式ガス検知素子自体を劣化しにくい環境に維持し
やすいので、ガス検知装置を長期使用した場合にも熱線
型半導体式ガス検知素子の劣化などに伴う不都合を抑制
できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図２に示すように、本発明
のガス検知装置は、熱線型半導体式ガス検知素子１をブ
リッジ回路に組み込んで構成してある。前記ガス検知素
子１は、コイル径ｄ１が約８０μｍの白金コイル線２を
覆って、平均二次粒子径が約０．６μｍの酸化スズを主
成分とする半導体を、長径ｄ２が短径ｄ３とほぼ等しい
ほぼ１２０μｍの球形に設けて乾燥したのち、その酸化
スズを主成分とする半導体を６００℃で１時間焼成して
感応部３を形成してある。つまり、前記白金コイル線２
のコイル部２ａから感応部３の外表面までの距離ｄ４は
２０μｍに形成してある。また、前記ガス検知装置に
は、もし電圧印加を持続させ続ければそのガス検知素子
１の最終到達温度を、３５０〜５５０℃にできる電圧を
印加自在な電圧供給装置４、及び、前記ガス検知素子１
を検知回路部５に接続してある。また、前記電圧供給装
置４には、制御規則に従って、前記パルス電圧の電圧印
加（ＯＮ）と、前記パルス電圧の電圧印加停止（ＯＦ
Ｆ）とを、切り替え制御する制御機構６を設け、前記検
知回路部５には、前記パルス電圧の印加に基づくガス検
知素子からの出力を被検知ガスの検知情報（警報音）と
して出力する出力装置（警報装置）８を設けてある。
を図面に基づいて説明する。図２に示すように、本発明
のガス検知装置は、熱線型半導体式ガス検知素子１をブ
リッジ回路に組み込んで構成してある。前記ガス検知素
子１は、コイル径ｄ１が約８０μｍの白金コイル線２を
覆って、平均二次粒子径が約０．６μｍの酸化スズを主
成分とする半導体を、長径ｄ２が短径ｄ３とほぼ等しい
ほぼ１２０μｍの球形に設けて乾燥したのち、その酸化
スズを主成分とする半導体を６００℃で１時間焼成して
感応部３を形成してある。つまり、前記白金コイル線２
のコイル部２ａから感応部３の外表面までの距離ｄ４は
２０μｍに形成してある。また、前記ガス検知装置に
は、もし電圧印加を持続させ続ければそのガス検知素子
１の最終到達温度を、３５０〜５５０℃にできる電圧を
印加自在な電圧供給装置４、及び、前記ガス検知素子１
を検知回路部５に接続してある。また、前記電圧供給装
置４には、制御規則に従って、前記パルス電圧の電圧印
加（ＯＮ）と、前記パルス電圧の電圧印加停止（ＯＦ
Ｆ）とを、切り替え制御する制御機構６を設け、前記検
知回路部５には、前記パルス電圧の印加に基づくガス検
知素子からの出力を被検知ガスの検知情報（警報音）と
して出力する出力装置（警報装置）８を設けてある。
【００１１】このガス検知装置は、例えば以下のような
制御規則に従って、マイコンで切替制御されガス検知に
用いられる。 ◎第一規則：電圧印加される状態の持続時間が（電圧印
加（ＯＮ）持続時間）０．１秒に達したときに、その電
圧印加を停止する。 ◎第二規則：電圧印加を停止された状態の持続時間（電
圧印加停止（ＯＦＦ）持続時間）が前記電圧印加（Ｏ
Ｎ）持続時間の２００倍（２０秒間）に達したときに
（作動時間比（ＯＮ／ＯＦＦ）が１／２００になったと
きに）電圧印加を開始する。
制御規則に従って、マイコンで切替制御されガス検知に
用いられる。 ◎第一規則：電圧印加される状態の持続時間が（電圧印
加（ＯＮ）持続時間）０．１秒に達したときに、その電
圧印加を停止する。 ◎第二規則：電圧印加を停止された状態の持続時間（電
圧印加停止（ＯＦＦ）持続時間）が前記電圧印加（Ｏ
Ｎ）持続時間の２００倍（２０秒間）に達したときに
（作動時間比（ＯＮ／ＯＦＦ）が１／２００になったと
きに）電圧印加を開始する。
【００１２】つまり、第一、第二規則に従って制御する
と、前記ガス検知素子１には、パルス電圧が印加される
ことになり、そのため、ほぼ２０秒あたり０．１秒通電
する動作を繰り返すことによって、前記ガス検知素子１
を所定温度に維持しつつ、前記ガス検知素子１の抵抗値
の変化に基づく出力を得ると、そのガス検知素子１に接
触している可燃性ガス濃度を測定することが出来る。
と、前記ガス検知素子１には、パルス電圧が印加される
ことになり、そのため、ほぼ２０秒あたり０．１秒通電
する動作を繰り返すことによって、前記ガス検知素子１
を所定温度に維持しつつ、前記ガス検知素子１の抵抗値
の変化に基づく出力を得ると、そのガス検知素子１に接
触している可燃性ガス濃度を測定することが出来る。
【００１３】この様な切替制御を行うと、前記所定温度
が５００℃のとき、前記ガス検知素子１の消費電力は２
５０μＷと極めて低く設定でき、例えば単一電池２本を
直列に配し駆動電力を供給した場合に、約５年間ガス検
知を行える構成が得られる。
が５００℃のとき、前記ガス検知素子１の消費電力は２
５０μＷと極めて低く設定でき、例えば単一電池２本を
直列に配し駆動電力を供給した場合に、約５年間ガス検
知を行える構成が得られる。
【００１４】
＜１＞ 前記ガス検知素子１でガス検知したときの応答
特性を図３実線に示す。尚、図中破線は、上述と同様の
工程で製作した従来のガス検知素子によってガス検知し
たときの応答特性であり、この従来のガス検知素子は、
ほぼ５５０μｍの球形であり、白金コイル線２のコイル
部２ａから感応部３の外表面までの距離ｄ４は１４５μ
ｍに形成してある。図３より、本発明のガス検知素子１
は各可燃性ガスに対して素早く応答して安定した出力を
示すことがわかる。
特性を図３実線に示す。尚、図中破線は、上述と同様の
工程で製作した従来のガス検知素子によってガス検知し
たときの応答特性であり、この従来のガス検知素子は、
ほぼ５５０μｍの球形であり、白金コイル線２のコイル
部２ａから感応部３の外表面までの距離ｄ４は１４５μ
ｍに形成してある。図３より、本発明のガス検知素子１
は各可燃性ガスに対して素早く応答して安定した出力を
示すことがわかる。
【００１５】＜２＞ 次に、前記ガス検知素子１の白金
コイル線２の外径寸法や、感応部３の外径寸法を種々に
変更して、前記白金コイル線２の外径から感応部３の外
表面までの距離ｄ４と、そのガス検知素子の応答速度と
の関係を調べたところ表１のようになった。尚、表中の
数値は従来のガス検知素子の応答速度を１とした比応答
速度である。
コイル線２の外径寸法や、感応部３の外径寸法を種々に
変更して、前記白金コイル線２の外径から感応部３の外
表面までの距離ｄ４と、そのガス検知素子の応答速度と
の関係を調べたところ表１のようになった。尚、表中の
数値は従来のガス検知素子の応答速度を１とした比応答
速度である。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１より白金コイル線２の外径寸法につい
ても、前記白金コイル線２の外径から感応部３の外表面
までの距離ｄ４についても、全体としてガス検知素子１
を小さくする構成が好ましく、応答速度の改善に大きく
役立っていることがわかり、例えば、距離ｄ４＝５０μ
ｍ、コイル外径ｄ１＝１４５μｍのもので従来のもの
（距離ｄ４＝１４５μｍ、コイル外径ｄ１＝２６０μｍ
のもの）の１０倍の応答速度が得られている。ここで、
ガス検知素子の応答速度について考察すると、ガス検知
出力は、主に白金コイル線２近傍での検知ガスと、半導
体との反応に基づいて得られるため、応答速度は、検知
ガスがガス検知素子表面から白金コイル線２近傍に達す
るまでの時間に依存するものと言える。また、検知ガス
は感応部３を拡散して白金コイル線２近傍に達するわけ
であるから、前記ガス検知素子内で均一な反応が起きる
条件（濃度が平衡状態）になって初めて安定した出力を
生じるものといえ、つまり、前記応答速度は、検知ガス
の拡散時間に大きく寄与する感応部厚さに依存すると言
える。本発明のガス検知素子は、小体積でかつ感応部厚
さが薄いので、ガス検知素子内（特に白金コイル線近
傍）に達する検知ガス濃度が平衡濃度になるまでに要す
る時間が短くてすみ、従来のガス検知素子では体積が大
きいために、ガス検知出力が一定になるまで長時間要し
ていたのに比較して、応答速度を高めることが出来たの
である。尚、本発明において、コイル部２ａから感応部
３の外表面までの距離ｄ４を５０μｍ以下としてあるの
は、従来のガス検知素子の応答速度の１０倍以上の応答
速度を得られていることによるものであって、最小条件
を考えれば、白金コイル線２が前記感応部３の外表面に
露出している（平均距離が０μｍ）状況を含む。
ても、前記白金コイル線２の外径から感応部３の外表面
までの距離ｄ４についても、全体としてガス検知素子１
を小さくする構成が好ましく、応答速度の改善に大きく
役立っていることがわかり、例えば、距離ｄ４＝５０μ
ｍ、コイル外径ｄ１＝１４５μｍのもので従来のもの
（距離ｄ４＝１４５μｍ、コイル外径ｄ１＝２６０μｍ
のもの）の１０倍の応答速度が得られている。ここで、
ガス検知素子の応答速度について考察すると、ガス検知
出力は、主に白金コイル線２近傍での検知ガスと、半導
体との反応に基づいて得られるため、応答速度は、検知
ガスがガス検知素子表面から白金コイル線２近傍に達す
るまでの時間に依存するものと言える。また、検知ガス
は感応部３を拡散して白金コイル線２近傍に達するわけ
であるから、前記ガス検知素子内で均一な反応が起きる
条件（濃度が平衡状態）になって初めて安定した出力を
生じるものといえ、つまり、前記応答速度は、検知ガス
の拡散時間に大きく寄与する感応部厚さに依存すると言
える。本発明のガス検知素子は、小体積でかつ感応部厚
さが薄いので、ガス検知素子内（特に白金コイル線近
傍）に達する検知ガス濃度が平衡濃度になるまでに要す
る時間が短くてすみ、従来のガス検知素子では体積が大
きいために、ガス検知出力が一定になるまで長時間要し
ていたのに比較して、応答速度を高めることが出来たの
である。尚、本発明において、コイル部２ａから感応部
３の外表面までの距離ｄ４を５０μｍ以下としてあるの
は、従来のガス検知素子の応答速度の１０倍以上の応答
速度を得られていることによるものであって、最小条件
を考えれば、白金コイル線２が前記感応部３の外表面に
露出している（平均距離が０μｍ）状況を含む。
【００１８】＜３＞ また、前記感応部３を構成する酸
化スズを主成分とする半導体の平均二次粒子径と、その
ガス検知素子のガス感度（出力）の経時安定性との関係
を調べたところ、図４のようになった。図４より、感応
部３を構成する粒子の平均二次粒子径が小さいほど粒子
と、白金コイル線との接着性が良くなり、長期的な安定
性が得られるものと考えられ、ほぼ０．３〜０．８μｍ
の範囲であれば、前記粒子の製造容易性及び出力安定
性、十分な応答速度を兼ね備えるので、実用的に好まし
い。
化スズを主成分とする半導体の平均二次粒子径と、その
ガス検知素子のガス感度（出力）の経時安定性との関係
を調べたところ、図４のようになった。図４より、感応
部３を構成する粒子の平均二次粒子径が小さいほど粒子
と、白金コイル線との接着性が良くなり、長期的な安定
性が得られるものと考えられ、ほぼ０．３〜０．８μｍ
の範囲であれば、前記粒子の製造容易性及び出力安定
性、十分な応答速度を兼ね備えるので、実用的に好まし
い。
【００１９】＜４＞ さらに、このガス検知素子が可燃
性ガスを検知する場合の前記感応部３の被毒試験を行っ
た。まず、先の実施の形態におけるガス検知条件で、ヘ
キサメチルジシロキサンを用いて前記ガス検知素子を被
毒させたときのガス感度（出力）の変化を測定すること
により行ったところ、図５のようになった。図５より、
このガス検知素子は、ヘキサメチルジシロキサンによる
被毒に対しても強い耐性を有することが判明した。次
に、高濃度の水素ガスに対して各ガス検知素子を暴露さ
せ、その暴露を行う前後でのガス検知素子の出力特性の
変化を調べたところ、表２のようになった。尚、表３に
先述の従来のガス検知素子について、出力特性の変化を
同様に調べた結果を合わせて示す。
性ガスを検知する場合の前記感応部３の被毒試験を行っ
た。まず、先の実施の形態におけるガス検知条件で、ヘ
キサメチルジシロキサンを用いて前記ガス検知素子を被
毒させたときのガス感度（出力）の変化を測定すること
により行ったところ、図５のようになった。図５より、
このガス検知素子は、ヘキサメチルジシロキサンによる
被毒に対しても強い耐性を有することが判明した。次
に、高濃度の水素ガスに対して各ガス検知素子を暴露さ
せ、その暴露を行う前後でのガス検知素子の出力特性の
変化を調べたところ、表２のようになった。尚、表３に
先述の従来のガス検知素子について、出力特性の変化を
同様に調べた結果を合わせて示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】表２より、本発明のガス検知素子は、高濃
度のガスに対しても劣化しにくく、安定した出力を得や
すいという特性を有することが分かった。これは、応答
速度が速く、かつ、ガス検知素子自体が高温に維持され
る時間が短く設定されていることとが相乗的に作用した
ことによる。
度のガスに対しても劣化しにくく、安定した出力を得や
すいという特性を有することが分かった。これは、応答
速度が速く、かつ、ガス検知素子自体が高温に維持され
る時間が短く設定されていることとが相乗的に作用した
ことによる。
【００２３】〔別実施形態〕先の実施の形態においては
貴金属線コイルとして白金コイル線２を用いたが、これ
に替えて、白金ロジウム合金線、ジルコニウム安定化白
金線等ガス検知に伴う抵抗値変化を検出可能な貴金属線
のコイルであれば良い。また、前記コイル部から感応部
外表面までの距離ｄ４は、感応部３の外径の短径寸法を
ｄ３、コイル部２ａの径をｄ１として数１で表されるも
のとする。
貴金属線コイルとして白金コイル線２を用いたが、これ
に替えて、白金ロジウム合金線、ジルコニウム安定化白
金線等ガス検知に伴う抵抗値変化を検出可能な貴金属線
のコイルであれば良い。また、前記コイル部から感応部
外表面までの距離ｄ４は、感応部３の外径の短径寸法を
ｄ３、コイル部２ａの径をｄ１として数１で表されるも
のとする。
【００２４】
【数１】ｄ４＝（ｄ３−ｄ１）／２
【図１】本発明の実施の形態におけるガス検知素子の部
分断面斜視図
分断面斜視図
【図２】ガス検知装置の概略図
【図３】本発明の実施例（応答速度試験）を示すグラフ
【図４】本発明の実施例（経時安定性）を示すグラフ
【図５】本発明の実施例（被毒安定性）を示すグラフ
２ 貴金属線コイル ２ａ コイル部 ３ 感応部 ４ 電力供給部 ６ 回路切替手段 ７ 制御装置 ｄ２ 長径 ｄ３ 短径
Claims (6)
- 【請求項１】 貴金属線コイルを覆って酸化スズを主成
分とする半導体から形成される感応部を設けてある熱線
型半導体式ガス検知素子であって、前記感応部を、その
長径が短径の１．５倍以下で、かつ、体積が６．５×１
０-5ｍｍ3 以上８．２×１０-3ｍｍ3 以下に形成し、前
記貴金属線コイルのコイル部から前記感応部外表面まで
の距離を５０μｍ以下に形成してある熱線型半導体式ガ
ス検知素子。 - 【請求項２】 二次粒子径が平均０．３μｍ以上０．８
μｍ以下の酸化スズを主成分とする半導体を焼結させて
前記感応部を形成してある請求項１に記載の熱線型半導
体式ガス検知素子。 - 【請求項３】 熱線型半導体式ガス検知素子をガス検知
回路に組み込むとともに、そのガス検知回路に電圧を供
給する電圧供給部を設けて、前記熱線型半導体式ガス検
知素子からの出力を検知自在に構成したガス検知装置で
あって、熱線型半導体式ガス検知素子として請求項１〜
２の熱線型半導体式ガス検知素子を用い、かつ、前記電
圧供給部を電池によって電力供給可能に構成してあるガ
ス検知装置。 - 【請求項４】 前記ガス検知回路に電力を供給するＯＮ
状態と、前記ガス検知回路への電力供給を停止するＯＦ
Ｆ状態とを交互に切り替える回路切替手段を設けるとと
もに、前記ＯＮ状態の継続時間を１秒以下にするととも
に、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ状態
／ＯＦＦ状態）を１／１０以下に制御する制御装置を設
けた請求項３に記載のガス検知装置。 - 【請求項５】 前記ガス検知回路に電力を供給するＯＮ
状態と、前記ガス検知回路への電力供給を停止するＯＦ
Ｆ状態とを交互に切り替える回路切替手段を設けるとと
もに、前記ＯＮ状態の継続時間を０．５秒以下にすると
ともに、前記ＯＮ状態とＯＦＦ状態との時間比率（ＯＮ
状態／ＯＦＦ状態）を１／４０以下に制御する制御装置
を設けた請求項３〜４のいずれかに記載のガス検知装
置。 - 【請求項６】 前記制御装置が、前記熱線型半導体式ガ
ス検知素子を３５０℃以上５５０℃以下の設定温度に維
持制御可能に構成してある請求項４〜５のいずれかに記
載のガス検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020396A JPH09269308A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020396A JPH09269308A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269308A true JPH09269308A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13711833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8020396A Pending JPH09269308A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 熱線型半導体式ガス検知素子及びガス検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09269308A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001330578A (ja) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知方法及び装置 |
| JP2008051715A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Yoshiharu Nagamatsu | 無線タグ型センサ |
| JP2013130441A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Fis Inc | 半導体ガスセンサ素子、半導体ガスセンサ素子の製造方法、及びガス検出装置 |
| JP2016211896A (ja) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 日本写真印刷株式会社 | 半導体式ガスセンサ、およびこれを備えたガス検知装置 |
-
1996
- 1996-04-02 JP JP8020396A patent/JPH09269308A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001330578A (ja) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知方法及び装置 |
| JP2008051715A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Yoshiharu Nagamatsu | 無線タグ型センサ |
| JP2013130441A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Fis Inc | 半導体ガスセンサ素子、半導体ガスセンサ素子の製造方法、及びガス検出装置 |
| JP2016211896A (ja) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 日本写真印刷株式会社 | 半導体式ガスセンサ、およびこれを備えたガス検知装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040604 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040617 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040810 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20041111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050329 |