JPS593344A

JPS593344A - ガス検出方法

Info

Publication number: JPS593344A
Application number: JP11432882A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 隆司山口; Mitsuji Kira; 満治吉良; Shozaburo Sunahara; 砂原　将三郎
Original assignee: FUIGARO GIKEN KK; Figaro Engineering Inc
Current assignee: FUIGARO GIKEN KK; Figaro Engineering Inc
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1984-01-10
Also published as: JPH0157731B2

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】この発明は自己発熱形のガス検出素子を用いたガス検出
方法の改良に関し、とりわけ高濃度の汚染雰囲気中で用
いた場合の、自己発熱による素子の劣化を防止し得るよ
うにしたガス検出方法に関する。

ここに自己発熱形のガス検出素子とは、Ｎ型金属酸化物
半導体のガス吸着による電気伝導度の変化を用いたガス
検出素子の中で、検出電流による自己発熱が無視し得な
いものを言う。

本発明者らは地下街等でのガス検出について検討を行っ
た。その結果このような環境では、自己発熱形の素子は
徐々に低抵抗化しガスへの警報濃度が低下すること、抵
抗値の減少は水素やアルコール等のガスに対して特に著
しいことを見出した。

このような現象は自己発熱を抑制し、素子の加熱温度を
一定にした素子では生じない。しかし自己発熱形の素子
には多くの特徴がある。この素子は常時は比較的低温に
保たれ、ガスに触れると自己発熱により自動的に昇温°
する。従ってメタンやイソブタンのように高温で検出す
べきガスを、熱的劣化なしで検出できる。例えば５ｎ０
２系のフィガロ技研株式会社製の＋１０９（＋１０９は
商品名）センサの場合、通常の大気中での素子の温度は
３００〜３５０°Ｃであるのに対して、ガス中（メタン
４０００ｐｐｍ）では５５０°Ｃに達する。

つぎに自己発熱形の素子は、高濃度のガス吊で特に出力
が大きくなる。すなわち出力のガス濃度への依存性が高
濃度のガス中で急激に太きぐなる１、という特性がある
。例えば前記の＋１０９センサでは、イソブタンｔ　ｏ
　ｏ　ｏ　ｐｐｍ中での素子の抵抗値は５．９にΩ、４
０００ｐｐｍ中では２．８にΩであルノニ対して１１０
０００ｐｐ中では１．０５にΩになる。この特性は警報
レベルのガス中で素子が最高加熱温度となり、かつその
温度付近でガス中での抵抗温度係数が正となるようにす
ることによって得られる。ガス濃度が警報濃度より大き
くなると、素子の抵抗値は減少し自己発熱量が減少する
。

素子の温度が下がると抵抗温度係数が正のため、素子の
抵抗値は低下し、温度低下と抵抗値の減少との間の正の
フィードバックサイクルが生じる。

このため本来の警報濃度での検出に失販したとしても、
実際に危険が生じるまでには確実に警報が行われること
になる。また自己発熱形の素子はヒータによる加熱が不
均一であっても用いることができる。この理由は不明で
ちるが、長期間の実験を通じて既に確認されている性質
である。このように自己発熱形のガス検出素子には多く
の利点があり、我が国で用いられているガス検出素子の
大部分は自己発熱形のものである。

本発明者らは、地下街等の設置空間で素子が受ける影響
について検討した結果、以下の事実を確認した。

■　素子の低抵抗化は自己発熱形の素子でのみ生ず−る
。

■　低抵抗化が生ずる雰囲気中には多量の水素やアルコ
ールが含まれており、特に水素が多い。

またその濃度は５００　ｐｌ）ｍ以下である。

■　低抵抗化の程度は、雰囲気中の水素濃度と、ガスへ
の接触時間との双゛方で定まり、かつ不可逆な現象であ
る。

■　低抵抗化には自己発熱による昇温か寄与しており、
静浄太気中で印加電圧を増し自己発熱量を人為的に増し
た場合にも生ずる。

結局このような問題は居住空間の汚染が予想外に進行し
たことにより生じたもので、汚染の著しい地下街からま
ず顕在化したものである。すなわち自己発熱形のガス検
出素子は、通常の雰囲気は清浄で自己発熱は小さく、素
子が不必要に過熱される恐れはないという考えを基本的
な設計思想としている。にもかかわらず環境の汚染が予
想外に著しいため素子が常時過熱されるという状況が生
じたのである。本発明はこのような問題の解決を目的と
する。

本発明の方法は、自己発熱形のガス検出素子の電気伝導
度からガス濃度を検出し、所定濃度以上めガスが存在す
る場合には警報し、それ以下の濃度のガスが存在する場
合には一定の遅延時間の経過後素子の温度を低下せしめ
て素子の劣化を防止するようにしたものである。

第１図に実施例についてのフローチャートを示す。実施
例についての数値条件を第１表に示す。

第　　１　　表自己発熱形　　フイガロ技研社製す１０９ガスガス検出
素子　　センサ負荷抵抗　３．５にΩ ヒータ電圧　　１．ＩＶ　　固定ヒータ電ａＥ５３０　
ｗａｔｔｔｏｏｖまたは５０Ｖ自己発熱量　　静浄大気中約１００　ｍ　ｗａｔｔ、ガ
ス中最高７１５ｍｗａｔｔ警報濃度　　メタン４０００１）ｌ；１ｍ　１水素５０
００ｐｐｍ、イソブタン２０００ｐｐｍ、素子抵抗４にΩ以下で警報通常の使用条件（回路電圧（Ｖｃ）を１００■、ヒータ
電圧（’ｌ）を１．１■素子温度は静浄太気中で３００
〜３５０°Ｃ）におかれる。ついで素子の電気伝導度（
Ｃ８）、からガス濃度を検出し、Ｃ８が０．２５　ｍυ
以上で警報を発する。この時のガス濃度はメタンの場合
で４０００ｐｐ”ｓ　イソブタンで２０００ｐＩ）ｍ、
　　水素で５０００１）ｐｍ　にあたり、素子は５５０
°Ｃまで加熱される。ガス濃度が警報濃度以下に低下す
ると、警報を停止する。

素子が警報濃度以下のガスに触れると、すなわちＣ８が
０．０３１ｎｚひ　（Ａレベル）以上で０、１２２　ｍ
心（Ｂレベル）以下となると（これは水素として５０　
ｐｐｍ以上１０００１）ｐｍ以下に当る。）、２分程度
の遅延時間（Ｔ１）の間はそのまま検出を続け、その間
にガス濃度が警報濃度まで達しない場合は、雰囲気の汚
染と判断して、回路電圧を５０Ｖまで低下させ、検出を
停止する。

この場合の自己発熱量は最大で１８０　ｍｗａｔｔ　に
すぎず、素子の温度は３８０°Ｃ以下となる。ついでＩ
Ｏ分程度の時間（Ｔ２）の間、この状態を保った後、通
常の使用条件（Ｖｃ　＝　１００Ｖ）に戻す。

この場合にＢレベルは、環境の汚染度に応じて決定し、
５００ｐｐｍの水素中での電気伝導度よシも太きぐする
。また遅延時間Ｔｌは、素子の温度変化に対する過渡特
性を考慮するものとし、少くとも１０秒以上とする。素
子の温度を下げる時間Ｔ２の間は、検出が停止するので
、長くとも３０分とする。Ｔｌｆ：Ｔ２にくらべてでき
る限り小さくシ、素子の劣化をさける。さらにここでは
Ｖｃを小さくすることにより素子温度を低下させたが、
ＶＣに代えてｖＨを小さくしても良い。また回路を単純
化するためには、ＢレベルをＣレベルと一致させ、さら
にＡレベルを廃止しても良い。

第１図の実施例に対する回路例を第２図に示す。

図において（１）は交流電源（Ａ、Ｃ，１００Ｖ）で、
トランスと平滑回路とを用いて、ヒータ用の交流電源Ｖ
Ｈ（１，ＩＶＡＯ）と制御回路用直流電源（ＶｃＣ，＋
５Ｖ）とを取りだす。交流電源（１）に半波整流回路を
介して直流定電圧回路（２）を接続し、その出力を自己
発熱形のガスセンサ（３）と負荷抵抗（Ｒ１）（８，５
にΩ）の直列片に印加する。なお定電圧回路（２）の出
力は、トランジスタ（Ｔｒｉ）が導通している場合には
ｔ　ｏ　ｏ　ｖ、非導通の場合には５０Ｖになるように
回路定数を決定する。負荷抵抗（Ｒ１）への印加電圧を
３つのコンパレータ（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｃ３）によ
り検出する。コンパレータ（０１）は、警報濃度以上の
ガスが存在するか否かを検出するもので、その出力によ
りブザー（４）を作動させる。コンパレータ（Ｃ２）、
（Ｃ３）は雰囲気の汚染度を検出するためのものである
。コンパレータ（Ｃ２）、（Ｃ３）の出力ヲそれぞれア
ンド素子（５）の入力端子に接続し、その出力をツアー
素子（６）の一方の入力に接続する。ツアー素子（６）
の他の入力端子には、通常の出力がローレベルのツアー
素子（７）を接続する。そしてツアー素子（６）の出力
をオアー素子（８）の入力に接続する。

オアー素子（８）の他の入力端は通常は出力が０のワン
ショットフリップフロップ回路（９）を接続する。

オアー素子（８）の出力端ＳをＦＥＴ　トランジスタ０
ｑＣｔｔタイマー（ＴＩ）にコンパレータ（Ｃ４）を接
続し、コンパレータ（Ｃ４）の′出力側に動作時間が１
０分のＯＲタイマー（Ｔ２）を接続する。

ＯＲタイマー（Ｔ２）にはコンパレータ（Ｃ５）全接続
スル。コンパレータ（０４）　　とコンパレータ（Ｃ５
）の出力をそれぞれナンド素子（ｌυに入力する。また
リセットセットフリップフロップ回路αつのセット入力
にコンパレータ（Ｃ４）の出力を、リセット入力にナン
ド素子０υの出力を接続する。

ツアー素子（７）の入力にコンパレータ（Ｃ５）の出力
とリセットセットフリップフロップ回路αのの出力とを
接続する。またコンパレータ（Ｃ５）の出力をワンショ
ットフリップフロップ回路（９）へ入力し、ツアー素子
（７）の出力を、バッファーα均の出力端（Ｔ）を介し
て、トランジスタ（Ｔｒｉ）　　のベースへ接続する。

乙の回路は次のように動作する。

電源を投入すると、素子（３）のヒータには１．１．１
■の交流電圧が、素子（３）と負荷抵抗（Ｒ１）の直列
片には直流１００Ｖの電圧が加えられる。雰囲気中のガ
ス濃度が警報濃度を越えると、コンパレ−タ（Ｃ１）に
よりブザー（４）が動作する。雰囲気が汚染されており
、コンパレータ（０２）寂よびコンパレータ（Ｃ３）で
定まる濃度の間にある時はアンド素子（５）の出力がハ
イレベルとなり、ツアー素子（６）の出力がローレベル
となる。これによυオアー素子（８）の出力もローレベ
ルとなり、ＦＥＴαｑが非導通状態になり、ＯＲタイマ
ー（Ｔｌ）が動作しはじめる。ＯＲタイマー（ＴＩ）が
充電するト、コンパレータ（０４）の出力が・・イソベ
ルとなシ、リセットセットフリップフロップ回路αつの
出力が０となり、ツアー素子（７）の出力がノ・イソベ
ルに反転し、バッファーα■を介して、トランジスタ（
Ｔｒｉ）　　が非導通状態になる。これによって素子（
３）と負荷抵抗（Ｒ１）への印加電圧は５０ｖ４で低下
する。コンパレータ（Ｃ４）の出力がハイレベルとなる
と、ＯＦ−タイマー（Ｔ２）が作動しはじめ、ＯＲタイ
マー（Ｔ２）の充電後はコンパレータＣ０５）の出力が
ノ・イソベルとなる。

これによってナンド素子０１）の出力がローレベルとな
り、リセットセットプリップフロップ回路（６）がリセ
ットされる。これによって、ツアー素子（７）およびバ
ッファーα葎を介して、トランジスタ（Ｔｒｉ）が再び
導通し、素子（３）と負荷抵抗（Ｒ１）　　とへの印加
電圧は再び１００Ｖとなる。一方コンパレータ（Ｃ５）
の出力がハイレベルとなるとワンショットフリップフロ
ップ回路（９）が動作し、オアー素子（８＞を介してＦ
ＥＴ　トランジスタθＱが導通し、ＯＲタイマー（ＴＩ
）、（Ｔ２）が放電する。このようにして回路の動作状
態は最初のものに戻る。

この実施例による試験結果を以下に示す。試験は５００
　ｐｐｍの水素中で素子を２週間連続して通電した際の
、警報濃度の変化を調べることによって行った。比較例
として、回路電圧をガス濃度によらずｔｏｏｖとした他
は、実施例と同様にしたものを用いた。

結果を第２表に示す。

第　　２　表試験前の警報濃度（ｐＩ）ｍ）メ　　　タ　　ン　　　　　　　　４０００　　　　　
　　４０００水　　　　素　　　　　　５０００　　　
　　５０００イソブタン　　　　２０００　　　２００
０試験後の警報濃度（ｐｐｍ）メ　　　タ　　ン　　　　　　　　４０００　　　　　
　８５００水　　　　素　　　　　　５０００　　　　
　２０００、イソブタン　　　　２０００　　　１５０
０以上に説明したように、この発明の方法によれば汚染
した雰囲気中での使用による自己発熱形のガス検出素子
の劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の方法でのフローチャートを示し、第２
図は第１図の実施例を具体化した回路例を示すものであ
る。（１）・・・交流電源、　　　（２）・・・直流定電回
路、（３）・・・自己発熱形ガス検出素子、（４）・・
・負荷抵抗　　　　（Ｔｉ）、（Ｔ２）・・・タイマー
、（’ｒｒ１）・・・トランジスタ。特許出願人　　フイガロ技研株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｎ型金属酸化物半導体を利用したガス検出素子を
、ヒータ電力と検出電流による自己発熱とにより加熱し
、ガスへの接触時に素子の温度を自動的に昇温させ、か
つ前記ガス検出素子の電気伝導度からガスを検出して警
報するようにした方法において、警報濃度以下のガスの存在を検出した場合に遅延時間を
おいてその後ガス検出素子の温度を所定時間低下せしめ
、低濃度のガスの存在によるガス検出素子の劣化を防止
するようにしたことを特徴とするガス検出方法。