JPS6123789Y2

JPS6123789Y2 -

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Publication number: JPS6123789Y2
Application number: JP8766079U
Authority: JP
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1986-07-16
Also published as: JPS567056U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、混合ガス中の各成分ガスを選択的に
個別に検出するガス検出装置に関するものであ
る。

従来、酸化物半導体をガス検出素子として使用
したガス検出装置は、測定時における検出素子の
温度が単一であり、しかも検出素子の電気伝導度
のみを出力として取出す構成となつているため、
感応するガスを主成分とする混合ガスに検出素子
が接触した場合、各成分ガスを２種類以上個別に
検出するのは困難であつた。

従つて本考案の目的は、混合ガス中の各成分ガ
スを個別に検出し得るガス検出装置を提供するこ
とである。

この目的は、本考案によれば、ガス検出素子の
温度を周期的に少なくとも２段階に変化させてそ
の高温度領域における電気伝導度を温度変化に同
期して検出すると共に、温度変化に同期して高温
度領域以外の温度領域における電気伝導度の時間
的変化率を求め、この時間的変化率を上記電気伝
導度と組合わせることによつて、混合ガス中の各
成分ガスを個別に検出し得るようにすることによ
つて達成される。

ガス検出素子として、例えば酸化第二スズに、
触媒として白金属金属又は希土類金属の塩、及び
結着剤としてガラス粉を混和した後乾燥し、酸化
雰囲気中で焼結して成る酸化物半導体を使用した
場合は、測定時における素子の温度及び接触する
ガスの種類に応じて素子の感応の仕方が異なる。
即ち、平等目盛の横軸にガス検出素子の温度をと
り、対数目盛の縦軸に空気中における電気伝導度
を基準とした電気伝導度比をとつて表わした第１
図に示すように、同一のガス検出素子でも、接触
するガスの種類Ａ，Ｂ，Ｃ及びガス検出素子の温
度に応じてその特性が特性線a₁，b₁，c₁で示すよ
うに異なつてしまうのである。

又、横軸に時間をとり、縦軸に電気伝導度比を
とつて表わした第２図及び第３図に示すように、
同一のガス検出素子温度においても接触するガス
の種類に応じてガス検出素子の電気伝導度比は、
特性線a₂，b₂ないしa₃，c₂で示すように異なる。
なお、第２図は素子温度150±50℃における特性
曲線を示し、第３図は素子温度350±50℃におけ
る特性曲線を示すものである。それぞれ特性線
a₁，a₂，a₃はガスＡに、特性線b₁，b₂はガスＢ
に、特性線c₁，c₂はガスｃに対応するガス検出素
子の特性を表わすものである。

本考案は以上の特性を巧みに利用して所期の目
的を達成するものであつて、以下、測定温度領域
を３段階に分け、出力として高温度領域では電気
伝導度をとり、中温度及び低温度領域では電気伝
導度の時間的変化率をとる場合の実施例について
詳細に説明する。

第４図は本考案によるガス検出装置の一実施例
を示すものである。この装置において、酸化物半
導体を主成分とするガス検出素子１にヒータエレ
メント２が密接して配置され、ヒータエレメント
２に加熱制御回路３から制御されたヒータ電流を
流すことにより、ガス検出素子１の温度は高，
中，低の３段階の温度領域に制御される。この温
度制御は、タイマー回路４により、第５図ａに示
すように、ヒータエレメント２の電流Ｉ_Hの値を
上記「高」に対応するＩ_H1、「中」に対応するＩ_H
_２、「低」に対応するＩ_H3に順次周期的に切換制御
することによつて行なわれる。ガス検出素子１
は、これに直列の負荷抵抗５とで、電源６の電圧
を分圧する分圧器を構成する。ガス検出素子１は
ガス中では電気伝導度が増大し、従つて相対的に
負荷抵抗５の低抗値が増大し、負荷抵抗５の両端
電圧が高くなる。即ち、ガス濃度に応じた出力電
圧を負荷抵抗５の両端から取出すことができる。
負荷抵抗５の両端電圧は増幅微分回路７に導入さ
れる。この増幅微分回路７は、タイマー回路４で
制御される出力保持回路８からの切換信号によ
り、ガス検出素子１の温度変化に同期して単に入
力電圧の増幅値（第５図ｂ参照）を出力したり、
その微分値（第５図ｃ参照）を出力したりする。

増幅微分回路７の出力信号は出力保持回路９に
入力される。出力保持回路９は、タイマー回路４
からのタイミング信号の作用により、ガス検出素
子１に対する加熱サイクルに同期して加熱条件の
切換時点t₂，t₃，t₄のわずか前の時点T₂，T₃，T₄
で切換直前の増幅微分回路７の出力を記憶保持
し、以後、その記憶内容を対応する切換時点
T₅，T₆，T₇更にはT₈，T₉，T₁₀……で次々と更
新しながら記憶保持を続ける。その場合、測定時
点T₂，T₅……で行なわれる高温度測定では、例
えば時点T₂で行なわれる初期電気伝導度を基準
として時点T₅では電気伝導度の変化分Va（第５
図ｂ及びｄ参照）の出力保持を行ない、測定時点
T₃，T₆……及びT₄，T₇……で行なわれる中温度
測定及び低温度測定では電気伝導度の微分値Vb
及びVc（第５図ｃ，ｅ及びｆ参照）の出力保持
を行なう。

出力保持回路９の各温度領域毎の出力値はそれ
ぞれ指示計１０ａ，１０ｂ，１０ｃに指示され
る。

時刻t₁からt₄にかけてはガス検出素子１を清浄
な空気中に置いてその検出出力を以後のガス濃度
測定の基準とし、時刻t₄から、ガスＡ，Ｂ及びＣ
を成分として持つ混合ガスに接触させて測定を行
なつた時のガス検出素子１の電気伝導度及びその
微分値が第５図ｂ及びｃで表わされるものである
とすれば、高，中，低各温度における各測定値か
ら時刻T₂，T₅においてガスＡについての検出出
力Vaを、時刻T₃，T₆においてガスＢについての
検出出力Vbを、時刻T₄，T₇においてガスＣにつ
いての検出出力Vcをそれぞれ指示計１０ａ，１
０ｂ，１０ｃに指示させることができる。検出出
力Va，Vb，VcはそれぞれガスＡ，Ｂ，Ｃの濃度
の関係なので、指示計１０ａ，１０ｂ，１０ｃに
混合ガス中の成分ガスの濃度を選択的に個別に指
示させることができる。なお、指示計のほかに音
響警報器を併設して或るレベル以上の出力の時に
警報を出すようにしてもよい。

一例として、上記の高温度領域では爆発下限界
の数パーセント付近可燃性ガス濃度を、電気伝導
度を出力として検出し、又、中温度領域では許容
濃度付近の一酸化炭素ガス濃度を、電気伝導度の
時間的変化率（微分値）を出力として検出するこ
とにより、爆発警報とガス中毒警報とを同時に行
なうことが可能となる。

以上の実施例においては、加熱条件の切換直前
の増幅微分回路出力を記憶保持して出力する方式
のものについて説明したが、本考案はそれに限定
される訳ではない。

吸着ガス雰囲気下でガス検出用半導体素子の電
気伝導度及びその時間的変化率の過渡特性は被検
出ガスと対応する温度領域の温度によつて著しく
異なる。即ち、目的とする対象ガスが２種類以上
存在する混合ガスであつて、それらの成分ガスに
対応する温度領域の温度が近接している場合、近
接温度領域に対応するガスによつて目的ガスにつ
いての出力は影響を受ける。

いま、対応温度領域よりも高い温度領域の影響
を受けるガスをＡ、より低い温度領域の影響を受
けるガスをＢとすると、記憶保持時刻をパラメー
タとする出力−濃度特性はそれぞれ第６図及び第
７図のようになる。なお、この両図において、縦
軸及び横軸はともに平等目盛であり、τ_A及びτ_B
はガスＡないしＢに対応する温度領域の時間（第
５図において、t₁〜t₂，t₂〜t₃，t₃〜t₄などに相
当）、ｔ_Hは各温度領域に対応して記憶保持される
出力のサンプリング時刻を各温度領域の開始時刻
を基準として示すものである。

このような場合は、対象ガスの種類によつて、
各温度領域時間内で温度領域固有の適切な一定時
刻における出力をその温度領域に対応して記憶保
持させることにより、良好な出力−濃度特性が得
られ、より広範囲濃度のガスの検出が可能とな
る。

次に、吸着ガス雰囲気下でガス検出用半導体素
子の電気伝導度及びその時間的変化率の過渡特性
は、対象ガスの種類とその濃度によつても著しく
異なる。特にガス濃度が広範囲に変化すると過渡
特性曲線が大きく変化する。このような場合は、
各温度領域時間内の出力の最大値あるいは最小値
あるいは最大値と最小値との線形結合値、例えば
相加平均値をその温度領域に対応して記憶保持さ
せることにより広範囲のガス濃度の検出が可能と
なる。

第８〜１０図はそれぞれ出力保持値として最大
値（第８図）、最小値（第９図）、及び最大値と最
小値との相加平均値（第１０図）をとる場合の出
力−濃度特性を、ガスＡ，Ｂ，Ｃについての出力
の各温度領域内での経時特性曲線として示すもの
であり、各出力保持値は黒丸印で示されている。

なお、第８〜１０図において、Ｈ，Ｍ，Ｌはそ
れぞれ高濃度、中濃度及び低濃度のガス雰囲気下
の出力の経時特性を示すものである。

更に又、各温度領域に対応する対象ガスに共通
の指標量がある場合、即ち例えば対象ガスが可燃
性ガスであつて、爆発下限界濃度が知られている
ような場合、各指標量の全合計量を指示出力とし
て得たいことがある。そのような場合は、各温度
領域に対応して記憶保持される出力値に各指標量
に対する重みを乗じて各温度領域について加え合
わせ、その和を複数温度領域を含む測定１サイク
ルに対応させて新たに記憶保持させるようにすれ
ばよい。

例えば、対象ガスが可燃性ガスであつた場合に
は、各温度領域に対応する出力値に乗ずる重みと
して爆発下限界濃度の対出力感度を採用すること
によつて爆発下限界を出力表示単位として表示す
ることが可能となる。

以上述べたように本考案によれば、混合ガス中
の各成分ガスを個別に検出し得るガス検出装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図及び第３図は本考案に使用され
る検知素子の特性例を示す特性線図、第４図は本
考案によるガス検出装置の一実施例を示すブロツ
ク図、第５図ａ〜ｆは第４図の装置の検出原理を
説明するための線図、第６図及び第７図は本考案
装置の一変形例を説明するための線図、第８図、
第９図及び第１０図は本考案装置の他の変形例を
説明するための線図である。１……検出素子、２……ヒータエレメント、３
……加熱制御回路、４……タイマー回路、７……
増幅微分回路、８……出力保持回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１吸着ガス雰囲気下で電気伝導度が変化する半
導体素子から成るガス検出素子と、このガス検
出素子の温度を周期的に少なくとも２段階に変
化させる温度制御部と、前記ガス検出素子の高
温度領域における電気伝導度及びそれ以外の温
度領域における前記ガス検出素子の電気伝導度
の時間的変化率を温度変化に同期して検出する
検出回路と、この検出回路によつて検出された
前記電気伝導度及び時間的変化率の組合わせに
基いて被検出ガス中の各成分ガスに対応する出
力信号を選択的に個別に出力する出力保持回路
とを備えて成るガス検出装置。２実用新案登録請求の範囲第１項記載のガス検
出装置において、前記出力保持回路は、各温度
領域時間内で温度領域固有の一定時刻における
出力をその温度領域に対応して記憶保持して出
力するものであることを特徴とするガス検出装
置。３実用新案登録請求の範囲第１項記載のガス検
出装置において、前記出力保持回路は、各温度
領域時間内の出力の最大値あるいは最小値ある
いは最大値と最小値との線形結合値を各温度領
域に対応して記憶保持して出力するものである
ことを特徴とするガス検出装置。４実用新案登録請求の範囲第１項ないし第３項
のいずれかに記載のガス検出装置において、前
記出力保持回路は、測定１サイクル中の複数温
度領域の各々に対応して記憶保持された各出力
値の線形結合値を各１サイクル毎に新たに記憶
保持して出力するものであることを特徴とする
ガス検出装置。