CN210322956U

CN210322956U - 气体传感器

Info

Publication number: CN210322956U
Application number: CN201921090637.9U
Authority: CN
Inventors: 谷口卓史; 竹添弘昭; 三桥弘和
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2029-07-12

Abstract

本实用新型涉及一种气体传感器，并且除了硅氧烷耐久性，针对被检测气体的响应性及硫系气体耐久性也良好的气体传感器。所述气体传感器是具有形成有供待测气体导入的开口的壳体、配置在所述壳体内并检测待测气体的气体检测元件、以及配置在所述壳体内并吸附非待测气体的过滤器主体的气体传感器，所述过滤器主体包括第一过滤器主体和第二过滤器主体，所述第一过滤器主体包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体，所述第二过滤器主体至少包括贵金属，从待测气体的导入方向依次配置所述开口、所述第一过滤器主体、所述第二过滤器主体、所述气体检测元件。

Description

气体传感器

技术领域

本实用新型涉及具有与被检测气体接触的气体感应部的气体传感器。

背景技术

在对气体传感器要求针对被检测气体的响应性的同时，也要求针对硅氧烷等杂质气体的耐久性。

硅氧烷存在于个人护理产品(例如，洗发水、护发剂、化妆品、止汗喷雾)、或电气电子设备的电缆类、密封胶等的建材、作为烹调器具的容器、铲子等。

当该硅氧烷化合物附着在气体检测元件时，容易发生气体检测元件的检测灵敏度下降，或者选择性地针对应该检测的气体以外的气体的气体检测灵敏度上升，而发生误动作的情况。

因此，在专利文献1中公开了一种气体传感器，其配置使用了活性炭、沸石或硅胶、塑料系的气体选择性透过膜等的吸附过滤器，吸收水蒸气或乙醇、三氯乙烯等杂质气体，从而能够缓解杂质气体对气体检测元件的影响。

如专利文献1所述，例如在可燃性气体传感器中配置使用了活性炭作为吸附剂的吸附过滤器，通过该吸附过滤器吸附硅氧烷气体，从而防止硅氧烷气体到达气体检测元件的表面。

专利文献1：日本特开2003-156463号公报

实用新型内容

在将安装了吸附过滤器的可燃性气体传感器设置在厨房等室内时，该吸附过滤器吸附漂浮在室内的酒精或甲苯等各种有机气体。因此，存在该吸附过滤器的吸附能力容易提早下降，吸附硅氧烷化合物的能力下降的问题。

另外，为提高针对硅氧烷化合物的可燃性气体传感器的耐久性，在大幅增加导入吸附过滤器的吸附剂的量或减小气体导入口的面积时，针对硅氧烷化合物的耐久性提高，但针对被检测气体的响应性显著下降。

因此，本实用新型的目的在于，提供一种维持硅氧烷化合物类的吸附性能，且硅氧烷耐久性良好的气体传感器。

本实用新型的其他的目的在于，提供一种维持硅氧烷化合物类的吸附性能，且硅氧烷耐久性、针对被检测气体的响应性以及硫系气体耐久性良好的气体传感器。

为达到上述目的，第一方式的气体传感器具备：壳体，形成有供待测气体导入的开口；气体检测元件，配置在所述壳体内并检测待测气体；以及过滤器主体，配置在所述壳体内并吸附非待测气体，所述过滤器主体包括第一过滤器主体和第二过滤器主体，所述第一过滤器主体包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体，所述第二过滤器主体至少包括贵金属，从待测气体的导入方向依次配置所述开口、所述第一过滤器主体、所述第二过滤器主体、所述气体检测元件。

在此，由于构成为从待测气体的导入方向依次配置包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体的第一过滤器主体、至少包括贵金属的第二过滤器主体、以及气体检测元件，因此能够防止硅氧烷化合物到达气体检测元件，从而提高硅氧烷耐久性。另外，由于过滤器主体构成为：包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体的第一过滤器主体、以及至少包括贵金属的第二过滤器主体的两层结构，因此能够减少导入过滤器主体的吸附剂，且针对被检测气体的响应性良好。

第二方式的气体传感器，在所述开口和所述第一过滤器主体之间配置有具备透气性及疏水性的片材体。

根据本方式的气体传感器，能够防止水滴或油滴等向壳体浸入。

第三方式的气体传感器，所述开口是直径为1.9～2.1mm的圆形开口。

根据本方式的气体传感器，能够得到针对被检测气体的更良好的响应性。

第四方式的气体传感器，在所述第二过滤器主体和所述气体检测元件之间配置有防爆用金属网。

根据本方式的气体传感器，能够确保防爆性能。

第五方式的气体传感器，所述气体检测元件包括感应部和保护部。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

第六方式的气体传感器，所述第一过滤器主体的填充量为40～75mg。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器响应性能。

第七方式的气体传感器，所述第一多孔体是硅胶。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

第八方式的气体传感器，所述硅胶的平均细孔直径是4～9nm。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

第九方式的气体传感器，所述化合物是对甲苯磺酸、苯酚磺酸或苯磺酸，所述化合物的负载量是3～10重量％。

根据本方式的气体传感器，能够提高硅氧烷耐久性及传感器响应性能。

第十方式的气体传感器，所述第二过滤器主体是贵金属和非多孔质材料的混合物。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

第十一方式的气体传感器，所述非多孔质材料是二氧化硅，所述贵金属是铂，所述铂的质量是0.2mg～1mg。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

第十二方式的气体传感器，所述片材体是聚四氟乙烯(以下称为PTFE)片材或聚丙烯(以下称为PP)片材。

根据本方式的气体传感器，能够提高传感器性能。

附图说明

图1是第一实施方式的气体传感器的示意图。

图2是表示气体检测元件的示意图。

图3是桥接电路的示意图。

附图标记说明：

100...气体传感器；1...壳体；11...气体导入口(开口)；2...气体检测元件；21...线材；22...气体感应部；3...吸附部；31...第一吸附部(第一过滤器主体)；32...第二吸附部(第二过滤器主体)；4...片材体；5...防爆用金属网。

具体实施方式

以下，基于附图针对本实用新型的实施方式进行说明。

如图1所示，本实用新型的气体传感器100具备：形成有供待测气体导入的气体导入口(开口)11的壳体1、配置在壳体1内并检测待测气体的气体检测元件2、以及配置在壳体1内并吸附非待测气体的吸附部(过滤器主体)3。吸附部3包括第一吸附部31和第二吸附部32。该第一吸附部31包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体，该第二吸附部32至少包括贵金属。另外，气体导入口11、第一吸附部31、第二吸附部32、以及气体检测元件2从待测气体的导入方向按照该顺序配置。

另外，在第二吸附部32和气体检测元件2之间配置有防爆用金属网5。防爆用金属网只要满足规定的防爆性能即可，没有特别限定。

另外，在本实施方式中，示出了将热线型半导体式气体检测元件作为气体检测元件2的例子，但不限定于此。作为其他的气体检测元件，可例举接触燃烧式气体检测元件、基板型半导体式气体检测元件、固体电解质式气体检测元件、以及使用了MEMS(微机电系统)技术的气体检测元件等现有的已知的气体检测元件。

热线型半导体式气体检测元件2具有以覆盖线圈状的贵金属线材21并进行烧结的金属氧化物作为主成分的气体感应部22、以及覆盖感应部的保护部。贵金属线材21的材质、线径、线圈直径、以及线圈圈数等与现有的用于热线型半导体式气体检测元件的相同，没有特别限定。作为贵金属线材21的材质可使用铂等。作为金属氧化物可使用SnO₂，但没有特别限定。作为保护部可使用Al₂O₃，但没有特别限定。

气体感应部22可使用金属氧化物半导体。作为该金属氧化物半导体可使用例如氧化锡、氧化铟、氧化锌等，但没有特别限定。

如图2所示，本实施方式所涉及的气体传感器100构成为将检测被检测气体(LPG、甲烷、氢等可燃性气体或一氧化碳)的热线型半导体式气体检测元件2、固定负载电阻R0、以及固定对边电阻R1、R2连接并组成桥接电路。桥接电路通过电源E间歇性地供给电压，以规定的周期将热线型半导体式气体检测元件2加热到被检测气体进行反应的温度。

此外，也可以构成为通过电源E一直供给电压，将热线型半导体式气体检测元件2保持在被检测气体进行反应的温度。

在气体导入口11和第一吸附部31之间配置有具备透气性及疏水性的片材体4。通过设置片材体4，能够防止水滴或油滴等的浸入。例如可使用厚度为0.2mm左右的PTFE片材，但没有特别限定。例如也可以使用PP(聚丙烯)片材。另外，气体导入口11可以是直径为1.9～2.1mm的圆形开口。

第一吸附部31包括负载吸附主要作为妨碍成分的硅氧烷的吸附剂的第一多孔体，作为这样的吸附剂，可使用负载具有磺基的化合物的固体酸。该化合物优选为对甲苯磺酸、苯酚磺酸、或苯磺酸，但不限定于此。

第二吸附部32是吸附主要作为妨碍成分的硫系成分的贵金属与非多孔质材料的混合物，作为贵金属可使用铂、钯、钌等。在本实施方式中，作为贵金属使用0.2mg～1mg的铂。

在本实施方式中，通过气体导入口11被导入壳体1的导入气体经由片材体4来通过第一吸附部31。此时，若导入气体中包括妨碍成分，则由第一吸附部31吸附。

在第一吸附部31没有完全吸附上述妨碍成分的情况下，剩余的妨碍成分到达第二吸附部32，由该第二吸附部32吸附。通过像这样在壳体1中，通过了第一吸附部31及第二吸附部32，妨碍成分被分解或被吸附，因此到达气体检测元件2的妨碍成分极少。因此，在本实用新型的气体传感器100中，通过具备第一吸附部31及第二吸附部32，即使在存在硅氧烷化合物等各种妨碍成分的场所使用，也能够更加不容易受到各种妨碍成分的影响。

[实施例]

〔实施例1-6〕

调查了本实用新型的气体传感器100(实施例1～6)的性能(硅氧烷化合物耐久性、传感器响应性、硫系气体耐久性)。对于比较传感器(比较例1～3)也进行了同样的试验。

将传感器驱动设为脉冲驱动(以每30秒的周期，在500℃左右仅将传感器元件加热0.1秒，并检测甲烷气体)。

实施例1～6及比较例1～3均将气体导入口直径设为2±0.1mm。实施例1～6及比较例1、2均在第二吸附部32使用铂，比较例3不具有第二吸附部32。第一吸附部31的结构如下。

实施例1：第一吸附部31包括硅胶40mg和对甲苯磺酸负载量5重量％。

实施例2：第一吸附部31包括硅胶75mg和对甲苯磺酸负载量5重量％。

实施例3：第一吸附部31包括硅胶65mg和对甲苯磺酸负载量5重量％。

实施例4：第一吸附部31包括硅胶65mg和对甲苯磺酸负载量3重量％。

实施例5：第一吸附部31包括硅胶65mg和对甲苯磺酸负载量10重量％。

实施例6：第一吸附部31包括硅胶65mg和苯酚磺酸负载量5重量％。

比较例1：第一吸附部31包括硅胶65mg。

比较例2：第一吸附部31包括活性炭65mg。

比较例3：第一吸附部31包括硅胶65mg和对甲苯磺酸负载量5重量％。

此外，实施例1～6及比较例1、3均使用硅胶的平均细孔直径为4～9nm的硅胶。

作为制造第一吸附部31的一例，以实施例3的包括硅胶65mg和对甲苯磺酸负载量5重量％的例子进行说明。将0.5g对甲苯磺酸(或苯酚磺酸)溶解于10g蒸馏水，将该水溶液和硅胶(BET比表面积为550m²/g、平均细孔直径为6nm)9.5g进行搅拌并混合，以80℃干燥15个小时，从而得到负载了对甲苯磺酸(或苯酚磺酸)5重量％的硅胶。

针对制造第二吸附部32，以0.5mg铂作为例子进行说明。在Φ5.2的滤纸上滴下Pt-Black 0.5mg和硅溶胶水分散液(含有15重量％的二氧化硅)42μL的混合分散液，进而，盖上Φ5.2的滤纸从而夹入混合分散液，之后，以40℃干燥并完成制造。

另外，实施例1～6及比较例1～3中的第一吸附部31及第二吸附部32的详细构成如表1所示。

表1

	第一吸附部	第二吸附部
			实施例1	硅胶40mg+对甲苯磺酸5重量％	铂0.5mg
实施例2	硅胶75mg+对甲苯磺酸5重量％	铂0.5mg
			実験例3	硅胶65mg+对甲苯磺酸5重量％	铂0.5mg
实施例4	硅胶65mg+对甲苯磺酸3重量％	铂0.5mg
			实施例5	硅胶65mg+对甲苯磺酸10重量％	铂0.5mg
实施例6	硅胶65mg+苯酚磺酸5重量％	铂0.5mg
			比较例1	硅胶65mg	铂0.5mg
比较例2	活性炭65mg	铂0.5mg
			比较例3	硅胶65mg+对甲苯磺酸5重量％	无

针对硅氧烷耐久性

评价了针对硅氧烷的耐久性。试验以下述方式进行，即，将传感器曝露在八甲基环四硅氧烷为200ppm的环境下，测量直到由于曝露导致传感器中毒而警报浓度下降为止的天数。判定基准是判定初期警报浓度为甲烷3000ppm的传感器直到以甲烷1000ppm警报为止的天数。结果如表2所示。

表2

	硅氧烷耐久性
		实施例1	○
实施例2	○
		实施例3	○
实施例4	○
		实施例5	○
实施例6	○
		比较例1	×
比较例2	×

其结果能够确认到，如实施例1～6那样的在具备包括硅胶和具有磺基的化合物的第一吸附部31的气体传感器与作为具备仅包括硅胶的第一吸附部31的气体传感器的比较例1以及作为具备仅包括活性炭的第一吸附部31的气体传感器的比较例2相比，硅氧烷耐久性得到提高。

针对传感器响应性

针对传感器响应性通过如下方式进行了评价，即，测量初期警报浓度为甲烷3000ppm的传感器直至在警报浓度的1.6倍的气体(4800ppm)中进行警报为止的警报响应时间。该时间如果为30秒以内，则判断为具有良好的响应性。结果如表3所示。

此外，将良好的响应性的判断基准设为30秒以内的理由为如下。即，在中华人民共和国国家标准GB15322标准中规定了是30秒以内。若在30秒以内未响应，则存在不满足上述GB15322标准的可能性，因此将良好的响应性的判断基准设为30秒以内。

表3

其结果，在第一吸附部31仅包括65mg活性炭的比较例2(96秒)中，不满足中华人民共和国国家标准GB15322标准，大幅度超出基准。

与此相对，在实施例1～6的传感器中，可确认到具有能够满足中华人民共和国国家标准GB15322标准的优异的甲烷气体响应性。

针对硫系气体耐久性

评价了针对有机气体(硫系气体)的耐久性。试验以下述方式进行，即，在二氧化硫为0.5ppm的环境下曝露10天，并确认曝露后的甲烷警报浓度。判定基准是判断初期设定的警报浓度为甲烷3000ppm的传感器的警报浓度是否低于2500ppm。结果如表4所示。

表4

其结果，在作为不具备第二吸附部且具备仅包括65mg硅胶的第一吸附部31的气体传感器的比较例3中，可明确警报浓度为初期设定的警报浓度的5/6以下，由此可知警报浓度发生下降。在如实施例3、6这样的具备包括具有硅胶和磺基的化合物的第一吸附部31以及包括贵金属的第二吸附部32的气体传感器中，可确认到警报浓度未下降。

工业上的可利用性

本实用新型可用作具备气体检测元件的气体检测器，所述气体检测元件具有与被检测气体接触的气体感应部。

此外，针对如上所述的实施例进行了详细说明，本领域技术人员能够容易地理解能够进行实际上并未脱离本实用新型的特征及效果的多种变形。因此，像这样的变形例全部包含于本实用新型的范围内。例如，在说明书或附图中，与作为更广义或同义的不同用语被一同记载的用语，无论在说明书或附图中的哪个位置，可至少一次地被置换为该不同用语。另外，气体传感器不限定于在实施例中说明的气体传感器，能够进行各种变形实施。

Claims

1.一种气体传感器，其特征在于，具有：

壳体，形成有供待测气体导入的开口；

气体检测元件，配置在所述壳体内并检测待测气体；以及

过滤器主体，配置在所述壳体内并吸附非待测气体，

所述过滤器主体包括第一过滤器主体和第二过滤器主体，

所述第一过滤器主体包括负载具有磺基的化合物的第一多孔体，

所述第二过滤器主体至少包括贵金属，

从待测气体的导入方向依次配置所述开口、所述第一过滤器主体、所述第二过滤器主体、所述气体检测元件。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

在所述开口和所述第一过滤器主体之间配置有具备透气性及疏水性的片材体。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述开口是直径为1.9～2.1mm的圆形开口。

4.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

在所述第二过滤器主体和所述气体检测元件之间配置有防爆用金属网。

5.根据权利要求1或4所述的气体传感器，其特征在于，

所述气体检测元件包括感应部和保护部。

6.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述第一过滤器主体的填充量为40～75mg。

7.根据权利要求1或6所述的气体传感器，其特征在于，

所述第一多孔体是硅胶。

8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，

所述硅胶的平均细孔直径是4～9nm。

9.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述化合物是对甲苯磺酸、苯酚磺酸或苯磺酸，所述化合物的负载量是3～10重量％。

10.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述第二过滤器主体是贵金属和非多孔质材料的混合物。

11.根据权利要求10所述的气体传感器，其特征在于，

所述非多孔质材料是二氧化硅，所述贵金属是铂，所述铂的质量是0.2mg～1mg。

12.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，

所述片材体是聚四氟乙烯片材或聚丙烯片材。