DE2044851C - Gasfühler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Gasfühler und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasfühler, enthaltend ein gasempfindliches Element, bestehend
aus einem Metalloxidhalbleitermaterial, dessen elektrische Leitfähigkeit sich bei Adsorption von Gasen
ändert und mindestens zwei mit dem Element verbundenen Elektroden. Ferner betrifft die Erfindung
eki Vt/fahren zum Herstellen eines solchen Gasfühlers.
Der vorliegende Gasfühler ist insbesondere zum Nachweis von Wasserstoff, Propan, Butan sowie zum
Nachweis von Rauch geeignet. .
Es sind Gasfühler der obengenannten Art bekannt, deren gasadsorbierender Halbleiterkörper durch Sintern
eines Metalloxidhalbleitermaterials, das vorher in die gewünschte Form gebracht worden ist, hergestellt
wurde. Das Sintern des Metalloxidhalbleitermaterials nach Formgebung soil dabei die mechanische
Festigkeit erhöhen. Beim Sintern des vorgeformten Metalloxidhalbleitcrmaterials schmilzt dieses
jedoch teilweise, wodurch die Luftdurchlässigkeit und die gasadsorbierende Oberfläche beträchtlich
verringert werden. Dies hat wiederum eine unerwünschte Herabsetzung der Empfindlichkeit für die
Wahrnehmung von Gas und Rauch zur Folge.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Gasfühler mit einem
Metalloxidhalbleiter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gasfühlers zu schaffen, der genügend
gasdurchlässig ist, um Gase ein- und durchtreten zu lassen, und der eine hohe Empfindlichkeit für das
aufzuspürende Gas sowie eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.
Bei dem Gasfühler gemäß Erfindung enthält nun das gasempfindliche Element Teilchen einer anorganischen
Substanz mit einer Teilchengroße die großer
als die der Teilchen des Halbleitermaterials ist.
An getrennten Stellen des Halbleiterblockes sind mindestens zwei Elektroden angebracht, die den
Halbleiterblock elektrisch kontaktieren.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Gasfuhlers, wobei ein pulverförmiges Metalloxidhalbleitermaterial
das seine elektrische Leitfähigkeit bei Adsorption von Gasen verändert, zur Herstellung des gasempfindlichen
Elementes der Vorrichtung preßverforml wird, geht man erfindungsgemäß so vor, daß man
Teilchen aus anorganischer Substanz mit einer Teilchengröße, die ürößer als die der Teilchen des Halbleitermaterials
ist, mit dem Material vor der Preßverformung mischt.
Nach einer bevorzugten Auslührungsform des Gasfuhlers
bzw. gemäß einem bevorzugten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die anorganische
Substanz Aluminiumoxid und/oder Quarz.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert,
es zeigt
F i g. 1 einen Vertikalschnitt eines ersten Ausfuhrungsbeispieles des Gasfühlers,
Fig. 2 eine 5eitenansicht eines zweiten Ausfüh
rungsbeispieles des Gasfühlers,
F i g. 3 einen Schnitt in einer Ebene 3-3 der F i g. 2,
F i g. 4 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles des Gasfühlers,
F i g. 5 einen Schnitt in einer Ebene 5-5 der F i g. 4,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispieies
des Gasfühlers,
F i g. 7 einen Schnitt in einer Ebene 7-7 der F i g. 6.
Fig. 8 eine Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispieles
des Gasfuhlers,
F i g. 9 einen Schnitt in einer Ebene 9-9 der F i g. 8 und
Fig. 10 ein Schaltbild einer Überwachungs- und
Alarmeinrichtung, die einen Gasfühler enthält.
Der in Fig. 1 dargestellte Gasfühler enthält ein
zylindrisches Metallgehäuse 2, das als die eine Elektrode des Gasfuhlers dient und einen gepreßten Block
enthält, der aus Metalloxidhalbleitermaterial 4 sowie in diesem dispergierten Quarzteilchen 6 besteht. Das
Metalloxidhalbleitermaterial 4 kann entweder ein sogenannter Reduktionshalbleiter, wie SnO2, ZnO,
Fc1O3 oder TiO2 sein, dt ssen elektrische Leitfähigkeit
bei" Adsorption "von reduzierenden Gasen der obenerwähnten Art erhöht, oder ein sogenannter Oxydationshalbleiter,
wie NiO, CoO oder Cr2O3, dessen
Leitfälligkeit durch ein reduzierendes Gas verringert wird. Die im Halbleiter dispergierten Teilchen 6 können
anstatt aus Quarz auch aus Aluminiumoxid oder einer anderen geeigneten anorganischen Substanz bestehen.
Die Teilchen 6 sind gröber als der pulverförmige Metalloxidhalbleiter 4, und außerdem haben
sie vorzugsweise eine rauhe Qberfläche, Die beiden
Enden des Gehäuses 2 sind .durch Deckel 8 und 10 verschlossen, die aus einem gasdurchlässigen Material
bestehen. In dem' Block aus dem Halbleitermaterial 4 und den dispergierten Teilchen 6 ist ein Heizelement
12 eingebettet, das aus einem Widerstandsdraht besteht, der auf einen Isolator gewickelt ist und dessen
Enden 1.4 durch den durchlässigen Deckel 10 herausgeführt sind. Das Heizelement 12 dient gleichzeitig
als die andere Elektrode des Gasfuhlers.
Wenn es sich bei dem halbleitenden Metalloxid um einen Halbleiter vom Reduktionstyp handelt, kann
der Gasfühler in einer Schaltung der in Fig. 10 dargestellten
Art betrieben werden. Diese Schaltung enthält einen Netztransformator 18 mit einer Sekundärwicklung,
die drei Anschlüsse aufweist, von denen die Anschlüsse 20 und 22 mit den herausgeführten
Enden 14 des Heizelementes verbunden sind, während die dritte Klemme 24 über einen Summer 26 an
einen mit dem Gehäuse 2 des Gasfühlers 1 verbundenen Anschlußdraht 16 angeschlossen ist. Wenn die
Primärwicklung des Netztransformators 18 an eine Wechselspannungsquelle, z. B. das Wechselstromnetz,
angeschlossen ist, fließt ein Strom durch das Heizelement 12, und dieses erwärmt das Metalloxidhalbleitermaterial
4 auf z. B. 100 bis 200° C. Diese Erwärmung hat den Zweck, den Arbeitswiderstand
des Gasfühlers zu stabilisieren und die bei der Adsorption von Gasen auftretende Widerstandsänderung
zu vergrößern.
Wenn die Umgebung des Gasfühlers 1 keine reduzierenden Gase enthält, fließt nur ein kleiner Strom
durch den Summer 26, und es .vird dementsprechend auch kein Alarm gegeben, da das Metalloxidhalbleitermaterial
4 einen hohen Widerstand hat. Wenn jedoch der Gasfühler 1 einem reduzierenden G-As
ausgesetzt wird, nimmt der Widerstand des Metalloxidhalbleiters 4 ab, und der den Summer 26 durchfließende
Strom steigt dann auf einen solchen Wert an, daß der Summer anspricht und Alarm gegeben
wird.
Wenn das Metalloxidhalbleitermatenal 4 dem
Oxydationstyp angehört, nimmt sein Widerstand bei Einwirkung eines reduzierenden Gases zu. In diesem
Fall kann dann ein Relais mit einem Ruhekontakt, der bei kleinem Relaisstrom geschlossen ist, zwischen
die Klemme 24 des Transformators 18 und dem An-Schlußleiter 16 des Gasfühlers 1 geschaltet werden
und der Summer 26 mit dem Arbeitskontakt des Re-',ais
und einer geeigneten Stromquelle verbunden sein. Das Metalloxidhalbleitermaterial nimmt unabhängig
von seinem Typ beim Verschwinden des die Wider-Standsänderung bewirkenden Gases wieder seinen
ursprünglichen Widerstandswert an.
Da bei dem vorliegenden Gasfühler im Metalloxidhalbleitermaterial 4 Teilchen 6 mit einer rauhen
Oberfläche dispergiert sind, ist die effektive Oberfläche des Halbleitermaterials, die Gase ab- oder
adsorbieren kann, wesentlich größer als bei vergleichbaren bekannten Gasfühlern, und der vorliegende
Gasfühler zeichnet sich daher durch eine besonders hohe Gasempfindlichkeit aus. 5u
Das, in den F i g. 2 und 3 dargestellte zwe:te Ausführuiigsbeispiel
des Gasfühlers enthält einen Basisoder Trägerkörper 30, der z. B. aus Keramik bestehen
kann und an seinen Enden Elektroden 32 und 34 trägt. Die ganze Oberfläche des Trägerkörpers 30 und
ein Teil der Elektroden 32 und 34 sind mit einer porösen Metalloxidhalbleiterschicht 36 überzogen.
Mit den Elektroden 32 und 34 sind Anschlußleiter 42 bzw. 44 verbunden.
Bei dem Gasfühler gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel tritt bei Absorption von
Gas oder Rauch zwischen den Elektroden 32 und 34 eine sehr große Widerstandsänderung auf, und die
Empfindlichkeit für das aufzuspürende Gas ist dementsprechend groß, da die Metalloxidhalbleiterschicht
36 sehr porös ist und eine sehr große effektive absorptionsfähige Oberfläche aufweist. Die Metalloxidhalbleiterschicht
36 hat trotzdem eine ausreichend.· mechanische Festigkeit, da sie auf dem Trägerkörptr
30 gebildet ist. In Fig. 2 und 3 ist zwar kein Heizelement
zum Erwärmen der Halbleiterschicht 36 dar gestellt, gewünschtenfalls kann selbstverständlich cm
solches Heizelement an der Halbleiterschicht oder h, Trägerkörper vorgesehen sein.
Das in Fig. 4 und 5 dargestellte dritte Ausfir, rungsbeispiel des Gasfühlers enthält ein Metallgehalt;
50, in dem sich ein b:ock 56 aus einem halbleitend. :
Metalloxid befindet. Das Metallgehäuse 50 gewä'v
leistet die erforderliche mechanische Festigkeit. Au. I1
bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine nicht d;r gestellte Heizung zur Erwärmung des Halbleil·.·
blockes 56 vorgesehen sein.
Das in Fig. 6 und 7 dargestellte vierte AusftΛ
rungsbeispiel entspricht dem Ausführungsbeispiel ;. maß Fig. 4 und 5 mi* der Ausnahme, daß die ei·-.
der Elektroden 52 oder 54 des dritten Ausführum:'-beispiels
fehlt und das Metallgehäuse als Elektn.■'.. verwendet wird. Das Gehäuse 60 bildet bei dem Al.
führungsbeispiel gemäß F i g. 6 und 7 also auch c eine Elektrode, und in den geformten Metalloxid
halbleiterblock 64 ist nur eine weitere Elektrode f-2
eingebettet.
Das in Fig. 8 und 9 dargestellte fünfte Ausfiii, rungsbeispiel des vorliegende!; Gasfühlers enthai.
einen durch Pressen geformten Metalloxidhalbleiteiblock
74, der in ein zylindrisches Gehäuse eingc klemmt ist, welches aus zwei halbzylinderförmigcn
Metallelektroden 66 und 68 sowie Isolatoren 70 und 72, die die Elektroden voneinander isolieren, besteht.
Die beiden letzterwähnten Ausführängsbeispiele
entsprechen in Arbeitsweise und Wirkung im wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel.
Selbstverständlich lassen sich die oben beispielsweise beschriebenen Ausführungsbeispiele in der
verschiedensten Weise abwandeln. So kann z. B. die Elektrode 62 des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 6
und 7 durch einen einzigen, durcngehenden Heizdraht ersetzt werden, der auch die Funktion der
Elektrode 62 übernimmt. An Stelle eines zylindrischen Gehäuses kann auch ein becherförmiges Gehäuse
verwendet werden. In allen Fällen wird die Alarmgabe
durch die bei Einwirkung eines aktiven Gases auftretende Widerstandsänderung des Metalloxidhalbleitermateriais
bewirkt.
Claims (4)
- Patentansprüche:J. Gasfühler, enthaltend ein gasempfindliches Element, bestehend aus einem Metalloxidhalbleitermaterial, dessen elektrische Leitfähigkeit sich bei Adsorption von Gasen ändert, und mindestens zwei mit dem Element verbundenen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das gasempfindliche Element Teilchen einer anorganischen Substanz mit einer Teilchengröße, die größer als die der Teilchen des Halbleitormaterials ist, enthält.
- 2. Gasfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Substanz Aluminiumoxid und/oder Quarz ist.
- 3. Verfahren zur Herstellung eines Gasfühlers, wobti ein pulverförmiges Metalloxidhalbleitermaterial, das seine elektrische Leitfähigkeit bei Adsorption von Gasen verändert, zur Herstellung ao des gasempfindlichen Elementes der Vorrichtung preßv'vfformt wird, dadurch gekennzeichnev, daß man Teilchen aus anorganischer Substanz mit einer Teilchengröße, die größer als die der Teilchen des Halbleitermaterials ist, mit dem Material vor der Preßverformung mischt.
- 4. Verfahren zur Herstellung eines Gasfühlers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Substanz Aluminiumoxid und/ oder Quarz ist.
Priority Applications (1)
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DE19702044851 DE2044851C (de) | 1970-09-10 | Gasfühler und Verfahren zu seiner Herstellung |
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DE19702044851 DE2044851C (de) | 1970-09-10 | Gasfühler und Verfahren zu seiner Herstellung |
Publications (3)
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DE2044851A1 DE2044851A1 (de) | 1972-04-06 |
DE2044851B2 DE2044851B2 (de) | 1973-01-18 |
DE2044851C true DE2044851C (de) | 1973-08-02 |
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