JP2000329737A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関し、
特に気体中の含まれる微量の特定ガスを選択的に検出す
ることのできるガスセンサに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas sensor,
In particular, the present invention relates to a gas sensor capable of selectively detecting a trace amount of a specific gas contained in a gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の、この種のガスセンサの1例とし
て、特開平06−258270号公報には、CuOを主
成分とするガス検知部に二つの櫛形電極を直接接続し、
当該櫛形電極により、前記ガス検知部の電気的特性の変
化を取出すように形成されたガスセンサが示されてい
る。この従来例は、図14(a)に平面図が示され、図
14(b)には、図14(a)における切断指示線Q−
Q’部分における断面図が示されるように、CuOを主
成分とするガス検知部22と、該ガス検知部22の電気
的特性の変化を取出すための一対の櫛型電極23および
24とが、基板25の上面に一体化されて形成されてい
る。本従来例においては、CuOを主成分とするガス検
知部22には、添加物として、アルカリ金属化合物、特
にNa化合物またはK化合物、或はまたAl2 O3 が選
択されて添加されており、これにより、CO即ち一酸化
炭素ガスに対するガス検知感度を選択的に高めることが
できる点を、効果の大きな特徴点として挙げている。な
お、本従来例の実施例においては、前記アルカリ金属化
合物の内のNa化合物としてはNa2 CO3 が用いられ
ており、またK化合物としてはK2 CO3 が用いられて
いる。2. Description of the Related Art As an example of a conventional gas sensor of this type, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-258270 discloses that two comb-shaped electrodes are directly connected to a gas detecting section mainly composed of CuO.
A gas sensor formed so as to take out a change in the electrical characteristics of the gas detection unit by the comb-shaped electrode is shown. FIG. 14A shows a plan view of this conventional example, and FIG. 14B shows a cutting instruction line Q- in FIG.
As shown in the cross-sectional view of the Q ′ portion, a gas detection unit 22 containing CuO as a main component, and a pair of comb-shaped electrodes 23 and 24 for extracting a change in electrical characteristics of the gas detection unit 22 include: It is formed integrally with the upper surface of the substrate 25. In this conventional example, an alkali metal compound, particularly a Na compound or a K compound, or Al2 O3 is selected and added as an additive to the gas detection section 22 containing CuO as a main component. The point that the gas detection sensitivity to CO, that is, carbon monoxide gas can be selectively enhanced is described as a significant feature point. In the embodiment of the conventional example, Na2 CO3 is used as the Na compound among the alkali metal compounds, and K2 CO3 is used as the K compound.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のガスセ
ンサにおいては、CuOを主成分とするガス検知部に対
する添加物としては、Na2 CO3 またはK2 CO3 等
のアルカリ金属化合物、或はまたAl2 O3 を添加する
ことにより、一酸化炭素(CO)に対するガス検知感度
を選択的に高めている。しかしながら、近年注目されて
いる燃料電池を利用する技術領域においては、ガスセン
サに対しては、メタン、或はメタノール、エタノールを
改質してH2 とCOを取り出すために、その際に発生す
るCOを検知すると同時に、H2 についてもその存在を
選択的に検知する機能が求められている。このような要
求に対しては、前記従来例のガス検知機能においては、
COに対するガス検知感度を選択的に高めることができ
る点については問題がない。しかし、更に水素ガスに対
してもガス検知感度を選択的に高めることが求められて
いる。このように、CO以外の選択検知をCuOを主成
分とするセンサにより行うためには、上記添加物以外の
CuOに対する添加物を捜し求めることが必要不可欠で
ある。In the above-mentioned conventional gas sensor, as an additive to the gas detecting portion containing CuO as a main component, an alkali metal compound such as Na2 CO3 or K2 CO3, or Al2 O3 is added. By doing so, the gas detection sensitivity to carbon monoxide (CO) is selectively increased. However, in the technical field using a fuel cell, which has been attracting attention in recent years, the gas generated by the gas sensor is converted into methane or methanol or ethanol to extract H2 and CO. At the same time, H2 is required to have a function of selectively detecting its presence. In response to such a request, in the conventional gas detection function,
There is no problem in that the gas detection sensitivity to CO can be selectively increased. However, there is also a demand for selectively increasing the gas detection sensitivity for hydrogen gas. As described above, in order to perform selection detection other than CO using a sensor containing CuO as a main component, it is indispensable to search for an additive to CuO other than the above additive.
【0004】本発明の目的は、前記CuOに対する添加
物の選択を改善することにより、被検ガスのH2 に対し
て、選択的にガス検知感度を高めることのできるガスセ
ンサを提供することにある。An object of the present invention is to provide a gas sensor capable of selectively increasing the gas detection sensitivity with respect to H2 of a test gas by improving the selection of an additive for the CuO.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明のガスセンサは、
CuOを主成分とする半導体をガス検知部に備え、該ガ
ス検知部の抵抗変化を利用してガスの存在を検知する形
式のガスセンサにおいて、前記CuOにAgを含む物質
を添加したことを特徴としている。なお、前記Agを含
む物質はAg化合物であってもよく、或は該Ag化合物
は酸化銀(Ag2 O)であってもよい。また、前記Cu
Oに添加されるAg元素の重量は、主成分のCuOに対
して、1重量%以上30重量%以下であるようにしても
よい。A gas sensor according to the present invention comprises:
A gas sensor comprising a semiconductor having CuO as a main component in a gas detection portion, wherein a gas-containing substance is added to the CuO in a gas sensor of a type that detects the presence of a gas by using a resistance change of the gas detection portion. I have. The Ag-containing substance may be an Ag compound, or the Ag compound may be silver oxide (Ag2O). Further, the Cu
The weight of the Ag element added to O may be 1% by weight or more and 30% by weight or less based on CuO as the main component.
【0006】更に、前記ガス検知部を加熱して、該ガス
検知部の温度を200°C以上に保持するための加熱手
段を備えてもよい。この加熱手段により加熱して保持さ
れるガス検知部の好ましい温度としては、290°C以
上の温度に指定してもよく、或はまた該加熱手段により
加熱して保持されるガス検知部の温度を、400°C以
下に指定するようにしてもよい。Further, a heating means may be provided for heating the gas detecting section and maintaining the temperature of the gas detecting section at 200 ° C. or higher. The preferred temperature of the gas detector heated and held by the heating means may be specified to be 290 ° C. or higher, or the temperature of the gas detector heated and held by the heating means May be specified at 400 ° C. or lower.
【0007】[0007]
【作用】上記の構成によれば、他の一酸化炭素(C
O)、エタノール、二酸化炭素(CO2 ) およびメタン
(CH4 )等のガスが共存する環境においても、これら
のガスの存在には影響されることなく、周囲の被検ガス
H2 の存在によりガス検知部の抵抗値が著しく増大す
る。従って、本発明のガスセンサにおいては、該ガス検
知部の抵抗値を測定することにより、H2 の存在と濃度
とを的確に検知することができる。According to the above arrangement, the other carbon monoxide (C
Even in an environment where gases such as O), ethanol, carbon dioxide (CO2), and methane (CH4) coexist, the gas detection unit is not affected by the presence of these gases, but by the presence of the surrounding test gas H2. Significantly increases. Therefore, in the gas sensor of the present invention, the presence and concentration of H2 can be accurately detected by measuring the resistance value of the gas detection section.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.
【0009】本発明の一実施形態は、所定の基板上にC
uOを主成分としAgを含む物質を添加して形成され、
周囲に存在するガスの種類により抵抗値が変化する特性
を有するガス検知部と、当該ガス検知部と電気的に接続
され、該ガス検知部の抵抗値の測定用として前記基板上
に形成される一対の測定端子とを備えて構成される。前
記ガス検知部を基板上に形成する工程としては、前記C
uOと前記Agを含む物質とを主固形成分とするペース
ト状物質を、前記一対の測定端子に接するようにして該
基板上にスクリーン印刷し、該ペースト状の物質を焼成
することにより行われる。この場合に、前記ペースト状
物質を生成する際には、ガス検知部のガス検知感度に対
し悪影響を与えないバインダー材料として、例えば酸化
珪素(SiO2 )などの素材が用いられる。また、前記
ガス検知部に接続される一対の測定端子の形状は、安定
した抵抗値を得るために櫛形であってもよく、一般に使
用される薄膜形成法または厚膜印刷法等を用いることに
より基板上に形成される。[0009] One embodiment of the present invention provides a method in which C
It is formed by adding a substance containing Ag as a main component and containing uO,
A gas detection unit having a characteristic in which a resistance value changes depending on the type of gas present in the surroundings, and electrically connected to the gas detection unit, formed on the substrate for measuring the resistance value of the gas detection unit It comprises a pair of measurement terminals. The step of forming the gas detector on the substrate includes the step of
A paste-like substance containing uO and the substance containing Ag as main solid components is screen-printed on the substrate in contact with the pair of measurement terminals, and the paste-like substance is fired. In this case, when the paste-like substance is generated, a material such as silicon oxide (SiO2) is used as a binder material that does not adversely affect the gas detection sensitivity of the gas detection unit. Further, the shape of the pair of measurement terminals connected to the gas detection unit may be comb-shaped in order to obtain a stable resistance value, by using a generally used thin film forming method or thick film printing method or the like. It is formed on a substrate.
【0010】更に、当該ガスセンサとしては、ガス検知
部のガス検知感度を良好な状態に維持するために、その
動作温度を所定の温度範囲内に保持することが望まし
く、このためには、ガスセンサに、ガス検知部を加熱し
て動作温度を所定温度に保持する加熱手段を付帯させ
る。その加熱手段としては、ガス検知部を所定の温度に
保持するためのヒーターを、前記基板に内蔵するように
してもよく、または基板のガス検知部搭載面の反対側に
該ヒーターを設けてもよく、場合によっては、ガスセン
サ全体をヒーターにより加熱するようにしてもよい。Further, it is desirable that the operating temperature of the gas sensor is maintained within a predetermined temperature range in order to maintain a good gas detection sensitivity of the gas detecting section. In addition, a heating means for heating the gas detection unit to maintain the operating temperature at a predetermined temperature is provided. As the heating means, a heater for maintaining the gas detection unit at a predetermined temperature may be built in the substrate, or the heater may be provided on the side of the substrate opposite to the gas detection unit mounting surface. In some cases, the entire gas sensor may be heated by a heater.
【0011】次に、本実施形態の第1の実施例について
図面を参照して説明する。Next, a first example of this embodiment will be described with reference to the drawings.
【0012】図1は、本実施例の構成を示す平面図およ
び側面図であり、図1(a)はその平面図を示し、図1
(b)は、図1において本実施例を視線Pの向きより見
た側面図を示している。図1に示されるように、本実施
例は、CuOを主成分とし、添加されるAgを含む物質
としてAg2 Oが選択されて添加され、周囲の気体中に
含まれるH2 に対して、選択的に抵抗値が大きく変化す
る特性を持ったガス検知部1と、当該抵抗値の変化を測
定して、H2 を選択的に検知するための一対の測定端子
2とを備えて形成され、基板3の上面に一体化して構成
されている。FIG. 1 is a plan view and a side view showing the structure of this embodiment. FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG.
FIG. 1B is a side view of the embodiment in FIG. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, Ag2 O is selected and added as a substance containing Ag as a main component and containing CuO, and selectively with respect to H2 contained in the surrounding gas. And a pair of measuring terminals 2 for measuring a change in the resistance value and selectively detecting H2. And is configured integrally with the upper surface.
【0013】本実施例においては、ガス検知部1は、市
販の高純度のCuO粉末(純度99.99%)に対し
て、重量組成比10%のAg2 O粉末を添加し、更に、
前述のように、バインダー材料として、当該ガス検知感
度に影響を与えることのない素材として、重量組成比2
%の酸化珪素(SiO2 )粉末を添加して形成した。こ
のガス検知部1および一対の測定端子2を、基板3上に
形成することにより、ガスセンサを製作する際の手順は
次のようにして行った。まず前記高純度のCuO粉末に
Ag2 O粉末とSiO2 粉末とを加え、適量のビヒクル
を用いて混錬してペースト状化し、このペースト状物質
を、予め一対の測定端子2が上面に形成されている基板
3上に印刷して、当該印刷された基板3を、焼成温度の
最高温度を530°Cとして、30分間空気中において
焼成した。なお、図1に示されるガスセンサにおいて
は、ガス検知部1に対する加熱手段については、記載が
省略されている。In this embodiment, the gas detector 1 adds a 10% by weight composition of Ag 2 O powder to a commercially available high-purity CuO powder (purity 99.99%).
As described above, as a binder material that does not affect the gas detection sensitivity, a weight composition ratio of 2
% Of silicon oxide (SiO2) powder. By forming the gas detection unit 1 and the pair of measurement terminals 2 on the substrate 3, a procedure for manufacturing a gas sensor was performed as follows. First, Ag2O powder and SiO2 powder are added to the high-purity CuO powder and kneaded with an appropriate amount of a vehicle to form a paste. The paste-like substance is previously formed with a pair of measurement terminals 2 formed on the upper surface. The printed substrate 3 was baked for 30 minutes in air at a maximum firing temperature of 530 ° C. In the gas sensor shown in FIG. 1, the description of the heating means for the gas detection unit 1 is omitted.
【0014】このガス検知部のガス検知感度を測定する
際には、図2にブロック図として示される検知感度測定
装置を用いて行った。図2に示されるように、本検知感
度測定装置は、選択切替電磁弁4と、流量計5および6
と、パーミエータ7と、管状炉8と、デジタルマルチメ
ータ10と、パーソナルコンピュータ11と、外部記憶
装置12と、コントローラ13と、温度コントローラ1
4と、ヒータ15と、リレー16とを備えて構成され
る。The measurement of the gas detection sensitivity of the gas detection section was performed using a detection sensitivity measuring device shown as a block diagram in FIG. As shown in FIG. 2, the detection sensitivity measuring device includes a selection switching solenoid valve 4 and flow meters 5 and 6.
, A permeator 7, a tubular furnace 8, a digital multimeter 10, a personal computer 11, an external storage device 12, a controller 13, and a temperature controller 1.
4, a heater 15, and a relay 16.
【0015】図2において、ガス検知感度の測定時に
は、ガスセンサ9は管状炉8の内部に配置される。な
お、ガスセンサ9は、図1に示されるように、ガス検知
部1、一対の測定端子2および基板3より成っており、
図1には記載が省略されているが、構成要素として加熱
保温用のヒーターが設けられている。しかし管状炉8に
設置して検知感度を測定する場合には、この加熱手段の
作動は不要である。当該管状炉8は、温度コントローラ
13により加熱制御されるヒータ15によって、その内
部温度が制御されており、その温度はガス検知感度測定
に対して適当な温度に保持される。外部より供給される
N2 、O2 、COおよびH2 などの被検ガスは、検知感
度の測定手順に応じて、パーソナルコンピュータ11よ
り、所定のタイミングにて出力される制御信号により、
コントローラ13およびリレー16を介して選択切替電
磁弁4により適宜選択され、流量計6を経由して管状炉
8に導入される。また、エタノール等の有機溶剤の揮発
成分を被検ガスとするときには、流量計5を経由して導
入されるN2 をキャリアとして、パーミエータ7におい
て発生する前記エタノール等の揮発成分が、流量計6を
経由して導入されるガスと混合して管状炉8に導入され
る。このようにして、管状炉8の内部温度が所定の温度
に維持されている状態において、導入される被検ガスに
応じて変化するガスセンサ9のガス検知部1の抵抗値
が、逐次デジタルマルチメータ10により測定される。
この抵抗測定値は、パーソナルコンピュータ11に入力
されて処理され、その処理結果は、対応する被検ガスに
対するガス検知感度として外部記憶装置12に入力され
て格納される。また同時に、パーソナルコンピュータ1
1からは、抵抗値処理後の所定時間経過後に、所定のタ
イミングにて外部から供給されるガスを切替えるための
前記制御信号が出力され、前述のように、コントローラ
13およびリレー16を介して、選択切替電磁弁4にお
いて、N2 、O2 、COおよびH2 などの被検ガスの選
択切替えが行われて、逐次、次の被検ガスが管状炉8に
導入される。In FIG. 2, when measuring the gas detection sensitivity, the gas sensor 9 is disposed inside the tubular furnace 8. The gas sensor 9 includes a gas detection unit 1, a pair of measurement terminals 2, and a substrate 3, as shown in FIG.
Although not shown in FIG. 1, a heater for heating and keeping heat is provided as a component. However, when the detection sensitivity is measured by being installed in the tubular furnace 8, the operation of the heating means is unnecessary. The inside temperature of the tubular furnace 8 is controlled by a heater 15 controlled to be heated by a temperature controller 13, and the temperature is maintained at an appropriate temperature for gas detection sensitivity measurement. Test gases such as N2, O2, CO and H2 supplied from the outside are controlled by a control signal output from the personal computer 11 at a predetermined timing in accordance with the detection sensitivity measuring procedure.
It is appropriately selected by the selection switching solenoid valve 4 via the controller 13 and the relay 16, and is introduced into the tubular furnace 8 via the flow meter 6. When the volatile component of the organic solvent such as ethanol is used as the test gas, the volatile component such as ethanol generated in the permeator 7 is supplied to the flow meter 6 by using N2 introduced through the flow meter 5 as a carrier. The gas is introduced into the tubular furnace 8 in a mixed state with the gas introduced via the air. In this manner, while the internal temperature of the tubular furnace 8 is maintained at a predetermined temperature, the resistance value of the gas detection unit 1 of the gas sensor 9 that changes according to the gas to be introduced is sequentially measured by the digital multimeter. Measured by 10.
The resistance measurement value is input to the personal computer 11 and processed, and the processing result is input to the external storage device 12 as the gas detection sensitivity for the corresponding test gas and stored. At the same time, the personal computer 1
From 1, after a lapse of a predetermined time after the resistance value processing, the control signal for switching the gas supplied from outside at a predetermined timing is output, and as described above, via the controller 13 and the relay 16, In the selection switching solenoid valve 4, selection switching of the test gas such as N 2, O 2, CO and H 2 is performed, and the next test gas is successively introduced into the tubular furnace 8.
【0016】本実施例においては、ガスセンサ9が配置
される管状炉8に導入される基準ガスを、体積ベースに
おいてN2 が79%、O2 が21%の割合で混合してベ
ース状態とした。この基準ガスの導入時に測定されるガ
ス検知部1の抵抗値Rair と、それぞれの被検ガスを個
別に加えて管状炉8に導入して測定されるガス検知部1
の抵抗値Rgas との比Rgas /Rair を計算することに
より、各被検ガスに対するガスセンサ9のガス検知感度
を求めている(このことは、以下の各実施例においても
同様である)。また被検ガスとしては、基準ガスに各被
検ガスを加えて、各ガスの濃度(体積ベース)として
は、H2 :2000ppm、エタノール:200pp
m、CO:2000ppm、CH4 :1000ppm、
およびCO2:20000ppm等の濃度を用いてい
る。In the present embodiment, the reference gas introduced into the tubular furnace 8 in which the gas sensor 9 is disposed is a base state by mixing 79% of N2 and 21% of O2 on a volume basis. The resistance value Rair of the gas detection unit 1 measured when the reference gas is introduced, and the gas detection unit 1 measured by separately adding each test gas to the tube furnace 8 and measuring the resistance value Rair.
The gas detection sensitivity of the gas sensor 9 for each test gas is obtained by calculating the ratio Rgas / Rair to the resistance value Rgas of the above (this is the same in the following embodiments). As the test gas, each test gas is added to a reference gas, and the concentration (volume basis) of each gas is H2: 2000 ppm, ethanol: 200 pp.
m, CO: 2000 ppm, CH4: 1000 ppm,
And CO2: a concentration such as 20,000 ppm.
【0017】上記のようにして行われた、各被検ガスに
対するガス検知感度の測定結果を図3および図4に示し
た。図3は、CuOを主成分とするガス検知部1に対す
る添加物としてのAgを含む物質の量がゼロの場合のガ
ス検知感度の温度依存性を示す図である。図4は、該ガ
ス検知部1に、Ag2 Oを添加した場合のガス検知感度
の温度依存性を示す図である。これらの図3および図4
において、、、、およびの各符号により示さ
れる特性は、それぞれ下記に示されるように、エタノー
ル、CO、H2 、CH4 およびCO2 に対する検知特性
である。FIGS. 3 and 4 show the measurement results of the gas detection sensitivity for each test gas performed as described above. FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the gas detection sensitivity when the amount of the substance containing Ag as an additive to the gas detection unit 1 containing CuO as a main component is zero. FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of the gas detection sensitivity when Ag2O is added to the gas detection unit 1. In FIG. These FIGS. 3 and 4
,,, And are the detection characteristics for ethanol, CO, H2, CH4, and CO2, respectively, as shown below.
【0018】:エタノール :CO :H2 :CH4 :CO2: Ethanol: CO: H2: CH4: CO2
【0019】図3と図4とを対比して明らかなように、
ガス検知部1の温度が260°Cを越えると、何れの場
合にもエタノールに対するガス検知感度が急激に低下す
る傾向となる。他の被検ガスに対しても、相対的にH2
ガス検知感度が高い値となる。そして、図4に示される
ガス検知部1にAg2 Oを添加した本発明による場合に
は、H2 に対するガス検知感度は、他の被検ガスに対比
して格段に高い値となる。即ち、本発明のガスセンサに
おいては、H2 に対する選択的なガス検知感度の改善効
果が極めて顕著であり、その他のガスの影響を殆ど受け
ることなく、H2 の存在を鮮明に検知することができ
る。また、COに対するガス検知感度も改善されるため
に、H2 の不在下において本実施例を使用すれば、CO
の存在を感度よく検出することができる。従って、29
0°C以上の温度においては、エタノールの検知感度が
低下する結果となり、アルコール系を改質するタイプの
燃料電池システム用センサとしての有効性が増大する。As is apparent from a comparison between FIG. 3 and FIG.
When the temperature of the gas detection unit 1 exceeds 260 ° C., the gas detection sensitivity to ethanol tends to sharply decrease in any case. H2 relative to other test gases
The gas detection sensitivity has a high value. Then, in the case of the present invention in which Ag2 O is added to the gas detection unit 1 shown in FIG. 4, the gas detection sensitivity to H2 is much higher than other test gases. That is, in the gas sensor of the present invention, the effect of selectively improving the gas detection sensitivity to H2 is extremely remarkable, and the presence of H2 can be clearly detected with little influence from other gases. In addition, since the gas detection sensitivity to CO is also improved, if this embodiment is used in the absence of H2,
Can be detected with high sensitivity. Therefore, 29
At a temperature of 0 ° C. or higher, the detection sensitivity of ethanol decreases, and the effectiveness as a sensor for a fuel cell system of a type that reforms an alcohol system increases.
【0020】次に、本実施形態の第2の実施例について
説明する。Next, a second example of this embodiment will be described.
【0021】本実施例は、その構成については図1の第
1の実施例と同様である。また、ガス検知部1における
CuOに対するAg2 Oの重量組成比も、第1の実施例
の場合と同様の組成比を使用している。即ち、重量組成
比において、CuO重量に対して、Ag2 Oを10重量
%添加することによりガス検知部1を形成している。ま
た、基準ガスも第1の実施例の場合と同様である。しか
し、本実施例においては、第1の実施例の場合とは異な
り、下記のようにガスセンサのガス検知感度の測定条件
を異にしている。即ち、被検ガスとしては、基準ガスに
対し各被検ガスを加えて、COおよびH2 を0〜300
0ppmの体積濃度となるように変化させてガス検知感
度を測定した。また管状炉8の内部に配置されるガスセ
ンサ9のガス検知部1の温度を320°Cに保持して、
ドライ(乾燥)雰囲気においてガス検知感度の測定を行
った。この場合の被検ガスの濃度とガス検知感度との関
係の測定結果を図5のグラフに示す。図5により、同一
濃度のCOに対比して、H2 のガス検知感度の方が高い
ことが明らかである。また図6は、被検ガスを絶対湿度
で1.2%の加湿状態として測定を行った場合の、被検
ガスの濃度とガス検知感度の測定結果を示すグラフであ
る。この場合においても、同一濃度のCOに対するガス
検知感度に対比してH2 に対するガス検知感度の方が高
く、本実施例がH2 の選択検知感度において優れている
ことがわかる。The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The weight composition ratio of Ag2O to CuO in the gas detector 1 is the same as that in the first embodiment. That is, in the weight composition ratio, 10% by weight of Ag2O is added to the weight of CuO to form the gas detecting section 1. Further, the reference gas is the same as in the first embodiment. However, in this embodiment, unlike the first embodiment, the measurement conditions of the gas detection sensitivity of the gas sensor are different as described below. That is, as the test gas, each test gas is added to the reference gas to reduce CO and H2 from 0 to 300.
The gas detection sensitivity was measured while changing the volume concentration to be 0 ppm. Further, the temperature of the gas detector 1 of the gas sensor 9 disposed inside the tubular furnace 8 was maintained at 320 ° C.
The gas detection sensitivity was measured in a dry (dry) atmosphere. FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the relationship between the concentration of the test gas and the gas detection sensitivity in this case. From FIG. 5, it is clear that the gas detection sensitivity of H2 is higher than that of CO of the same concentration. FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the concentration of the test gas and the gas detection sensitivity when the test gas was measured in a humidified state of 1.2% absolute humidity. Also in this case, the gas detection sensitivity for H2 is higher than the gas detection sensitivity for CO of the same concentration, and it can be seen that this embodiment is superior in the detection sensitivity for H2 selection.
【0022】次に、本実施形態の第3の実施例について
図面を参照して説明する。Next, a third example of this embodiment will be described with reference to the drawings.
【0023】図7は、本実施例の構成を示す図である。
図7(a)、(b)および(c)は、それぞれ本実施例
の平面図(上面図)、断面指示線Q−Q’部分における
断面図および平面図(下面図)を示す。図7に示される
ように、本実施例は、基板20と、基板20の上面に載
置されるガス検知部17、一対の櫛形電極18および1
9と、基板20の下面に設けられたヒーター21とを備
えて構成される。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of this embodiment.
FIGS. 7A, 7B and 7C are a plan view (top view) and a cross-sectional view and a plan view (bottom view), respectively, taken along a section designating line QQ ′ of this embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a substrate 20, a gas detector 17 mounted on the upper surface of the substrate 20, a pair of comb-shaped electrodes 18 and 1
9 and a heater 21 provided on the lower surface of the substrate 20.
【0024】本実施例においては、図7に示されるガス
検知部17として、該ガス検知部17を構成する主成分
をCuOとし、CuOに対する添加物として、Agを含
む物質を添加しなかったサンプル(サンプルAと云
う)、添加物のAgを含む物質として、Ag2 OをCu
Oに対して元素Agの重量換算で9.3重量%添加した
サンプル(サンプルBと云う)、および添加物のAgを
含む物質として、Ag微粉末をCuOに対して元素Ag
の重量換算で5重量%添加したサンプル(サンプルCと
云う)を含む3種類のサンプルを製作した。その他の製
作条件については前記第1の実施例と同様とした。また
基準ガスおよび被検ガスについても、第1の実施例の場
合と同様とした。In this embodiment, the gas detector 17 shown in FIG. 7 is a sample in which the main component of the gas detector 17 is CuO, and a substance containing Ag is not added as an additive to CuO. (Referred to as sample A), as a substance containing Ag as an additive,
A sample in which 9.3% by weight of elemental Ag was added to O (referred to as sample B), and a fine Ag powder was used as a substance containing Ag as an additive.
Three types of samples were manufactured, including a sample (referred to as sample C) to which 5% by weight was added in terms of weight. Other manufacturing conditions were the same as in the first embodiment. The reference gas and the test gas were the same as in the first embodiment.
【0025】本実施例の各サンプルについて、ヒーター
21によりガス検知部17を加熱して、その動作温度を
160°C〜380°Cとし、各被検ガスと基準ガスの
雰囲気中におけるガス検知部17の抵抗値を測定した。
図8、9、10、11および12に示されるグラフは、
それぞれH2 (2000ppm)、CO(2000pp
m)、CO2 (3%)、CH4 (2000ppm)およ
びエタノール(200ppm)を被検ガスとする、ガス
検知部17の温度と、基準ガスと被検ガスの雰囲気中に
おいて得られたガス検知部17の抵抗値(Rgas)から求
められたガス検知感度との関係を示す。これら各図にお
いて、符号A、BおよびCとして示される特性は、それ
ぞれガス検知部のサンプルA、BおよびCにおける特性
を示している。これらのグラフを参照することにより、
ガス検知部17については、サンプルAと比較してサン
プルBおよびサンプルCのガス検知特性が近い特性であ
ることがわかる。また、図12により、ガス検知部17
の温度が250°C以上になると、エタノールに対する
ガス検知感度が略々無くなっていることが読みとれる。
また図8、図9および図10によると、サンプルBおよ
びサンプルCのH2に対するガス検知感度が高いことが
わかる。これらの図8〜図12より、ガス検知部17の
温度を290℃以上に保持することが、H2 選択性が良
好な温度範囲であることがわかる。従って、ガス検知部
17としては、その温度を290℃以上に保持すること
が好ましい。他方、図13は、ガス検知部17のサンプ
ルBの温度−抵抗値(Rgas)特性である。図13より明
らかなように、ガス検知感度とは別に、ガス検知部17
の温度が高くなり過ぎると抵抗値(Rgas)が低下するこ
とから、ガスセンサとして用いる場合には、ガス検知部
17の温度は400℃以下に抑えることが好ましい。For each sample of the present embodiment, the gas detector 17 is heated by the heater 21 to an operating temperature of 160 ° C. to 380 ° C., and the gas detector in the atmosphere of each test gas and the reference gas is heated. 17 were measured.
The graphs shown in FIGS. 8, 9, 10, 11 and 12 are:
H2 (2000 ppm) and CO (2000 pp
m), CO2 (3%), CH4 (2000 ppm) and ethanol (200 ppm) as test gases, the temperature of the gas detector 17 and the gas detector 17 obtained in the atmosphere of the reference gas and the test gas. 3 shows the relationship with the gas detection sensitivity obtained from the resistance value (Rgas) of FIG. In each of these figures, the characteristics indicated by reference signs A, B, and C indicate the characteristics of samples A, B, and C of the gas detection unit, respectively. By referring to these graphs,
As for the gas detection unit 17, it can be seen that the gas detection characteristics of the sample B and the sample C are closer to those of the sample A. Further, according to FIG.
It can be seen that when the temperature of the liquid crystal becomes 250 ° C. or higher, the gas detection sensitivity to ethanol is substantially lost.
8, 9, and 10 show that Sample B and Sample C have high gas detection sensitivity to H2. 8 to 12 that maintaining the temperature of the gas detection unit 17 at 290 ° C. or higher is a temperature range in which the H 2 selectivity is good. Therefore, it is preferable that the temperature of the gas detector 17 be maintained at 290 ° C. or higher. On the other hand, FIG. 13 shows a temperature-resistance (Rgas) characteristic of the sample B of the gas detection unit 17. As is clear from FIG. 13, the gas detection unit 17 is provided separately from the gas detection sensitivity.
When the temperature is too high, the resistance value (Rgas) decreases. Therefore, when used as a gas sensor, the temperature of the gas detection unit 17 is preferably suppressed to 400 ° C. or less.
【0026】即ち、本発明においては、他の一酸化炭
素、エタノール、二酸化炭素およびメタン等のガスが共
存する環境においても、これらのガスの存在には影響さ
れることなく、H2 の存在によりガス検知部の抵抗値が
著しく増大するという特徴がある。従って、本発明のガ
スセンサによれば、該ガス検知部の抵抗値を測定するこ
とにより、前記他のガスの存在に関係なくH2 の存在と
濃度とを選択的に検知することができる。That is, in the present invention, even in an environment where other gases such as carbon monoxide, ethanol, carbon dioxide, and methane coexist, the presence of H2 makes the gas unaffected by the presence of these gases. There is a feature that the resistance value of the detection unit is significantly increased. Therefore, according to the gas sensor of the present invention, the presence and concentration of H2 can be selectively detected regardless of the presence of the other gas by measuring the resistance value of the gas detection unit.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ガス検
知部を、CuOを主成分とし、該CuOにAgを含む物
質を添加して生成される部材により形成し、当該ガス検
知部の抵抗値が、H2 の存在により顕著に変化する特性
を利用することにより、他のガスによる影響を受けるこ
となく、周辺における微量のH2 の存在を的確に検知す
ることができるという効果がある。As described above, according to the present invention, the gas detecting portion is formed by a member formed by adding a substance containing Ag to CuO and containing CuO as a main component. By utilizing the characteristic that the resistance value changes remarkably due to the presence of H2, there is an effect that the presence of a small amount of H2 in the periphery can be accurately detected without being affected by other gases.
【0028】また、H2 を選択的に検知するガス検知感
度が格段に高いために、安全対策上、微量のH2 をも検
知することを必要とする環境条件下において、本発明の
ガスセンサの利用により、該H2 の存在に起因する事故
または障害を未然に防止することができるという効果が
ある。Further, since the gas detection sensitivity for selectively detecting H2 is extremely high, the gas sensor of the present invention can be used under environmental conditions that require detection of even a small amount of H2 for safety measures. In addition, it is possible to prevent an accident or a trouble caused by the presence of H2.
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す外観図であ
る。FIG. 1 is an external view showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】被検ガスのガス検知感度を測定するガス検知感
度測定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a gas detection sensitivity measurement device that measures the gas detection sensitivity of a test gas.
【図3】添加物がないガス検知部による、ガス検知感度
の温度依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependency of gas detection sensitivity by a gas detection unit having no additive.
【図4】前記第1の実施例における、ガス検知部による
ガス検知感度の温度依存性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of the gas detection sensitivity of the gas detector in the first embodiment.
【図5】第2の実施例における、H2 およびCOの濃度
変化に対応する検知感度測定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing measurement results of detection sensitivity corresponding to changes in the concentrations of H2 and CO in the second embodiment.
【図6】前記第2の実施例において、被検ガス加湿時に
おける、H2 およびCOの濃度変化に対応する検知感度
測定結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of detection sensitivity corresponding to a change in the concentration of H2 and CO when the test gas is humidified in the second embodiment.
【図7】本発明の第3の実施例の構成を示す外観図であ
る。FIG. 7 is an external view showing the configuration of a third embodiment of the present invention.
【図8】前記第3の実施例のサンプルA、BおよびCに
よる、H2 のセンサ温度変化に対応する検知感度測定結
果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing measurement results of detection sensitivity corresponding to a change in H2 sensor temperature by using samples A, B, and C of the third embodiment.
【図9】前記第3の実施例のサンプルA、BおよびCに
よる、COのセンサ温度変化に対応する検知感度測定結
果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing measurement results of detection sensitivities of samples A, B and C according to the third embodiment, which correspond to changes in the CO sensor temperature.
【図10】前記第3の実施例のサンプルA、BおよびC
による、CO2 のセンサ温度変化に対応する検知感度測
定結果を示す図である。FIG. 10 shows samples A, B and C of the third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of detection sensitivity corresponding to a change in sensor temperature of CO2 according to FIG.
【図11】前記第3の実施例のサンプルA、BおよびC
による、CH4 のセンサ温度変化に対応する検知感度測
定結果を示す図である。FIG. 11 shows samples A, B and C of the third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of detection sensitivity corresponding to a change in sensor temperature of CH4.
【図12】前記第3の実施例のサンプルA、BおよびC
による、エタノールのセンサ温度変化に対応する検知感
度測定結果を示す図である。FIG. 12 shows samples A, B and C of the third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of detection sensitivity corresponding to a change in the sensor temperature of ethanol according to the embodiment.
【図13】前記第3の実施例のサンプルBにおけるセン
サ温度変化に対応する抵抗値変化測定結果を示す図であ
る。FIG. 13 is a diagram showing a measurement result of a resistance value change corresponding to a sensor temperature change in Sample B of the third embodiment.
【図14】従来例の構成を示す外観図である。FIG. 14 is an external view showing a configuration of a conventional example.
1、17、22 ガス検知部 2 測定端子 3,20、25 基板 4 選択切替電磁弁 5,6 流量計 7 パーミエータ 8 管状炉 9 ガスセンサ 10 デジタルマルチメータ 11 パーソナルコンピュータ 12 外部記憶装置 13 コントローラ 14 温度コントローラ 15 ヒータ 16 リレー 18,19、23、24 櫛形電極 21 ヒーター 1, 17, 22 Gas detection unit 2 Measurement terminal 3, 20, 25 Substrate 4 Selection switching solenoid valve 5, 6 Flow meter 7 Permeator 8 Tubular furnace 9 Gas sensor 10 Digital multimeter 11 Personal computer 12 External storage device 13 Controller 14 Temperature controller 15 Heater 16 Relay 18, 19, 23, 24 Comb-shaped electrode 21 Heater
フロントページの続き (72)発明者 蓮見 一久 神奈川県小田原市久野2480番地 株式会社 ミクニ小田原事業所内 Fターム(参考) 2G046 AA05 AA11 BA01 BB02 BC04 BE03 CA09 DB05 DC16 DC17 EA04 EB06 FB02 FC01 FE02 FE11 Continued on the front page (72) Inventor Kazuhisa Hasumi 2480 Kuno, Odawara-shi, Kanagawa F-term in Mikuni Odawara Works (reference) 2G046 AA05 AA11 BA01 BB02 BC04 BE03 CA09 DB05 DC16 DC17 EA04 EB06 FB02 FC01 FE02 FE11
Claims (7)
部に備え、該ガス検知部の抵抗値変化を利用してガスの
存在を検知する形式のガスセンサにおいて、前記CuO
にAgを含む物質を添加したことを特徴とするガスセン
サ。1. A gas sensor in which a semiconductor mainly composed of CuO is provided in a gas detecting section, and the presence of gas is detected by utilizing a change in the resistance value of the gas detecting section.
A gas sensor, wherein a substance containing Ag is added to the gas sensor.
ことを特徴とする請求項1記載のガスセンサ。2. The gas sensor according to claim 1, wherein the substance containing Ag is an Ag compound.
あることを特徴とする請求項2記載のガスセンサ。3. The gas sensor according to claim 2, wherein said Ag compound is silver oxide (Ag 2 O).
が、主成分のCuOに対して、1重量%以上30重量%
以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載
のガスセンサ。4. The weight of the Ag element added to the CuO is 1% by weight or more and 30% by weight based on the main component CuO.
The gas sensor according to claim 1, 2 or 3, wherein:
部の温度を200°C以上に保持するための加熱手段を
備えたことを特徴とする請求項1、2、3または4記載
のガスセンサ。5. The apparatus according to claim 1, further comprising heating means for heating said gas detecting section and maintaining the temperature of said gas detecting section at 200 ° C. or higher. Gas sensor.
ガス検知部の好ましい温度が、290°C以上に指定さ
れることを特徴とする請求項5記載のガスセンサ。6. The gas sensor according to claim 5, wherein a preferable temperature of the gas detection unit heated and held by the heating unit is specified to be 290 ° C. or higher.
ガス検知部の温度が、400°C以下に指定されること
を特徴とする請求項5または6記載のガスセンサ。7. The gas sensor according to claim 5, wherein a temperature of the gas detection unit heated and held by the heating unit is specified to be 400 ° C. or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11142385A JP2000329737A (en) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11142385A JP2000329737A (en) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | Gas sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=15314145
Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2000329737A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007333625A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Casio Comput Co Ltd | Hydrogen sensor, dynamo device and electronic device |
-
1999
- 1999-05-21 JP JP11142385A patent/JP2000329737A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007333625A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Casio Comput Co Ltd | Hydrogen sensor, dynamo device and electronic device |
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