JP2001013098A - ガス測定方法 - Google Patents
ガス測定方法Info
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- JP2001013098A JP2001013098A JP11184868A JP18486899A JP2001013098A JP 2001013098 A JP2001013098 A JP 2001013098A JP 11184868 A JP11184868 A JP 11184868A JP 18486899 A JP18486899 A JP 18486899A JP 2001013098 A JP2001013098 A JP 2001013098A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い再現性を達成するとともに、測定時間を
短縮化する。 【解決手段】 金属酸化物半導体を感応膜としたガスセ
ンサ１３を備えたフローセル１２に流路２を介して試料
ガスを導入する前に、切替バルブ１１によりフローセル
１２と流路８とを接続し、基準ガスを導入する。基準ガ
スを導入すると、その直前のベース抵抗に拘わらずガス
センサ１３のベース抵抗が安定するため、ベース抵抗が
自発的に回復するまで待つ必要がなく、しかも再現性の
高い測定を行うことができる。
短縮化する。 【解決手段】 金属酸化物半導体を感応膜としたガスセ
ンサ１３を備えたフローセル１２に流路２を介して試料
ガスを導入する前に、切替バルブ１１によりフローセル
１２と流路８とを接続し、基準ガスを導入する。基準ガ
スを導入すると、その直前のベース抵抗に拘わらずガス
センサ１３のベース抵抗が安定するため、ベース抵抗が
自発的に回復するまで待つ必要がなく、しかも再現性の
高い測定を行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極間に設けた感
応膜にガス中の対象成分が付着した際の、電極間の電気
的変化を測定するガスセンサを用いたガス測定方法に関
する。本発明が対象とするガスセンサは、例えばにおい
成分を測定するにおい測定装置に利用することができ、
食品や香料の品質検査、悪臭公害の定量測定、焦げ臭検
知による火災警報機、更には、人物の追跡、識別、認証
や薬物検査等の犯罪捜査など、幅広い分野に用いること
ができる。
応膜にガス中の対象成分が付着した際の、電極間の電気
的変化を測定するガスセンサを用いたガス測定方法に関
する。本発明が対象とするガスセンサは、例えばにおい
成分を測定するにおい測定装置に利用することができ、
食品や香料の品質検査、悪臭公害の定量測定、焦げ臭検
知による火災警報機、更には、人物の追跡、識別、認証
や薬物検査等の犯罪捜査など、幅広い分野に用いること
ができる。
【０００２】
【従来の技術】においセンサとして利用されるガスセン
サは、空気（又は供給されたガス）中に含まれるにおい
物質がセンサの感応面に付着することにより生ずる該セ
ンサの物理的変化を電気的（又は光学的）に測定するも
のである。
サは、空気（又は供給されたガス）中に含まれるにおい
物質がセンサの感応面に付着することにより生ずる該セ
ンサの物理的変化を電気的（又は光学的）に測定するも
のである。
【０００３】このようなガスセンサとして、感応膜に金
属酸化物半導体を用い、その抵抗値変化を利用するもの
が実用化されている。このガスセンサでは、感応膜を高
温（３５０℃以上）に加熱しておき、該膜表面に付着し
た成分分子との間で酸化還元反応を生じさせる。その反
応過程で電子の移動が起こり、感応膜中の電子密度や空
乏層の厚さが変化して電気抵抗が変化する。
属酸化物半導体を用い、その抵抗値変化を利用するもの
が実用化されている。このガスセンサでは、感応膜を高
温（３５０℃以上）に加熱しておき、該膜表面に付着し
た成分分子との間で酸化還元反応を生じさせる。その反
応過程で電子の移動が起こり、感応膜中の電子密度や空
乏層の厚さが変化して電気抵抗が変化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなガスセンサ
では、一旦、試料ガスに暴露されると、感応膜中におい
て上述のような物理的変化が生じるため、試料ガスが取
り除かれたあとも、完全に元の抵抗値に戻るまでに時間
を要する。また、上記ガスセンサは複数種類の成分に対
して応答を示すが、そのときのピーク抵抗値は成分に応
じてそれぞれ相違する。そのため、或る試料ガスに暴露
されて抵抗値が変化したあと元の抵抗値まで復帰するの
に要する時間は、試料ガスの種類に依って大きく相違す
る。
では、一旦、試料ガスに暴露されると、感応膜中におい
て上述のような物理的変化が生じるため、試料ガスが取
り除かれたあとも、完全に元の抵抗値に戻るまでに時間
を要する。また、上記ガスセンサは複数種類の成分に対
して応答を示すが、そのときのピーク抵抗値は成分に応
じてそれぞれ相違する。そのため、或る試料ガスに暴露
されて抵抗値が変化したあと元の抵抗値まで復帰するの
に要する時間は、試料ガスの種類に依って大きく相違す
る。
【０００５】このようなことから、複数種類の試料ガス
を順次測定するには、或る試料ガスの測定を行ったあと
に抵抗値がほぼ元の抵抗値に戻るのに十分な時間が経過
するまで待って、次の試料ガスの測定を実行する必要が
ある。自動的に所定時間間隔毎に試料ガスをガスセンサ
に導入して測定を実行する場合には、元の抵抗値に復帰
するのに最も時間を要する場合を想定して所定時間間隔
を決める必要がある。
を順次測定するには、或る試料ガスの測定を行ったあと
に抵抗値がほぼ元の抵抗値に戻るのに十分な時間が経過
するまで待って、次の試料ガスの測定を実行する必要が
ある。自動的に所定時間間隔毎に試料ガスをガスセンサ
に導入して測定を実行する場合には、元の抵抗値に復帰
するのに最も時間を要する場合を想定して所定時間間隔
を決める必要がある。
【０００６】効率的な測定を行うには、所定時間間隔毎
に測定を行うのではなく、ガスセンサの抵抗値を常時モ
ニタリングし、その抵抗値が所定の値まで復帰した時点
で次の試料ガスを導入するという制御を行うという方法
も考えられる。しかしながら、この方法では測定間隔を
一定にすることができない。また、試料ガスの種類や濃
度が濃い場合には抵抗値が所定時間復帰するまでにかな
りの時間を要するという点では上記方法と何ら変わるこ
とはなく、大きな時間短縮は困難である。
に測定を行うのではなく、ガスセンサの抵抗値を常時モ
ニタリングし、その抵抗値が所定の値まで復帰した時点
で次の試料ガスを導入するという制御を行うという方法
も考えられる。しかしながら、この方法では測定間隔を
一定にすることができない。また、試料ガスの種類や濃
度が濃い場合には抵抗値が所定時間復帰するまでにかな
りの時間を要するという点では上記方法と何ら変わるこ
とはなく、大きな時間短縮は困難である。
【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、短い時
間間隔で、複数回の測定を高い再現性をもって実現する
ことができるガス測定方法を提供することにある。
成されたものであり、その目的とするところは、短い時
間間隔で、複数回の測定を高い再現性をもって実現する
ことができるガス測定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この種のガスセンサで
は、通常、試料ガスをセンサに暴露する直前の抵抗値
と、暴露したあとのピーク抵抗値との比又は差に基づい
て濃度を算出している。複数種類の試料成分を順次測定
して、濃度の比較を行う場合には、暴露直前の抵抗値を
或る一定値にすることが重要である。そこで、本発明に
係るガス測定方法は、絶縁基板上に形成した二個以上の
電極間に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が
付着した際の電極間の電気的変化を測定するガスセンサ
を用いたガス測定方法であって、複数種類の試料ガスを
順次前記ガスセンサに導入して測定を行う際に、各試料
ガスをガスセンサに導入するに先立って基準ガスを該ガ
スセンサに暴露させてベース抵抗を所定値近傍に安定化
させることを特徴としている。
は、通常、試料ガスをセンサに暴露する直前の抵抗値
と、暴露したあとのピーク抵抗値との比又は差に基づい
て濃度を算出している。複数種類の試料成分を順次測定
して、濃度の比較を行う場合には、暴露直前の抵抗値を
或る一定値にすることが重要である。そこで、本発明に
係るガス測定方法は、絶縁基板上に形成した二個以上の
電極間に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が
付着した際の電極間の電気的変化を測定するガスセンサ
を用いたガス測定方法であって、複数種類の試料ガスを
順次前記ガスセンサに導入して測定を行う際に、各試料
ガスをガスセンサに導入するに先立って基準ガスを該ガ
スセンサに暴露させてベース抵抗を所定値近傍に安定化
させることを特徴としている。
【０００９】ここで、基準ガスは上記ガスセンサが応答
特性を有するものであれば種々のものを利用することが
できるが、ガスセンサの感応膜に付着した成分が長く感
応膜に残ると元の抵抗値に復帰しにくいことから、吸着
性が低いものが好ましい。
特性を有するものであれば種々のものを利用することが
できるが、ガスセンサの感応膜に付着した成分が長く感
応膜に残ると元の抵抗値に復帰しにくいことから、吸着
性が低いものが好ましい。
【００１０】また、ガスセンサは、感応膜に金属酸化物
半導体を用いたセンサとすることができるほか、ポリピ
ロールなどの導電性高分子を感応膜としたセンサなどで
もよい。
半導体を用いたセンサとすることができるほか、ポリピ
ロールなどの導電性高分子を感応膜としたセンサなどで
もよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガス測定方法
の一実施形態を説明する。図１は、本実施形態のガス測
定方法を実現するためのガス測定装置の構成図である。
試料ガス導入部１では、清浄空気が流通する第１流路２
にバルブ３、４を介してそれぞれ試料ガスＡ容器５と試
料ガスＢ容器６とが接続されている。基準ガス導入部７
では、清浄空気が流通する第２流路８にバルブ９を介し
て基準ガス容器１０が接続されている。バルブ３、４、
９の操作により、清浄空気中に適宜量の試料ガスＡ、試
料ガスＢ又は基準ガスが混入されるようになっている。
の一実施形態を説明する。図１は、本実施形態のガス測
定方法を実現するためのガス測定装置の構成図である。
試料ガス導入部１では、清浄空気が流通する第１流路２
にバルブ３、４を介してそれぞれ試料ガスＡ容器５と試
料ガスＢ容器６とが接続されている。基準ガス導入部７
では、清浄空気が流通する第２流路８にバルブ９を介し
て基準ガス容器１０が接続されている。バルブ３、４、
９の操作により、清浄空気中に適宜量の試料ガスＡ、試
料ガスＢ又は基準ガスが混入されるようになっている。
【００１２】第１、第２流路２、８は切替バルブ１１に
よって択一的にフローセル１２に接続される。フローセ
ル１２内には金属酸化物半導体の感応膜を有するガスセ
ンサ１３が配設され、そのガスセンサ１３の電極間の抵
抗値を測定部１４により検出している。フローセル１２
の出口側流路上にはポンプ１５が設けられ、このポンプ
１５の吸引により第１、第２流路２、８を介してフロー
セル１２に上記ガスが流通するようになっている。制御
部１６は、後述のような測定を達成するために、バルブ
３、４、９、切替バルブ１１、ポンプ１５などの動作を
制御している。
よって択一的にフローセル１２に接続される。フローセ
ル１２内には金属酸化物半導体の感応膜を有するガスセ
ンサ１３が配設され、そのガスセンサ１３の電極間の抵
抗値を測定部１４により検出している。フローセル１２
の出口側流路上にはポンプ１５が設けられ、このポンプ
１５の吸引により第１、第２流路２、８を介してフロー
セル１２に上記ガスが流通するようになっている。制御
部１６は、後述のような測定を達成するために、バルブ
３、４、９、切替バルブ１１、ポンプ１５などの動作を
制御している。
【００１３】上記ガス測定装置における基本的な測定方
法は次の通りである。まず、切替バルブ１１によりフロ
ーセル１２に第２流路８を接続し、バルブ９を開放して
第２流路８に流れる清浄空気中に基準ガスを混入させ、
この基準ガスをフローセル１２に時間Ｔ1の期間だけ流
通させる。そのあとバルブ９を閉鎖し、清浄空気のみを
時間Ｔ2期間流す。ガスセンサ１３が基準ガスに暴露さ
れると、基準ガス中の成分がガスセンサ１３の感応膜に
付着して抵抗が変化するが、引き続いて清浄空気のみに
暴露されると、その抵抗はベース抵抗値に戻る。
法は次の通りである。まず、切替バルブ１１によりフロ
ーセル１２に第２流路８を接続し、バルブ９を開放して
第２流路８に流れる清浄空気中に基準ガスを混入させ、
この基準ガスをフローセル１２に時間Ｔ1の期間だけ流
通させる。そのあとバルブ９を閉鎖し、清浄空気のみを
時間Ｔ2期間流す。ガスセンサ１３が基準ガスに暴露さ
れると、基準ガス中の成分がガスセンサ１３の感応膜に
付着して抵抗が変化するが、引き続いて清浄空気のみに
暴露されると、その抵抗はベース抵抗値に戻る。
【００１４】このようにしてガスセンサ１３の抵抗を所
定のベース抵抗値近傍に安定化させたあと、切替バルブ
１１によりフローセル１２に第１流路２を接続し、バル
ブ３又はバルブ４を開放して、試料ガスＡ又は試料ガス
Ｂの何れかを第１流路２に流れる清浄空気中に混入さ
せ、この試料ガスをフローセル１２に時間Ｔ1の期間だ
け流通させる。そのあとバルブ９を閉鎖し、清浄空気の
みを時間Ｔ2期間流す。ガスセンサ１３が試料ガスに暴
露されると、試料ガス中の成分がガスセンサ１３の感応
膜に付着して抵抗が変化するから、測定部１４は変化し
た際のピーク抵抗値を取得する。なお、測定部１４は、
フローセル１２に試料ガスを導入する直前の抵抗値をベ
ース抵抗値として取得しておく。
定のベース抵抗値近傍に安定化させたあと、切替バルブ
１１によりフローセル１２に第１流路２を接続し、バル
ブ３又はバルブ４を開放して、試料ガスＡ又は試料ガス
Ｂの何れかを第１流路２に流れる清浄空気中に混入さ
せ、この試料ガスをフローセル１２に時間Ｔ1の期間だ
け流通させる。そのあとバルブ９を閉鎖し、清浄空気の
みを時間Ｔ2期間流す。ガスセンサ１３が試料ガスに暴
露されると、試料ガス中の成分がガスセンサ１３の感応
膜に付着して抵抗が変化するから、測定部１４は変化し
た際のピーク抵抗値を取得する。なお、測定部１４は、
フローセル１２に試料ガスを導入する直前の抵抗値をベ
ース抵抗値として取得しておく。
【００１５】而して、上記ガス測定装置では、基準ガス
→試料ガスＡ→基準ガス→試料ガスＢというように、試
料ガスを測定する前に必ずガスセンサ１３を基準ガスに
暴露し、ベース抵抗の安定化を図る。
→試料ガスＡ→基準ガス→試料ガスＢというように、試
料ガスを測定する前に必ずガスセンサ１３を基準ガスに
暴露し、ベース抵抗の安定化を図る。
【００１６】上記ガス測定装置による具体的な測定を一
例を挙げて説明する。本例は、基準ガスとしてヘプタ
ン、試料ガスとしてブタノール及び酢酸ブチルを用い
た。また、Ｔ1＝３０秒、Ｔ2＝７分３０秒とした合計８
分を１サイクルとし、ヘプタン→酢酸ブチル→ヘプタン
→ブタノール→ヘプタン→酢酸ブチル→ヘプタン→ブタ
ノールというように、２種類の試料ガスの測定をそれぞ
れ２回繰り返した。この測定結果を図２に示す。
例を挙げて説明する。本例は、基準ガスとしてヘプタ
ン、試料ガスとしてブタノール及び酢酸ブチルを用い
た。また、Ｔ1＝３０秒、Ｔ2＝７分３０秒とした合計８
分を１サイクルとし、ヘプタン→酢酸ブチル→ヘプタン
→ブタノール→ヘプタン→酢酸ブチル→ヘプタン→ブタ
ノールというように、２種類の試料ガスの測定をそれぞ
れ２回繰り返した。この測定結果を図２に示す。
【００１７】ブタノールと酢酸ブチルとはピーク抵抗が
大きく相違しているため、ブタノールの測定後にはベー
ス抵抗が大きく変動する。しかしながら、引き続いてヘ
プタンを測定することにより、ベース抵抗を図２に示す
ように安定させ、その状態で次の酢酸ブチルの測定を行
うことができる。
大きく相違しているため、ブタノールの測定後にはベー
ス抵抗が大きく変動する。しかしながら、引き続いてヘ
プタンを測定することにより、ベース抵抗を図２に示す
ように安定させ、その状態で次の酢酸ブチルの測定を行
うことができる。
【００１８】上述の測定により得られたベース抵抗及び
ピーク抵抗を表１に示す。また、比較対照のため、基準
ガスを暴露させずに酢酸ブチルとブタノールとを交互に
測定した結果を表２に示す。
ピーク抵抗を表１に示す。また、比較対照のため、基準
ガスを暴露させずに酢酸ブチルとブタノールとを交互に
測定した結果を表２に示す。
【表１】
【表２】
【００１９】ガス応答特性はベース抵抗値とピーク抵抗
値の比でもって計算するため、表２に示したように酢酸
ブチルとブタノールのベース抵抗が大きく相違している
と、応答特性を正確に求めることができない。それに対
し、本実施形態によるガス測定方法によれば、表１に示
すようにベース抵抗が安定しているので、応答特性が正
確に求まり、異なる種類の試料ガスに対する結果を比較
することができる。
値の比でもって計算するため、表２に示したように酢酸
ブチルとブタノールのベース抵抗が大きく相違している
と、応答特性を正確に求めることができない。それに対
し、本実施形態によるガス測定方法によれば、表１に示
すようにベース抵抗が安定しているので、応答特性が正
確に求まり、異なる種類の試料ガスに対する結果を比較
することができる。
【００２０】なお、上記実施形態はガスセンサを１個の
み設けた例であるが、感応膜の種類が相違する複数のガ
スセンサを用い、それらガスセンサで測定した抵抗値を
統合的に信号処理することによりガスの特定を行うよう
なにおい測定装置にも本発明を適用することができる。
み設けた例であるが、感応膜の種類が相違する複数のガ
スセンサを用い、それらガスセンサで測定した抵抗値を
統合的に信号処理することによりガスの特定を行うよう
なにおい測定装置にも本発明を適用することができる。
【００２１】また、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜の修正や変更をを行なえることは明
らかである。
の趣旨の範囲で適宜の修正や変更をを行なえることは明
らかである。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係るガス測定方法によれば、ガ
スセンサのベース抵抗を安定化した状態で試料ガスが測
定されるので、測定の正確性や再現性が向上する。ま
た、或る試料ガスを測定したあとにベース抵抗が完全に
回復するまで待つ必要がないので、測定を効率的に行う
ことができる。また、試料ガスをガスセンサに暴露した
際のベース抵抗の回復時間がばらついている場合でも、
同一の時間間隔でもって測定を行うことができるので、
自動測定に好適である。
スセンサのベース抵抗を安定化した状態で試料ガスが測
定されるので、測定の正確性や再現性が向上する。ま
た、或る試料ガスを測定したあとにベース抵抗が完全に
回復するまで待つ必要がないので、測定を効率的に行う
ことができる。また、試料ガスをガスセンサに暴露した
際のベース抵抗の回復時間がばらついている場合でも、
同一の時間間隔でもって測定を行うことができるので、
自動測定に好適である。
【図１】 本発明のガス測定方法を実現するガス測定装
置の構成図。
置の構成図。
【図２】 本ガス測定方法による実測結果の一例を示す
図。
図。
１…試料ガス導入部 ２、８…清浄空気の流路 ３、４、９…バルブ ５、６…試料ガス容器 ７…基準ガス導入部 １０…基準ガス容器 １１…切替バルブ １２…フローセル １３…ガスセンサ １４…測定部 １５…ポンプ １６…制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 光良 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 中野 博司 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 木下 太生 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 Ｆターム(参考） 2G046 AA23 BA01 BB02 BG04 CA02 DA01 DC14 EB01 FA01 FA04 FB02
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基板上に形成した二個以上の電極間
に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が付着し
た際の電極間の電気的変化を測定するガスセンサを用い
たガス測定方法であって、複数種類の試料ガスを順次前
記ガスセンサに導入して測定を行う際に、各試料ガスを
ガスセンサに導入するに先立って基準ガスを該ガスセン
サに暴露させてベース抵抗を所定値近傍に安定化させる
ことを特徴とするガス測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11184868A JP2001013098A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | ガス測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11184868A JP2001013098A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | ガス測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001013098A true JP2001013098A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16160727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11184868A Pending JP2001013098A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | ガス測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001013098A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003098139A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-03 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知器 |
| JP2006194853A (ja) * | 2005-01-10 | 2006-07-27 | Univ Of Warwick | ガス検知半導体装置 |
| JP2006300635A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Shimadzu Corp | におい測定装置 |
-
1999
- 1999-06-30 JP JP11184868A patent/JP2001013098A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003098139A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-03 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知器 |
| JP2006194853A (ja) * | 2005-01-10 | 2006-07-27 | Univ Of Warwick | ガス検知半導体装置 |
| JP2006300635A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Shimadzu Corp | におい測定装置 |
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