JP2001141682A - 気体熱伝導式ガス検知装置及び低分子量ガス検知用補償素子 - Google Patents

気体熱伝導式ガス検知装置及び低分子量ガス検知用補償素子

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JP2001141682A
JP2001141682A JP31827699A JP31827699A JP2001141682A JP 2001141682 A JP2001141682 A JP 2001141682A JP 31827699 A JP31827699 A JP 31827699A JP 31827699 A JP31827699 A JP 31827699A JP 2001141682 A JP2001141682 A JP 2001141682A
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gas
molecular weight
low molecular
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measured
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Kiyoshi Fukui
清 福井
Shunichi Nakamura
俊一 中村
Yasukuni Kichiei
康城 吉栄
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New Cosmos Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低分子量ガスの濃度をより正確に求めること
が出来る気体熱伝導式ガス検知装置を提供すること。 【解決手段】 雰囲気ガスとの熱収支により抵抗値の変
化する第一抵抗体1aからなる検知素子1を設け、前記
第一抵抗体1aと熱的に等価な第二抵抗体2aを低分子
量ガス雰囲気下に密封してある補償素子2とを、低分子
量ガスを含有する測定対象ガスが流通可能な流通路5
に、前記測定対象ガスに接触自在に設けて、前記検知素
子1と補償素子2との抵抗値変化の相違に基づき測定対
象ガス中の低分子量ガスの濃度を求める濃度出力部3を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気ガスとの熱
収支により抵抗値の変化する第一抵抗体からなる検知素
子を設け、前記第一抵抗体と熱的に等価な第二抵抗体を
標準ガス雰囲気下に密封してある補償素子とを、低分子
量ガスを含有する測定対象ガスが流通可能な流通路に、
前記測定対象ガスに接触自在に設けて、前記検知素子と
補償素子との抵抗値変化の相違に基づき測定対象ガス中
の低分子量ガスの濃度を求める気体熱伝導式ガス検知装
置およびその気体熱伝導式ガス検知装置に用いられる低
分子量ガス検知用補償素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の気体熱伝導式ガス検知装
置に用いられる補償素子としては、雰囲気ガスとの熱収
支により抵抗値の変化する第一抵抗体からなる検知素子
に対して、前記第一抵抗体と熱的に等価な第二抵抗体を
標準空気雰囲気下に密封してある補償素子が用いられて
おり、この補償素子を備えた気体熱伝導式ガス検知装置
は、特に、空気中の数%レベルの濃度の被検知ガスの濃
度を求めるのに有効に用いられている。また、このよう
なガス検知装置は、熱伝導を基に濃度を求めるものであ
るから、被検知ガスのガス種によらず、その濃度を求め
ることが出来る物として有用である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような気
体熱伝導式ガス検知装置は、測定対象ガスの熱伝導率
と、前記標準空気の熱伝導率との差に基づき、前記第
一、第二抵抗体に温度差が生じ、その抵抗値に差が生じ
るという現象を用いているために、前記測定対象ガスの
種類や、その温度によっては、常温における前記標準空
気の熱伝導率と、実際の測定対象ガスの温度における前
記標準空気の熱伝導率との差が、常温における測定対象
ガスの熱伝導率と、実際の測定条件下での前記測定対象
ガスの熱伝導率との差と一致するとは限らず、特に、水
素やヘリウムといった低分子量ガスの熱伝導率が高く、
しかも、その温度依存性が非常に大きな被検知ガスを対
象とする濃度測定を行う場合には、前記熱伝導率に大き
な温度依存性が生じ、正確な被検知ガス濃度を求めるこ
とが出来ない場合が想定されていた。
【0004】特に、爆発上限界以上の高濃度の水素ガス
を用い、その水素ガスへの空気(酸素)混入による水素
濃度低下を監視しなければならないような状況などで
は、前記水素ガスを含有する測定対象ガスと前記標準空
気とで熱伝導率の温度依存性が大きく異なることにな
り、前記第一、第二抵抗体の抵抗値変化の水素ガス濃度
依存性も、変化してしまい、前記測定対象ガスの温度に
よって同じ濃度の水素ガスであっても、異なる出力を示
すことになり、管理状況によっては正確な濃度管理に支
障をきたす恐れが想定されるのである。つまり、気体熱
伝導式ガス検知装置を高濃度の低分子量ガスを監視する
のに用いることは出来なかったのである。
【0005】また一方、半導体式等他の形式のガス検知
装置についても、特に高濃度の低分子量ガスに適したも
のが知られていない現状にあり、さらに、たとえば水素
ガスに対しては、使用形態における防爆等の安全性から
も、化学反応を利用した素子は好ましくなく、ヘリウム
などの不活性ガスについては化学反応を利用した検知方
法は適用することが出来ないという実状がある。
【0006】従って、本発明の目的は、上記実状に鑑
み、低分子量ガスの濃度をより正確に求めることが出来
る気体熱伝導式ガス検知装置を提供することにあり、特
に、測定対象ガスの温度に対する前記補償素子の依存性
を減少させることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の低分子量ガス検知用補償素子の特徴構成は、
雰囲気ガスとの熱収支により抵抗値の変化する第一抵抗
体からなる検知素子を設け、前記第一抵抗体と熱的に等
価な第二抵抗体を標準ガス雰囲気下に密封してある補償
素子とを、低分子量ガスを含有する測定対象ガスが流通
可能な流通路に、前記測定対象ガスに接触自在に設け
て、前記検知素子と補償素子との抵抗値変化の相違に基
づき測定対象ガス中の低分子量ガスの濃度を求める気体
熱伝導式ガス検知装置における低分子量ガス検知用補償
素子であって、前記標準ガスが低分子量ガスである点に
あり、この目的を達成するための本発明の低分子量ガス
検知用補償素子の特徴構成は、雰囲気ガスとの熱収支に
より抵抗値の変化する第一抵抗体からなる検知素子を設
け、前記第一抵抗体と熱的に等価な第二抵抗体を低分子
量ガス雰囲気下に密封してある補償素子とを、低分子量
ガスを含有する測定対象ガスが流通可能な流通路に、前
記測定対象ガスに接触自在に設けて、前記検知素子と補
償素子との抵抗値変化の相違に基づき測定対象ガス中の
低分子量ガスの濃度を求める濃度出力部を備えた点にあ
る。
【0008】〔作用効果〕つまり、雰囲気ガスとの熱収
支により抵抗値の変化する第一抵抗体からなる検知素子
を設け、前記第一抵抗体と熱的に等価な第二抵抗体を標
準ガス雰囲気下に密封してある補償素子とを、低分子量
ガスを含有する測定対象ガスが流通可能な流通路に、前
記測定対象ガスに接触自在に設けて、前記検知素子と補
償素子との抵抗値変化の相違に基づき測定対象ガス中の
低分子量ガスの濃度を求める気体熱伝導式ガス検知装置
は、前記検知素子と測定対象ガスの熱伝導率と、前記標
準空気の熱伝導率との差に基づき、前記第一、第二抵抗
体に温度差が生じ、それぞれの抵抗値に変化が生じると
いう現象を用いて前記検知素子と補償素子との抵抗値変
化の相違に基づき測定対象ガス中の低分子量ガスの濃度
を求めることが出来る。
【0009】このとき、前記標準ガスの熱伝導率と、前
記測定対象ガスの熱伝導率との温度依存性の差異に基づ
き前記抵抗値の変化度合いと前記低分子量ガスの濃度と
の関係を示す検量線は変化する。しかしながら、測定対
象ガスの熱伝導率は、通常標準ガスに対して前記低分子
量ガスが混入している状況に該当すると考えて良い場
合、前記標準ガスと前記低分子量ガスとの熱伝導率の差
分だけ変化することになるが、測定対象ガスの温度が変
わるとその差分は、温度依存を加味して較正した前記標
準ガスと低分子量ガスとの熱伝導率との差異を求めなけ
ればならない。従って、前記測定対象ガス中における低
分子量ガスの濃度が高くなればなるほど、前記温度依存
の較正量が増え、通常の低濃度ガスの濃度測定では無視
できる誤差が無視できなくなるほどに大きくなる可能性
がある。これに対し、前記標準ガスが低分子量ガスであ
ると、前記測定対象ガス中の低分子量ガスの濃度が10
0%である場合に、前記熱伝導率の温度依存性の影響を
受けず、前記低分子量ガスの濃度が低くなるほど、前記
較正量が大きくなることになる。すると、前記測定対象
ガス中の低分子量ガスの濃度が極めて高い状態であるこ
とを前提に濃度測定する場合には、前記較正量を無視で
きるほどに小さく維持できる温度領域は、後者の場合の
ほうがきわめて広く設定できることになり、測定濃度の
信頼性が、前記測定対象ガスの温度に依存しにくくなる
ために、このような補償素子を備えた気体熱伝導式ガス
検知装置は、より正確な濃度測定が出来ることになる。
【0010】そのため、このような気体熱伝導式ガス検
知装置は、たとえば水素ガスを利用した水素エンジン、
水素ガスタービン、水素ガス発電機、水素吸蔵合金を用
いるヒートポンプ、ヘリウムガスの濃度管理を必要とす
る各種産業等において、爆発防止等の観点からその低分
子量ガス中への空気等の他のガスの混入を監視するため
など、従来用いられなかった用途で用いることができる
ようになった。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の気体熱伝導式ガス検知装
置は、図1に示すように、検知素子1及び補償素子2を
直列に接続してある検知辺を設けるとともに、第一、第
二固定抵抗R1,R2を直列に接続してある固定抵抗辺
とを並列に設けてあるとともに、前記検知素子1と補償
素子2の間から、第一、第二固定抵抗R1,R2の間を
接続してあるブリッジ回路からなるガス検知回路Aを設
け、そのブリッジ電圧の変化を測定し、その検知素子1
及び補償素子2の抵抗値変化の相違に基づき測定対象ガ
ス中の低分子量ガスの濃度を求める濃度出力部3を設け
て構成してある。
【0012】前記検知素子1は、雰囲気ガスとの熱収支
により抵抗値の変化する第一抵抗体1aからなり、前記
補償素子2は、前記第一抵抗体1aと熱的に等価な第二
抵抗体2aを設けて低分子量ガスの一例であるヘリウム
ガス雰囲気下で微小なケーシング4(7×2×8mmの
面取り柱状)内に密封して構成してある。この検知素子
1および補償素子2は、測定対象ガスを流通させる流通
路5内に露出させて設けてある。
【0013】前記第一、第二抵抗体1a,2aは、図2
に示すように、微小なセラミクス板B(1.0×1.0
×0.38mm)に貴金属線フィルム(具体的には白
金)Cを蛇行形状に蒸着させて構成してあり、さらに、
ガラスコーティング層Dを前記貴金属線フィルムCに被
覆して設けて、熱収支がほぼ雰囲気ガスとの接触によっ
てのみ行える構成としてある。
【0014】このような構成により、前記気体熱伝導式
ガス検知装置は、導入されるガスとの熱収支による前記
検知素子1と補償素子2との抵抗値変化に基づき、ブリ
ッジ出力を得るることにより測定対象ガス中の低分子量
ガスの濃度を求められる。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の気体熱伝導式ガス検知装置用補償素子
(標準ガスは100vol%(以下単に%と表記する)
ヘリウム)と、従来の補償素子(標準ガスは窒素)と
で、出力の水素ガス濃度依存性及び温度依存性がどのよ
うに異なるのかを調べたところ、表1、2および図3に
示すようになった。また、尚、図3中補償素子からの出
力は、検知素子及び検知回路を同じものとし、2.5V
の電圧印加条件下で、60℃における100%水素ガス
に対する出力を0とする相対値で示してある。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】表1より、標準ガスがヘリウム、空気いず
れであっても、温度の違いにより出力の水素濃度依存性
が見られるものの、前記標準ガスがヘリウムである場合
には、各濃度における相対感度差が少なく、出力−濃度
の関係がより一次関係に近く、感度に基づき求められる
水素濃度幅がより小さく設定できることがわかる。
【0019】表2及び図3より、標準ガス種が空気の場
合は、水素ガス濃度が低くなるに従って出力の温度依存
性が小さくなっているものの、高い値を示し、温度によ
る測定値の較正が無ければ正確な濃度を知り得ないこと
を示している。一方、標準ガス種がヘリウムの場合は、
水素ガス濃度に関わらず、出力の温度依存性が低く維持
されており、測定対象ガスの温度変化によらず正確な濃
度を測定できることがわかる。
【0020】従って、高濃度水素ガスに代表される高濃
度低分子量ガスの濃度測定には、前記標準ガスを測定対
象ガス中の被検知ガスと熱伝導率の温度依存性が近似し
たガスとしてあることが望ましいことがわかる。
【0021】〔別実施形態〕以下に別実施形態を説明す
る。図4によれば、水素、ヘリウムの熱伝導率は他のガ
スに比べて非常に高く、その温度依存性も非常に高い
が、その傾向が似ている。そのため、先の実施の形態で
は標準ガスとしてヘリウムを用い、測定対象ガス中の被
検知ガスとして水素ガスを用いる例を示したが、温度依
存性の低減という観点からは、標準ガスと被検知ガス
は、同一のものであることが望ましいものの、これらの
傾向を同一視して取り扱うことが出来る。つまり、標準
ガスとして水素ガスを用い、測定対象ガス中の被検知ガ
スとしてヘリウムを用いる事もできる。尚、検知素子が
高温状態で作動される環境下での測定等が予測される場
合には、発火の虞のないヘリウムガスを採用することが
好ましいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】気体熱伝導式ガス検知装置の概略図
【図2】第一、第二抵抗体の概略図
【図3】補償素子の出力の水素濃度依存性を示すグラフ
【図4】気体の熱伝導率の温度依存性を示すグラフ
【符号の説明】
1 検知素子 1a 第一抵抗体 2 補償素子 2a 第二抵抗体 R1 第一固定抵抗 R2 第二固定抵抗 A ガス検知回路 3 濃度出力部 4 ケーシング B セラミクス板 C 貴金属線フィルム D ガラスコーティング層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉栄 康城 大阪府大阪市淀川区三津屋中2丁目5番4 号 新コスモス電機株式会社内 Fターム(参考) 2G060 AA01 AA20 AB03 AE19 AF07 BA05 BB02 BB08 BC02 BC05 BD02 HA01 HC02 HE01 KA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 雰囲気ガスとの熱収支により抵抗値の変
    化する第一抵抗体からなる検知素子を設け、前記第一抵
    抗体と熱的に等価な第二抵抗体を標準ガス雰囲気下に密
    封してある補償素子とを、低分子量ガスを含有する測定
    対象ガスが流通可能な流通路に、前記測定対象ガスに接
    触自在に設けて、前記検知素子と補償素子との抵抗値変
    化の相違に基づき測定対象ガス中の低分子量ガスの濃度
    を求める気体熱伝導式ガス検知装置における低分子量ガ
    ス検知用補償素子であって、 前記標準ガスが低分子量ガスである低分子量ガス検知用
    補償素子。
  2. 【請求項2】 雰囲気ガスとの熱収支により抵抗値の変
    化する第一抵抗体からなる検知素子を設け、前記第一抵
    抗体と熱的に等価な第二抵抗体を低分子量ガス雰囲気下
    に密封してある補償素子とを、低分子量ガスを含有する
    測定対象ガスが流通可能な流通路に、前記測定対象ガス
    に接触自在に設けて、前記検知素子と補償素子との抵抗
    値変化の相違に基づき測定対象ガス中の低分子量ガスの
    濃度を求める濃度出力部を備えた気体熱伝導式ガス検知
    装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004046706A1 (ja) * 2002-11-21 2004-06-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ガス検出器
JP2007309908A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 水素センサ

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WO2004046706A1 (ja) * 2002-11-21 2004-06-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ガス検出器
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