JP2002048745A - 半導体ガスセンサー式ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ガスセンサーの大幅な器差に関わり無
く、広い濃度範囲のガスを少ない種類の検量線データで
正確に測定すること。 【解決手段】 傍熱型半導体ガスセンサー３の半導体物
質２に直列接続される既知抵抗の可変抵抗器４と、これ
らの直列回路に駆動電圧を供給する電源回路５と、当該
半導体ガスセンサー３のガス濃度に対する抵抗を正規化
した検量線データを格納した検量線データ記憶手段１４
と、可変抵抗器４の電圧と電源回路５の電圧に基づいて
半導体ガスセンサー３の基準状態に対する抵抗比と検量
線データとに基づいてガス濃度を算出するガス濃度演算
手段１３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスに感応する半
導体物質をヒータ等の加熱手段により傍熱的に加熱して
半導体物質の負荷電圧を出力信号とするガス濃度測定装
置、より詳細には感度調整技術に関する関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスに感応する半導体物質を加熱手段と
傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーは、通常、半導体
物質を負荷抵抗を介して基準電源に接続し、ガスの濃度
により変化する半導体物質の抵抗を負荷抵抗の端子電圧
として検出するように回路構成されて使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体物質
は、その微粉末を液に懸垂させた状態で基体に滴下して
焼成して形成される関係上、半導体物質層の厚み等のば
らつきによりセンサーによっては基準状態での抵抗値が
１０倍以上も異なる場合がある。このようなセンサー
は、通常、負荷抵抗と直列に接続され、負荷抵抗の抵抗
値を調整して感度補正を行いつつ、負荷抵抗の電圧に基
づいてガス濃度を検出することが行われている。しかし
ながら、ガス濃度が高くなると、単位ガス濃度当りの電
圧変化が小さくなるため、測定範囲を複数の領域、通常
１０程度の領域に分割して、それぞれの領域に対応する
検量データを用意して測定精度の向上を図ることが行わ
れている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、同一ロットで製
造された半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗値
の変化が同一の指数関数に基づくことに着目して、広い
濃度範囲を単一の検量線データで測定することができる
ガス濃度測定装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ガスに感応する半導体物質
を加熱手段と傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、
前記半導体物質に直列接続される既知抵抗と、前記半導
体物質と既知抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、
当該半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗を正規
化したデータを格納した検量線データ記憶手段と、前記
既知抵抗の電圧と前記電源回路の電圧に基づいて前記半
導体物質の基準状態に対する抵抗比と前記データとに基
づいてガス濃度を算出するガス濃度演算手段とを備える
ようにした。

【０００５】

【作用】半導体ガスセンサーの抵抗値とガス濃度の指数
関数の関係にあり、センサー個々の間での基準状態での
抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比も同一となるか
ら、基準状態での抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比
を検量線データとすることにより、検量線データを共通
化できる。

【０００６】

【発明の実施の態様】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実
施例を示すものであって、ヒータコイル１と、これとは
電気的に分離され、かつ熱伝導関係を形成するようにガ
ス感応半導体物資２を配置して構成された傍熱型半導体
ガスセンサー３は、ヒータコイル１を電源回路５に接続
し、また半導体物質２の一端を後述する可変抵抗器４
に、他端を電源回路５の正極出力端子に接続されてい
る。

【０００７】可変抵抗器４は、複数の固定抵抗Ｒｓ１〜
Ｒｓ４と、電子スイッチＳ１〜Ｓ４とを直列接続して、
抵抗選択手段６からの信号により電子スイッチＳ１〜Ｓ
４をＯＮ・ＯＦＦ制御することにより所定の抵抗値とな
るように構成されている。

【０００８】また可変抵抗器４は、前置増幅器７を介し
て第１のアナログーデイジタル変換器８に接続され、デ
ジタル信号に変換されたセンサー出力が入力レベル判定
手段９、及びガス濃度演算手段１０に入力している。ま
た電源回路５の出力端子は、第２のアナログーデイジタ
ル変換器１１に接続され、デジタル信号に変換されて回
路電圧演算手段１２により算出された電源電圧のデータ
がガス濃度演算手段１３に入力している。

【０００９】ガス濃度演算手段１３は、第１、第２アナ
ログーデイジタル変換器８、１１からの電圧データと、
可変抵抗器４の抵抗値に基づいてセンサー３の抵抗値を
算出し、規定濃度での抵抗値との比と、検量線データ記
憶手段１４に格納されている濃度対抵抗比のデータに基
づいてガス濃度を算出し、表示器１６に出力する。

【００１０】検量線データ記憶手段１４は、表１に示し
たように既知のガス濃度Ｄ１、Ｄ２‥‥と、この濃度で
のセンサー３の抵抗を正規化した値Ｃ１、Ｃ２、‥‥と
を、値Ｃ１、Ｃ２、‥‥に基づいてアクセスできるよう
に格納して構成されている。すなわち、既知の状態、例
えばクリーンエア環境下でのガスセンサーの抵抗Ｒ0
と、既知濃度Ｄ１、Ｄ２、‥‥における抵抗Ｒ１、Ｒ
２、‥‥との比、Ｒ１／Ｒ０、Ｒ２／Ｒ０、‥‥が格納
されている。

【００１１】

【表１】

【００１２】この実施例において、装置に電源を投入す
ると、第１のアナログーデイジタル変換器８から可変抵
抗器４の現在選択されている既知抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、
‥‥による負荷電圧のデータがレベル判定手段９に入力
する。抵抗切換手段１５は、レベル判定手段９と検量線
データ記憶手段１４とのデータに基づいて、第１のアナ
ログーデイジタル変換器８に入力するアナログ電圧が、
変換器８の変換可能範囲となるようにスイッチＳ１〜Ｓ
４により可変抵抗器４のいずれか既知抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ
２、‥‥を選択して抵抗値を調整する。

【００１３】このような状態で、被検ガスがセンサー３
に流れ込むと、センサー３の抵抗値がガス濃度に対応し
て変化する。ガス濃度演算手段１３は、第２アナログー
デイジタル変換器１１からの電圧データと、可変抵抗器
４の抵抗値に基づいてセンサー３の抵抗値Ｒｘを算出
し、当該センサー３の基準状態での抵抗値Ｒ０との比Ｒ
ｘ／Ｒ０と、検量線データ記憶手段１４の抵抗比対濃度
のデータに基づいてガス濃度を算出する。

【００１４】ところで、図２（イ）に示したように半導
体ガスセンサーの抵抗値とガス濃度の指数関数の関係に
あるから、センサーＡとセンサーＢとで基準状態での抵
抗値にばらつきが存在するとしても、ガス濃度に対する
抵抗の変化率はほぼ同一である。したがって、それぞれ
のセンサーＡ、Ｂの基準状態での抵抗と特定のガス濃度
での抵抗との比は、やはり図２（ロ）に示したように変
化率はほぼ同一となる。このことから、差分ΔＣに相当
する値を係数としてガス濃度演算手段１３で乗算すれ
ば、半導体物質２の抵抗値のばらつきに関わりなく、セ
ンサー３の特性を揃えることが可能となる。

【００１５】すなわち、既知濃度のガスにより差分ΔＣ
に相当する係数を、パネルスイッチ等からガス濃度検出
手段１３に設定することにより、センサー３のばらつ
き、すなわち抵抗値のばらつきに関わりなく少ない種類
の検量線データで広い濃度範囲のガスを正確に測定する
ことができる。

【００１６】なお、上述の実施例においては、可変抵抗
器の抵抗を離散的に変更するようにしているが、調整後
の抵抗値が高い精度で判明する場合には連続的に変化さ
せるようにしても同様の作用を奏することは明らかであ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、半導体
ガスセンサーの基準状態に対する抵抗比に基づいてガス
濃度を算出するようにしてので、センサーの出力信号の
ばらつきに関わり無く、少ない種類の検量線データによ
り、広い濃度範囲を、高い精度で測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図（イ）（ロ）は、それぞれ同上装置の動作を
示す線図である。

【符号の説明】

１ ヒータコイル ２ ガス感応半導体物資 ３ 半導体ガスセンサー ４ 可変抵抗器

フロントページの続き (72)発明者 塚原 孝典 東京都板橋区小豆沢２丁目７番６号 理研 計器株式会社内 (72)発明者 服部 智章 東京都板橋区小豆沢２丁目７番６号 理研 計器株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA01 BA01 BB02 BE04 DA04 DB05 DC14 DC16 DC17 DC18 EB06 FB01 2G060 AA01 AB01 AB15 AB24 AB26 AE19 AF07 AG10 BA01 BB08 BC05 HA08 HB06 HC07 HC13 HC19 HC21 KA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスに感応する半導体物質を加熱手段と
   傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、前記半導体物
   質に直列接続される既知抵抗と、前記半導体物質と既知
   抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、当該半導体ガ
   スセンサーのガス濃度に対する抵抗を正規化したデータ
   を格納した検量線データ記憶手段と、前記既知抵抗の電
   圧と前記電源回路の電圧に基づいて前記半導体物質の基
   準状態に対する抵抗比と前記データとに基づいてガス濃
   度を算出するガス濃度演算手段とからなる半導体ガスセ
   ンサー式ガス濃度測定装置。
2. 【請求項２】 前記電源手段の電圧を検出する回路電圧
   検出手段を備えた請求項１に記載の半導体ガスセンサー
   式ガス濃度測定装置。
3. 【請求項３】 前記ガス濃度演算手段が、係数乗算機能
   を有する請求項１に記載の半導体ガスセンサー式ガス濃
   度測定装置。