JP2010043905A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセンサに関し、より具体的には、簡単な構造でありながら、検知感度を高めたガスセンサに関するものである。 The present invention relates to a gas sensor, and more specifically to a gas sensor having a simple structure and improved detection sensitivity.
ガスセンサは、気体中に含まれる特定のガスに感応し、そのガス濃度に応じた強さの電気信号等を発する。ガスセンサは、1969年にわが国で最初に実用化された半導体ガスセンサ以来、種々のものが開発・実用化され、可燃性ガス漏れ警報器や、自動車排気ガス浄化システムなどに広範に用いられるに至っている。このなかで、酸化物半導体を用いるガスセンサは、酸化物半導体の表面にガス吸着が起きると、電気抵抗値が変化することを利用する。構造が簡単で、感度が高く、応答性、安定性にも優れている。通常は、セラミックヒータなどの加熱手段を備えて、感度が高まる高温での当該ガス吸着による電気抵抗変化を検知する。 The gas sensor is sensitive to a specific gas contained in the gas and emits an electric signal having a strength corresponding to the gas concentration. Various gas sensors have been developed and put into practical use since the semiconductor gas sensor first put into practical use in Japan in 1969, and have been widely used in combustible gas leak alarms and automobile exhaust gas purification systems. . Among these, a gas sensor using an oxide semiconductor utilizes the fact that an electric resistance value changes when gas adsorption occurs on the surface of the oxide semiconductor. Simple structure, high sensitivity, excellent responsiveness and stability. Usually, a heating means such as a ceramic heater is provided to detect a change in electric resistance due to the gas adsorption at a high temperature at which the sensitivity is increased.
近年、廃ガス規制をクリアするために燃費のよいエンジンが重視され、希薄燃料濃度での燃焼によりエンジンの効率を高める開発が推進されている。この場合、排気ガス中のNOxを精度よく検出し、燃料および空気の混合比、噴射タイミング、噴射時間等にフィードバックする必要がある(非特許文献1)。このため、多くのガスセンサの研究開発が進行している。たとえば、加熱手段のセラミックヒータと、焼結体の酸化物半導体とを、高熱伝導性絶縁基板を挟むように配置して、温度の均一性を確保するために、セラミックヒータの電極を櫛歯状にしたガスセンサが提案されている(特許文献1)。また、薄膜の形態の酸化物半導体を用いたガスセンサが、多く用いられる傾向にあり、電極には、金または白金を主成分とする薄膜電極が用いられる(特許文献2)。この金または白金を主成分とする薄膜電極は、金または白金を含むペーストをスクリーン印刷することによって形成される。
上記の特許文献に開示された方法によれば、高温環境下でガスセンサの機能を得ることができる。しかし、ガス吸着によって電気抵抗が変化する変化率の大きさは限定的であり、このため検知感度について改良の余地が大きい。また、ガスセンサ全体の構造が複雑であり、より簡単な構造にして、高価な材料の使用量の削減と合わせて、製造コストの低減をはかることが望まれている。本発明は、簡単な構造を持ちながら、感度を向上したガスセンサを提供することを目的とする。 According to the method disclosed in the above patent document, the function of the gas sensor can be obtained under a high temperature environment. However, the rate of change in electrical resistance due to gas adsorption is limited, and there is much room for improvement in detection sensitivity. In addition, since the structure of the entire gas sensor is complicated, it is desired to reduce the manufacturing cost in combination with a reduction in the amount of expensive materials used by making the structure simpler. An object of the present invention is to provide a gas sensor having a simple structure and improved sensitivity.
本発明のガスセンサは、金属のプラス側電極と、金属のマイナス側電極と、プラス側電極およびマイナス側電極を被覆する触媒層とを備え、プラス側電極とマイナス側電極とが、触媒層を介在して接続されていることを特徴とする。 The gas sensor of the present invention includes a metal positive electrode, a metal negative electrode, and a catalyst layer covering the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode interpose the catalyst layer. It is characterized by being connected.
上記の構成によって、電極同士が被覆層をなす触媒層を挟んで位置するので、小さな電極間隔をもち、電気特性の変化率が大きいセンサを形成することができる。このため、簡単な構造でありながら感度の高いセンサを得ることができる。なお、金属のプラス側電極およびマイナス側電極が中空であり、触媒被覆体が、その中空構造の外側に触媒の被覆が施されたものであってよい。 With the above configuration, since the electrodes are positioned with the catalyst layer forming the coating layer interposed therebetween, it is possible to form a sensor having a small electrode interval and a large change rate of electrical characteristics. For this reason, it is possible to obtain a highly sensitive sensor with a simple structure. In addition, the metal positive side electrode and the negative side electrode may be hollow, and the catalyst coated body may have a catalyst coated on the outside of the hollow structure.
上記のプラス側電極およびマイナス側電極を、線材とすることができる。これによって、取り扱いがしやすい線材を用いて、容易に触媒被覆線を形成することができる。そして、たとえば多数本のプラス側の線材と、多数本のマイナス側の線材とを被覆層を介在させて束ねることで、ガスの吸着容量の大きいガスセンサを得ることができる。この場合においても、線材は、中実線材でも中空線材でもよい。 The above plus side electrode and minus side electrode can be used as wires. This makes it possible to easily form a catalyst-coated wire using a wire that is easy to handle. For example, a gas sensor having a large gas adsorption capacity can be obtained by bundling a large number of positive wires and a large number of negative wires with a covering layer interposed therebetween. Also in this case, the wire may be a solid wire or a hollow wire.
上記の触媒の被覆層を、溶融塩めっき法により形成することができる。これによって、非常に能率よく高い被覆強度で、上記の電極を触媒層で被覆することができる。この溶融塩めっき法は、とくに線材の場合、高い生産能率と高品質とを兼備するという点で、他の方法の追随を許さない。また、この結果、製造コストを低減することができる。溶融塩めっき法で被覆された品物は、高温の溶融塩で作製するという特徴から基材との間に相互拡散層を持ち、他方で作製された物と容易に区別して特定することができる。なお、本発明において、上記のガスセンサの製造法は、溶融塩めっき法に限定されず、気相法で蒸着した金属相を、熱酸化法やシュウ酸陽極処理法などで酸化することで、酸化物半導体を形成してもよい。また、気相法で、直接、WO3膜を形成してもよい。 The coating layer of the catalyst can be formed by a molten salt plating method. As a result, the above electrode can be coated with the catalyst layer with high coating strength very efficiently. This molten salt plating method does not allow other methods to follow, particularly in the case of a wire rod, in that it has both high production efficiency and high quality. As a result, the manufacturing cost can be reduced. An article coated by the molten salt plating method has an interdiffusion layer between the substrate and the article manufactured by the high temperature molten salt, and can be easily distinguished from the article prepared on the other side. In the present invention, the manufacturing method of the gas sensor is not limited to the molten salt plating method, and the oxidation is performed by oxidizing the metal phase deposited by the vapor phase method by the thermal oxidation method or the oxalic acid anodizing method. A physical semiconductor may be formed. Alternatively, the WO 3 film may be formed directly by a vapor phase method.
上記のセンサは、加熱のためのヒータを備えることができる。これによって、センサにとって、感度を高めることができる高温度域でガスセンサ本体を稼動することができる。ヒータには、たとえばセラミックヒータ(PTCヒータなど)を用いることができる。 The sensor can include a heater for heating. Accordingly, the gas sensor main body can be operated in a high temperature range where the sensitivity can be increased for the sensor. For example, a ceramic heater (PTC heater or the like) can be used as the heater.
前記触媒を、ZnO、WO3、TiO2、SnO2、Nb2O5、MoO3、In2O3、Ga2O3、Fe2O3、CuO、Cr2O3、Co3O4、Bi2O3、Al2O3、等の半導体、のうちの少なくとも1種を主材料とすることができる。一般に、検知対象ガスが決まると、触媒の半導体の種類は決められる。たとえば、触媒WO3またはGa2O3は、選択的にNOに対する感受性が高く、他のガスには感応しにくい。上記の触媒により、検査対象ガスの種類に応じて最適な触媒を用いて、高い感度でセンシングすることができる。「触媒」の用語は、上記の場合、酸化物半導体を対象とし、電気的特性は電気抵抗が対象となる。 ZnO, WO 3 , TiO 2 , SnO 2 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CuO, Cr 2 O 3 , Co 3 O 4 , At least one of semiconductors such as Bi 2 O 3 and Al 2 O 3 can be used as a main material. In general, when the detection target gas is determined, the type of catalyst semiconductor is determined. For example, the catalyst WO 3 or Ga 2 O 3 is selectively highly sensitive to NO and hardly sensitive to other gases. By the above catalyst, sensing can be performed with high sensitivity using an optimum catalyst according to the type of gas to be inspected. In the above case, the term “catalyst” refers to an oxide semiconductor, and the electrical characteristics are related to electrical resistance.
上記の金属を、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)等の白金族、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)等の鉄族、もしくはバナジウム(V)、銀(Ag)、金(Au)等の貴金属、のうちのいずれか1つであるか、またはこれらを少なくとも1種含む合金とすることができる。これによって、高温環境で耐久性の高い電極を得ることができる。 The above metals are platinum (Pt), ruthenium (Ru), palladium (Pd), iridium (Ir), platinum group such as osmium (Os), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), etc. It can be an iron group or a noble metal such as vanadium (V), silver (Ag), gold (Au), or an alloy containing at least one of them. Thereby, an electrode having high durability in a high temperature environment can be obtained.
上記の触媒層に、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)等の金属、およびCeO、CuO、Fe2O3、MoO3、NiO、Sb2O5、SnO2、Ta2O5,TiO2、WO3、ZnO等の酸化物、のうちの一種または二種以上を増感剤として含有することができる。これによって、検知ガスの選択感度を高め、精度よく検知ガスの検出を行うことができる。 On the above catalyst layer, metals such as gold (Au), copper (Cu), platinum (Pt), titanium (Ti), zinc (Zn), and CeO, CuO, Fe 2 O 3 , MoO 3 , NiO, Sb One or two or more of oxides such as 2 O 5 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , WO 3 and ZnO can be contained as a sensitizer. Thereby, the detection sensitivity of the detection gas can be increased and the detection gas can be detected with high accuracy.
上記の触媒層で被覆されたプラス側電極と、触媒層で被覆されたマイナス側電極とが、編まれて、孔を形成する形態をとることができる。これによって、周囲のガスと触媒層との接触面積を大きくして、検知感度を向上することができる。 The positive electrode covered with the catalyst layer and the negative electrode covered with the catalyst layer can be knitted to form a hole. Thereby, the contact area between the surrounding gas and the catalyst layer can be increased, and the detection sensitivity can be improved.
上記のいずれか1つのガスセンサを第1のガスセンサとして備え、その第1のガスセンサと異なる第2のガスセンサをさらに備え、その第2のガスセンサは、第1のガスセンサにおける触媒と異なる第2の触媒を持ち、該第2の触媒が、第1のガスセンサと同じ形態で、当該第2のガスセンサにおけるプラス側電極とマイナス側電極との間に介在しており、第1のガスセンサと第2のガスセンサとが、異なるガスを検知するためのものとすることができる。これによって、たとえばNOとNO2のように、両者が混在することが多く、両者を個々に精度よく検知することが必要な場合、小型で、かつ簡単な構造をもつ上記のガスセンサを用いることができる。車両エンジンの排気ガスに含まれるNOおよびNO2の両方を、ともに精度よく検知して、エンジンの稼働条件を制御するのにフィードバックする場合等、上記のガスセンサは、狭隘な場所に配置することができ、威力を発揮することができる。なお、上記の第2のガスセンサに加えて、さらに多くのガスセンサを備えてもよいことは言うまでもない。 Any one of the gas sensors described above is provided as a first gas sensor, and further includes a second gas sensor different from the first gas sensor, and the second gas sensor includes a second catalyst different from the catalyst in the first gas sensor. And the second catalyst has the same form as the first gas sensor and is interposed between the positive electrode and the negative electrode in the second gas sensor, and the first gas sensor and the second gas sensor Can be for detecting different gases. Accordingly, for example, both NO and NO 2 are often mixed, and when it is necessary to detect both individually and accurately, the above gas sensor having a small and simple structure can be used. it can. When detecting both NO and NO 2 contained in the exhaust gas of a vehicle engine with high accuracy and feeding back to control the operating condition of the engine, the above gas sensor may be arranged in a narrow place. Yes, it can demonstrate its power. Needless to say, more gas sensors may be provided in addition to the second gas sensor.
本発明によれば、簡単な構造を持ちながら、感度を向上したガスセンサを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a gas sensor having a simple structure and improved sensitivity.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるガスセンサ10を示す図である。このガスセンサ10は、定電圧電源31と、電流計33とが2つの電極11,12の外部に接続されている。プラス側集電端子11には、複数本のプラス側電極1aが接続されている。また、マイナス側集電端子12には、複数本のマイナス側電極1bが接続されている。プラス側電極1aおよびマイナス側電極1bは、ともに白金線から形成されている。プラス側電極1aとマイナス側電極1bの中間にガス検知部Sが形成されている。ガス検知部Sは、触媒3と、その触媒3に被覆された白金線1a,1bから形成されている。触媒層3の厚みは、0.01μm〜1μmとするのがよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a
このガス検知部Sに検知対象のガス種が吸着されて、電気抵抗の変化を生じて、吸着されたガス量を検知することができる。ガス検知部Sは、(1)検知対象のガスに対する選択性を持たなければならない。すなわち、検知対象のガス種のみを吸着して、他のガス種を吸着しない機能を持つ必要がある。たとえば、NO2は吸着するが、NOは吸着しないことが必要である。(2)上記の選択性を備えた上で、ガスセンサが置かれた環境での検知対象のガス濃度に比例して、吸着されるガス量も増減する必要がある。(2)の条件は、希薄濃度の場合は満足されるのが普通である。 A gas species to be detected is adsorbed to the gas detection unit S, and a change in electric resistance is generated, whereby the amount of adsorbed gas can be detected. The gas detection unit S (1) must have selectivity for the gas to be detected. That is, it is necessary to have a function of adsorbing only the gas species to be detected and not adsorbing other gas species. For example, it is necessary that NO 2 adsorbs but NO does not adsorb. (2) In addition to the above selectivity, it is necessary to increase or decrease the amount of gas adsorbed in proportion to the concentration of gas to be detected in the environment where the gas sensor is placed. The condition (2) is normally satisfied in the case of a dilute concentration.
図2は、一本のマイナス側電極1bまたはプラス側電極1aの縦断面図である。白金線1a,1bと、その白金線を被覆する触媒層3とから構成されている。白金線1a,1bと、それを被覆する触媒層3とが、触媒被覆体Cを形成する。すなわち白金線1a,1bが触媒3に被覆されたものを、触媒被覆体Cと呼ぶ。上記のガス検知部Sは、触媒被覆体Cの集合によって形成されている。図3は、図1におけるIII−III線に沿う断面図である。プラス側の触媒被覆体Cとマイナス側の触媒被覆体Cとが、交互に挿入されて触媒被覆体Cの集合が形成されている。白金線1a,1bは導電体であるが、触媒3は酸化物半導体であり、プラス/マイナス間に電気抵抗Rを形成する。検知対象のガスは、選択的に触媒に吸着され、電気抵抗Rの変化ΔRを生じる。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of one
電気抵抗Rおよびその変化ΔRは、プラス側集電端子11と、マイナス側集電端子12との間に生じる。したがって、プラス側の触媒被覆体Cと、マイナス側の触媒被覆体Cとは、できるだけ相互に接触するように配置されることが、電気抵抗の変化を検知する上で、すなわち高い感度を確保する上で、望ましい。上記の配置の下、電気抵抗の変化ΔRは、ガス吸着量に比例して生じる。プラス側電極の白金線1aと、マイナス側電極の白金線1bとの間の距離は、触媒層3の厚みの2倍程度である。したがって、電極間距離は、0.02μm〜2μmであり、非常に小さい。電気抵抗Rは電極間の距離に比例するので、上記の小さい電極間距離は小さい電気抵抗Rをもたらす。その結果、ガス吸着に起因する電気抵抗の変化ΔRが生じるとき、電気抵抗の変化率(ΔR/R)は大きな値となる。これは、上記の白金線を用いた電極配列をもつガスセンサの感度が高いことを意味する。また、プラス側の触媒被覆体Cとマイナス側触媒被覆体Cとが接触する、どこか一カ所でガス吸着が生じて電気抵抗が下がれば、直ちに、電流計33に明示される。
The electric resistance R and its change ΔR are generated between the positive
上記の触媒3は、それだけでガス選択性をもつが、より一層、ガス選択性を向上させるために、増感剤を添加するのが普通である。図4は、触媒3に増感剤5を添加した状態の触媒被覆体Cの断面を示す図である。増感剤の添加量は、通常は数原子%以下であるが、触媒に対して5重量%程度、添加する場合もある。表1に、検知対象ガスと、その検知対象ガスに高い選択性をもつ触媒(感応層)、およびその触媒に対応した増感剤の例を示す。上記は、例示したものであり、この他にも、触媒、感応剤があってよい。
The
酸化物半導体を触媒として用いる場合、感度は300℃〜450℃の範囲内で最大になる材料が多い。このため、ヒータによる加熱が必要となる。図5は、上述の触媒被覆体Cの集合の間に、ヒータ21を絶縁層29で被覆して配置した例を示す図である。図5に示す程度のヒータの配置で、すべての触媒被覆体Cは、ヒータ21,29に接触する。このため、ガスセンサ10では、熱的に特異な材料や構造を用いることはないので、図5に示すよりも疎らなヒータ21,29の配置によって、温度の均一性を確保することができる。
When an oxide semiconductor is used as a catalyst, there are many materials whose sensitivity is maximized within a range of 300 ° C to 450 ° C. For this reason, heating with a heater is required. FIG. 5 is a view showing an example in which the
次に、図1〜図3に示すガスセンサ10の製造方法について説明する。まず、電極1a,1bとなる白金線を触媒3で被覆する。触媒3は、たとえばWO3とする。この場合、溶融塩めっき法で触媒被覆する方法と、気相法と酸化法とを組み合わせる方法とがある。
(溶融塩めっき法+酸化法):67モル%のKFと、26モル%のB2O3と、7モル%のWO3とを、カーボン製のルツボ中で850℃に加熱して溶融塩を形成する。その溶融塩中に陰極として白金線の所定部分を、対極としてタングステン棒を浸漬して、電流密度30mA/cm2で4分間電解する。その後、白金線を溶融塩から取り出し、付着した塩を水洗することで、タングステン(W)めっきされた白金線を得ることができる。溶融塩めっき法は常圧プロセスのため、連続処理が容易で、能率が良く、また、基材との間に相互拡散層を有するため接着強度が高いめっき層を白金線に形成することができる。このようにして白金線上にタングステン(W)をめっきした後、熱酸化法でWO3を形成する。上記の複数の特徴によって、ガスセンサの製品によって特定することができる。
Next, a method for manufacturing the
(Molten salt plating method + oxidation method): 67 mol% KF, 26 mol% B 2 O 3 and 7 mol% WO 3 were heated to 850 ° C. in a carbon crucible to obtain a molten salt Form. A predetermined portion of a platinum wire is immersed in the molten salt as a cathode and a tungsten rod is immersed as a counter electrode, and electrolysis is performed at a current density of 30 mA / cm 2 for 4 minutes. Then, a platinum wire plated with tungsten (W) can be obtained by taking out the platinum wire from the molten salt and washing the adhered salt with water. Since the molten salt plating method is an atmospheric pressure process, continuous processing is easy and efficient, and a plating layer with high adhesive strength can be formed on the platinum wire because it has an interdiffusion layer between the substrate and the substrate. . After plating tungsten (W) on the platinum wire in this way, WO 3 is formed by a thermal oxidation method. Due to the above features, it can be specified by the product of the gas sensor.
(気相法+酸化法):スパッタリング法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、タングステン(W)からなる金属薄膜を白金線表面に形成する。(A1)次いで、酸化雰囲気で加熱処理することで、WO3にまで酸化する。または(B1)タングステン薄膜を硝酸陽極処理によって、酸化してWO3とする。気相法+酸化処理によれば、蒸着条件や酸化条件を適当に選択することによって、気孔の多い触媒層を形成することができる。気孔を多くすることで、検査対象のガスとの接触面積を増やして、電気抵抗の変化ΔRを大きくすることができる。 (Gas phase method + oxidation method): A metal thin film made of tungsten (W) is formed on the surface of the platinum wire by sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition). (A1) Then, by heat treatment in an oxidizing atmosphere, is oxidized to the WO 3. Or (B1) by a tungsten film nitric anodized, oxidized and WO 3. According to the gas phase method + oxidation treatment, a catalyst layer having many pores can be formed by appropriately selecting vapor deposition conditions and oxidation conditions. By increasing the number of pores, the contact area with the gas to be inspected can be increased, and the change ΔR in electrical resistance can be increased.
触媒層3で被覆された白金線1a、1bを、マイナス側とプラス側とに分けて、一方の極側の触媒被覆体Cが、他方の極側の触媒被覆体Cと、できるだけ交互に接触するように配置して、結束する。結束して白金線が露出しているほうの端を、それぞれの集電端子11,12に接続する。一方の極側の触媒被覆体Cが、他方の極側の触媒被覆体Cと、ガス検知部Sを形成しながら結束する結束方法は、被覆層となっている触媒の焼結によってもよいし、または他の線材による締結、焼結によって固化する接着剤を用いてもよい。
The
上記の方法によれば、白金線の触媒シース体Cの交互挿入集合という簡単な構造によって、ガス検知部Sを形成することができる。しかも触媒シースの厚みは非常に薄いため、ガス吸着による電気抵抗の変化率を大きくすることができ、高い感度を確保することが可能である。 According to said method, the gas detection part S can be formed with the simple structure of the alternating insertion set of the catalyst sheath bodies C of a platinum wire. In addition, since the thickness of the catalyst sheath is very thin, the rate of change in electrical resistance due to gas adsorption can be increased, and high sensitivity can be ensured.
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2におけるガスセンサ10を示す図である。このガスセンサ10では、プラス側の触媒被覆体Cとマイナス側触媒被覆体Cとが、編まれて、孔(編目)8が形成されている点に特徴を有する。このため、プラス側とマイナス側のすべての接続点9は、雰囲気と十二分に接触することができる。電気抵抗の変化は、プラス側の触媒被覆体Cと、マイナス側の触媒被覆体Cとが交差する接続点で、最も敏感に捕捉される。とくに、図6に示す格子状のネットにおいて、ガス吸着により電気抵抗が低下する場合、1つの接続点(格子点)9で電気抵抗が低下すると、その電気抵抗の低下は直ちに電流の変化をもたらし、電流計がその変化を敏感に捕捉することができる。このため、雰囲気の組成の変化が激しく生じる場合などでは、雰囲気の組成変化を鋭敏に捕捉することができる。編目8のサイズは、格子を構成する触媒被覆体Cの密度を変えることで、簡単に調節することができる。その他の、構造は、実施の形態1と同じ構成および効果を有する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a diagram showing the
図7は、本発明の実施の形態であり、図6の変形例を示す図である。この変形例では、プラス側またはマイナス側の触媒被覆体Cをラセン状に巻き、その内側に、ラセン状の触媒被覆体Cと交差する箇所で接続点9を形成しながら、軸線方向に延在する触媒被覆体Cを配置する。このような、ラセン状配置と、その内面への軸線方向に沿う延在配置とは、”編み”を構成する、といってよい。触媒被覆体C同士の接続は、被覆層を形成している触媒3同士の焼結によるのが好ましい。図6に示す格子状のネットと同様に、図7に示す構造でも、ガス吸着により電気抵抗が低下する場合、1つの接続点(格子点)9で電気抵抗が低下すると、その電気抵抗の低下は直ちに電流の変化をもたらし、電流計がその変化を敏感に捕捉することができる。
FIG. 7 is a diagram showing a modification of FIG. 6 according to the embodiment of the present invention. In this modification, the plus-side or minus-side catalyst cover C is wound in a spiral shape, and a
図7に示す変形例の場合、円筒内を、検知対象ガスを含む雰囲気が流れる構造の場合、感度上、好ましい。また、図示はしないが、ラセン状触媒被覆体Cの外側に、軸線方向に延在する直線状の触媒被覆体Cを配置する場合には、接続点9は外側に位置するので、円筒の外を雰囲気が流れるようにするのがよい。
In the case of the modification shown in FIG. 7, it is preferable in terms of sensitivity to have a structure in which the atmosphere containing the detection target gas flows in the cylinder. Although not shown, when the linear catalyst cladding C extending in the axial direction is arranged outside the helical catalyst cladding C, the
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3におけるガスセンサ10を示す図である。また、図9は、図8のIX−IX線に沿う断面図である。このガスセンサ10は、同時に2種の検知ガスを検知することができる。2種のガスを同時に検知することによって、有用性を高められる場合が多い。そのような例として、NOxをあげることができる。NOxとは、NOとNO2という2種類の気体をさす用語である。NOとNO2とは、化学反応などで相互に変換したり、比較的、同様の特性を示すことが多いので、一緒に取り扱ったほうが便利であるため、両方のガス種をまとめてNOxという用い方が普及している。ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどでは、排気ガス中のNOとNO2との比を正確に知ることで、上述のフィードバックをより適切に行うことが可能になる場合がある。なお、上記2種のガスを検知するガスセンサに限らず、3種以上のガスを区別して検知するガスセンサとしてもよい。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a diagram illustrating the
図8に示すように、このガスセンサ10では、ガス検知部S1でNOを検知し、またガス検知部S2でNO2を検知する。両者の間には、図9に示すようにヒータ21,29が配置されている。ガス検知部S1の電極1a,1bおよびガス検知部S2の電極51a,51bは、ともに白金線を用いるのがよい。しかし、触媒および増感剤については、両者は異なるものを用いる。たとえば、ガス検知部S1では、触媒3にはGa2O3を、また増感剤5にはTa2O5を用いるのがよい。また、ガス検知部S2では、触媒53にはCr2O3を、増感剤55にはTiO2を用いるのがよい。
As shown in FIG. 8, in the
実施の形態1で説明したように、白金線に触媒および増感剤を被覆した触媒被覆体をプラス側とマイナス側に分けて、できるだけ交互に接触するように挿入しあった集合体の構造は、簡単である。この簡単な触媒被覆体の集合体を2つ形成して、間にヒータ21,29を挟む構造は、2種のガスを同時に検知するガスセンサとしては非常に簡単である。このため、容積も小さくすることができるので、たとえば、自動車の内燃機関の排気ガス経路などの狭隘な場所に、簡単に取り付けることができる。そして、上記のガスセンサ10を構成する部材はすべて耐熱性に優れている。このためガスセンサ10自体も耐熱性に優れており、長期間、安定してガスセンサの機能を保持することができる。
As explained in the first embodiment, the catalyst structure in which the platinum wire is coated with the catalyst and the sensitizer is divided into the plus side and the minus side, and the structure of the aggregate inserted so as to be alternately contacted is as follows. Simple. The structure in which two simple catalyst-covered aggregates are formed and the
(他の実施の形態)
上記の実施の形態における説明では、自動車の内燃機関の排気ガスを引き合いに出すことが多かったが、本発明のガスセンサは、自動車の内燃機関の排気ガスに限定されない。(1)各種ボイラの排気、(2)公共施設、居住空間における雰囲気の監視、(3)雰囲気制御した各種の工場施設の雰囲気の監視、などに用いることができる。また、いわゆるガスだけでなく、におい(臭気)のセンサにも用いることができる。
(Other embodiments)
In the above description of the embodiment, the exhaust gas of the internal combustion engine of the automobile is often used as a reference, but the gas sensor of the present invention is not limited to the exhaust gas of the internal combustion engine of the automobile. (1) Exhaust of various boilers, (2) Monitoring of atmospheres in public facilities and living spaces, (3) Monitoring of atmospheres of various factory facilities with controlled atmospheres, and the like. Further, it can be used not only for so-called gas but also for an odor (odor) sensor.
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
本発明によれば、簡単な構造で、感度の高いガス検知を行うことができ、かつその簡単な構造を生かして、2種の同時ガス検知装置などを容易に得ることができる。 According to the present invention, gas detection with high sensitivity can be performed with a simple structure, and two types of simultaneous gas detection devices can be easily obtained by taking advantage of the simple structure.
1a,1b,51a,51b 白金線(電極)、3,53 触媒(感応層)、5,55 増感剤、9 接続点(格子点)、10 ガスセンサ、11,12,61,62 集電端子、21 ヒータ、29 絶縁体、31,81 定電圧電源、33,83 電流計、C 触媒被覆体、S,S1,S2 ガス検知部。
1a, 1b, 51a, 51b Platinum wire (electrode), 3,53 catalyst (sensitive layer), 5,55 sensitizer, 9 connection point (lattice point), 10 gas sensor, 11, 12, 61, 62 current collecting terminal , 21 heater, 29 insulator, 31, 81 constant voltage power source, 33, 83 ammeter, C catalyst covering, S, S 1 , S 2 gas detector.
Claims (9)
金属のマイナス側電極と、
前記プラス側電極およびマイナス側電極を被覆する触媒層とを備え、
前記プラス側電極とマイナス側電極とが、前記触媒層を介在して接続されていることを特徴とする、ガスセンサ。 A metal positive electrode,
A metal negative electrode,
A catalyst layer covering the plus side electrode and the minus side electrode,
The gas sensor, wherein the plus side electrode and the minus side electrode are connected via the catalyst layer.
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