JP2013164401A - Gas detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas detector capable of simply and accurately detecting a gas to be detected for a long term.SOLUTION: The gas detector comprises: a semiconductor gas detection element; and correction means for correcting an output value of the semiconductor gas detection element on the basis of a formula (I) expressed by Vc=Vs+a*t-(Bt-B0)*b. In the formula (I), Vc represents a corrected output value, Vs represents an output value before correction, t represents lapsed time, B0 represents an initial base value, Bt represents a base value after t time unit, and a and b represent constants.

Description

本発明は、半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置に関する。   The present invention relates to a gas detection device including a semiconductor type gas detection element.

一般に、半導体式ガス検知素子は、例えば清浄空気中等、検知対象となるガス(以下、「被検知ガス」と称する場合がある)が存在しない雰囲気下では、表面に酸素が吸着した状態となり、この吸着酸素によって生じる空間電荷層が粒子内部に向かって広がるため、自由電子の伝導パスが狭くなって電気抵抗が高くなる。一方、被検知ガスが存在する雰囲気下では、半導体式ガス検知素子は、被検知ガスとの酸化還元反応によってその表面から吸着酸素が脱離するため、電気抵抗が低くなる。このような性質を利用して、半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置は、電気抵抗に応じた電流値を出力値とし、当該出力値の変化を捉えることによって被検知ガスを検知している。その際、被検知ガスの濃度に応じて出力値の大きさが変化する。   In general, a semiconductor gas detection element is in a state in which oxygen is adsorbed on the surface in an atmosphere where there is no gas to be detected (hereinafter sometimes referred to as “detected gas”) such as in clean air. Since the space charge layer generated by the adsorbed oxygen spreads toward the inside of the particle, the free electron conduction path is narrowed and the electric resistance is increased. On the other hand, in an atmosphere in which a gas to be detected exists, the semiconductor gas detection element has a low electric resistance because adsorbed oxygen is desorbed from the surface by an oxidation-reduction reaction with the gas to be detected. Utilizing such properties, a gas detection device equipped with a semiconductor type gas detection element detects a gas to be detected by using a current value according to electric resistance as an output value and capturing a change in the output value. Yes. At that time, the magnitude of the output value changes according to the concentration of the gas to be detected.

尚、本発明における従来技術となる半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置は、一般的な技術であるため、特許文献等の先行技術文献は記載しない。   In addition, since the gas detection apparatus provided with the semiconductor type gas detection element used as the prior art in this invention is a general technique, prior art documents, such as a patent document, are not described.

ところで、ガス検知装置に備えられる半導体式ガス検知素子は、長いスパンにおいてその出力特性が変化することが判明している。すなわち、被検知ガスの濃度を一定とした場合であっても、使用開始後の比較的早期の期間は高い出力値を示し(以下、「高感度化特性変化」と称する場合がある)、一方、使用開始後に長期間が経過した後は時間の経過と共に出力値が徐々に低下する(以下、「低感度化特性変化」と称する場合がある)。そのため、ガス検知装置において仮に同じ出力値が得られたとしても、被検知ガスの実際の濃度は測定時毎に異なる可能性がある。よって、従来のガス検知装置では、被検知ガスの濃度を長期間に亘って精度良く検知できない可能性があった。また、上記のような影響を極力排除して被検知ガスの濃度を精度良く検知できるようにするためには、例えば標準ガス等を用いて半導体式ガス検知素子の出力特性を頻繁に較正する必要があり、利用者に対して煩雑な印象を与える可能性があった。   By the way, it has been found that the output characteristics of the semiconductor gas detection element provided in the gas detection device change over a long span. That is, even when the concentration of the gas to be detected is constant, a relatively early period after the start of use shows a high output value (hereinafter, sometimes referred to as “sensitivity enhancement characteristic change”). After a long period of time has elapsed since the start of use, the output value gradually decreases as time passes (hereinafter sometimes referred to as “sensitivity-changing characteristic change”). Therefore, even if the same output value is obtained in the gas detection device, the actual concentration of the gas to be detected may be different at each measurement time. Therefore, in the conventional gas detection device, there is a possibility that the concentration of the gas to be detected cannot be accurately detected over a long period of time. In addition, in order to eliminate the influence as described above as much as possible and to detect the concentration of the gas to be detected with high accuracy, it is necessary to frequently calibrate the output characteristics of the semiconductor gas detection element using, for example, a standard gas. There was a possibility of giving a complicated impression to the user.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被検知ガスを長期間に亘って簡易にかつ精度良く検知できるガス検知装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas detection device that can detect a gas to be detected easily and accurately over a long period of time.

上記目的を達成するための本発明に係るガス検知装置の第1特徴構成は、半導体式ガス検知素子と、当該半導体式ガス検知素子の出力値を下記(I)式に基づいて補正する補正手段とを備えた点にある。
[数1]
Vc=Vs+a・t−(Bt−B0)・b (I)
(式中、Vcは補正後の出力値、Vsは補正前の出力値、tは経過時間、B0は初期ベース値、Btはt時間単位後のベース値、a及びbは定数を示す。)
In order to achieve the above object, a first characteristic configuration of a gas detection device according to the present invention includes a semiconductor gas detection element and a correction unit that corrects an output value of the semiconductor gas detection element based on the following equation (I): It is in the point with and.
[Equation 1]
Vc = Vs + a.t- (Bt-B0) .b (I)
(In the formula, Vc is an output value after correction, Vs is an output value before correction, t is an elapsed time, B0 is an initial base value, Bt is a base value after t time units, and a and b are constants.)

本構成によれば、実測により得られる第一項の出力値Vsに対して、低感度化特性変化に起因する出力変化相当分を第二項において経過時間に比例して加算すると共に、高感度化特性変化に起因する出力変化相当分を第三項においてベース値の変化量に比例して減算することで、半導体式ガス検知素子の出力特性の経時変化による影響を打ち消すように出力値を補正することができる。よって、被検知ガスの濃度を一定とした場合における出力値の経時変化量を長期間に亘って小さく抑えることができる。これにより、出力特性の較正の頻度を低減し、場合によってはそのような較正工程を不要とすることができる。従って、被検知ガスを長期間に亘って簡易にかつ精度良く検知できるガス検知装置を提供することができる。   According to this configuration, an output change equivalent attributed to a change in sensitivity reduction characteristics is added in proportion to the elapsed time in the second term to the output value Vs of the first term obtained by actual measurement, and the high sensitivity By subtracting the amount corresponding to the change in output due to the change in conversion characteristics in proportion to the amount of change in the base value in the third term, the output value is corrected so as to cancel the influence of the change in the output characteristics of the semiconductor gas detection element over time can do. Therefore, the amount of change with time of the output value when the concentration of the gas to be detected is constant can be kept small over a long period of time. As a result, the frequency of calibration of the output characteristics can be reduced, and in some cases, such a calibration step can be eliminated. Therefore, it is possible to provide a gas detection device that can easily and accurately detect the gas to be detected over a long period of time.

本発明に係るガス検知装置の第2特徴構成は、前記補正後の出力値が所定のしきい値を超えたときに警報を報知する警報手段をさらに備える点にある。   A second characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that it further includes alarm means for informing an alarm when the corrected output value exceeds a predetermined threshold value.

出力値の補正を行うための定数であるa及びbを適宜調整することで、特定濃度範囲の被検知ガスについての出力値の経時変化量を極力小さく抑えることができる。そのため、本発明は、上記のように補正後の出力値が所定のしきい値を超えたときに警報を報知する警報手段をさらに備える構成に好適に適用することができ、定数a及びbを適切に設定することで長期間に亘って警報手段の動作状態を良好に維持できる。すなわち、被検知ガスの実際の濃度がしきい値以下の状態で警報手段が作動する誤報知や、被検知ガスの実際の濃度がしきい値を超えても警報手段が作動しない報知遅れ等が生じるのを、長期間に亘って良好に抑制することができる。   By appropriately adjusting the constants a and b for correcting the output value, it is possible to suppress the amount of change over time of the output value for the detected gas in the specific concentration range as small as possible. Therefore, the present invention can be suitably applied to a configuration further comprising alarm means for notifying an alarm when the corrected output value exceeds a predetermined threshold as described above, and the constants a and b are By appropriately setting, the operating state of the alarm means can be maintained well over a long period of time. That is, there is a false notification that the alarm means operates when the actual concentration of the detected gas is below the threshold, or a notification delay that the alarm means does not operate even if the actual concentration of the detected gas exceeds the threshold. Generation | occurrence | production can be suppressed favorably over a long period of time.

本発明に係るガス検知装置の第3特徴構成は、前記(Bt−B0)の絶対値が、所定の値より大きくなったときに異常を報知する異常報知手段をさらに備える点にある。   A third characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the gas detection device further includes an abnormality notifying unit that notifies an abnormality when the absolute value of (Bt−B0) becomes larger than a predetermined value.

半導体式ガス検知素子が正常に動作している状態では、初期ベース値を基準とするベース値の変化量は所定範囲内に収まることが予定される。この点に鑑み、本構成によれば、(Bt−B0)の絶対値に基づいて半導体式ガス検知素子に異常が生じていることを予測し、異常が予測される場合には当該異常を利用者に対して迅速に通知することができる。   In a state where the semiconductor gas detection element is operating normally, the amount of change in the base value based on the initial base value is expected to be within a predetermined range. In view of this point, according to the present configuration, it is predicted that an abnormality has occurred in the semiconductor gas detection element based on the absolute value of (Bt−B0), and when the abnormality is predicted, the abnormality is used. Can be promptly notified.

本発明に係るガス検知装置の第4特徴構成は、所定の時間単位t毎のBtを記憶する記憶手段をさらに備える点にある。   The 4th characteristic structure of the gas detection apparatus which concerns on this invention exists in the point further provided with the memory | storage means to memorize | store Bt for every predetermined time unit t.

本構成によれば、記憶手段に記憶された各時点におけるベース値の履歴に基づいて、式(I)におけるt時間単位後のベース値Btを容易に取得することができる。また、ベース値の履歴に基づいて半導体式ガス検知素子の設置環境に由来する特性変化に関する情報を得ることができる。そして、その情報を、その後の開発やメンテナンス等に活用することができる。   According to this configuration, the base value Bt after t time units in the equation (I) can be easily obtained based on the history of the base value at each time point stored in the storage unit. In addition, based on the history of the base value, it is possible to obtain information regarding characteristic changes derived from the installation environment of the semiconductor gas detection element. Then, the information can be used for subsequent development and maintenance.

被検知ガスをエタノールとした場合における経過時間と補正前のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and the sensor output before correction when the gas to be detected is ethanol. エタノール濃度と補正前のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ethanol concentration and the sensor output before correction | amendment. 半導体式ガス検知素子の出力特性変化のメカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mechanism of the output characteristic change of a semiconductor type gas detection element. 被検知ガスをエタノールとした場合における経過時間と補正後のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and the sensor output after correction | amendment when the to-be-detected gas is ethanol. エタノール濃度と補正後のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ethanol concentration and the sensor output after correction | amendment. 被検知ガスをメチルエチルケトンとした場合における経過時間と補正前のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and the sensor output before correction when the gas to be detected is methyl ethyl ketone. 被検知ガスをメチルエチルケトンとした場合における経過時間と補正後のセンサ出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed time and the sensor output after correction | amendment when the to-be-detected gas is methyl ethyl ketone.

本発明に係るガス検知装置は、半導体式ガス検知素子を備え、被検知ガスの存在によって生じる半導体式ガス検知素子の電気抵抗変化に伴う電流値変化を捉えることにより、被検知ガスを検知するものである。このようなガス検知装置は、半導体式ガス検知素子を、例えば既知のガス検知回路等に組み込むことにより構成することができる。   A gas detection device according to the present invention includes a semiconductor gas detection element, and detects a gas to be detected by capturing a current value change accompanying a change in electrical resistance of the semiconductor gas detection element caused by the presence of the gas to be detected. It is. Such a gas detection device can be configured by incorporating a semiconductor type gas detection element into, for example, a known gas detection circuit.

本発明において使用する半導体式ガス検知素子の形態は特に限定されず、例えば熱線型半導体式ガス検知素子や基板型半導体式ガス検知素子等を用いることができる。また、半導体式ガス検知素子の種類(材料、組成等)も特に限定されず、被検知ガスの種類(ガス種)に応じて適宜選択することができる。本発明に係るガス検知装置によって検知できるガス種としては、特に制限はなく、例えば可燃性ガス、毒性ガス、不活性ガス、VOC等が挙げられる。本発明に係るガス検知装置は、例えば可燃性ガスセンサ、ガス漏れセンサ、ニオイセンサ等として用いることができる。   The form of the semiconductor gas detection element used in the present invention is not particularly limited. For example, a hot-wire semiconductor gas detection element, a substrate type semiconductor gas detection element, or the like can be used. Further, the type (material, composition, etc.) of the semiconductor type gas detection element is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the type (gas type) of the gas to be detected. The gas species that can be detected by the gas detection device according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include flammable gas, toxic gas, inert gas, and VOC. The gas detection device according to the present invention can be used as, for example, a combustible gas sensor, a gas leak sensor, an odor sensor, and the like.

このような半導体式ガス検知素子を備えるガス検知装置において、本発明は、半導体式ガス検知素子の出力値を下記(I)式に基づいて補正する補正手段を備えたことを特徴とする。   In such a gas detection device including a semiconductor type gas detection element, the present invention is characterized by including correction means for correcting the output value of the semiconductor type gas detection element based on the following equation (I).

[数2]
Vc=Vs+a・t−(Bt−B0)・b (I)
(式中、Vcは補正後の出力値、Vsは補正前の出力値、tは経過時間、B0は初期ベース値、Btはt時間単位後のベース値、a及びbは定数を示す。)
[Equation 2]
Vc = Vs + a.t- (Bt-B0) .b (I)
(In the formula, Vc is an output value after correction, Vs is an output value before correction, t is an elapsed time, B0 is an initial base value, Bt is a base value after t time units, and a and b are constants.)

本発明者らは、後述する実施例に示すように、半導体式ガス検知素子における長いスパンでの出力特性変化(高感度化特性変化と低感度化特性変化とを含む)による影響を実験的に確認した。本発明者らは、これらの高感度化特性変化と低感度化特性変化とをそれぞれ定量的に評価することで、その出力特性変化による影響を打ち消すことができる点に着目し、上記(I)式を導き出した。   As shown in Examples described later, the present inventors experimentally examined the influence of a change in output characteristics (including a change in sensitivity characteristics and a change in sensitivity characteristics) over a long span in a semiconductor gas detection element. confirmed. The present inventors pay attention to the point that the influence due to the change in the output characteristic can be canceled by quantitatively evaluating each of the change in the sensitivity improvement characteristic and the change in the sensitivity reduction characteristic. The formula was derived.

上記(I)式において、a及びbは定数であり、半導体式ガス検知素子を構成する材料及び被検知ガスの種類に応じて異なる値を取り得る。また、B0は初期状態におけるベース値(定数として取り扱うことが可能)であり、半導体式ガス検知素子を構成する材料及び被検知ガスの種類に応じて異なる値を取り得る。これらの定数a及びb、並びに初期ベース値B0は、各種実験に基づく経験値として適宜設定することができる。   In the above formula (I), a and b are constants, and can take different values depending on the material constituting the semiconductor gas detection element and the type of gas to be detected. Further, B0 is a base value in the initial state (can be handled as a constant), and can take a different value depending on the material constituting the semiconductor gas detection element and the type of gas to be detected. These constants a and b and the initial base value B0 can be appropriately set as experience values based on various experiments.

上記(I)式において、tは経過時間である。この場合における経過時間の単位としては、〔時間〕、〔日〕、〔週〕、〔月〕等を採用することができ、特に限定されない。また、Btは、経過時間tに応じたt時間単位後のベース値であり、例えば経過時間tの単位が〔週〕である場合には、Btはt週後のベース値を表す。各時間単位におけるBtは、当該時間単位よりも1つ前の時間単位におけるベース値(実測値)の最低値として設定することができる。   In the above formula (I), t is the elapsed time. As the unit of elapsed time in this case, [hour], [day], [week], [month] and the like can be adopted, and there is no particular limitation. Bt is a base value after t time units according to the elapsed time t. For example, when the unit of the elapsed time t is [week], Bt represents the base value after t weeks. Bt in each time unit can be set as the minimum value of the base value (actually measured value) in the time unit immediately before the time unit.

このようなt時間単位後のベース値Btを簡易に得るためには、一例として、随時取得されて記憶手段に格納される情報を利用する手法を採用することができる。より具体的には、RAM等の記憶手段をさらに備えると共に、当該記憶手段には所定時間毎のベース値Btを順次記憶して格納する構成とし、直近となる(t−1)時間単位におけるベース値を、t時間単位後のベース値とすることができる。なお、このような記憶手段を備える場合には、ベース値の履歴に基づいて半導体式ガス検知素子の設置環境に由来する特性変化に関する情報を取得し、当該取得した情報をその後の開発やメンテナンス等に活用することができるという利点もある。   In order to easily obtain such a base value Bt after t time units, as an example, a method of using information that is acquired at any time and stored in the storage means can be employed. More specifically, a storage unit such as a RAM is further provided, and a base value Bt for each predetermined time is sequentially stored and stored in the storage unit, and the base in the nearest (t-1) time unit is configured. The value can be a base value after t time units. In the case where such storage means is provided, information on characteristic changes derived from the installation environment of the semiconductor gas detection element is acquired based on the history of the base value, and the acquired information is used for subsequent development, maintenance, etc. There is also an advantage that it can be utilized.

本発明に係るガス検知装置では、補正手段が半導体式ガス検知素子の出力値を(I)式に基づいて補正するので、被検知ガスの濃度を一定とした場合における出力値の経時変化量を長期間に亘って小さく抑えることができる。この点を考慮すれば、本発明に係るガス検知装置は、所定濃度を超える被検知ガスの存在を検知した場合にその旨を利用者に報知するガス警報装置として好ましく適用できる。この場合、本発明に係るガス検知装置は、補正後の出力値が所定の(予め定められた)しきい値を超えたときに警報を報知する警報手段をさらに備える構成とすると良い。   In the gas detection device according to the present invention, the correction means corrects the output value of the semiconductor type gas detection element based on the formula (I), so that the amount of change in the output value with time when the concentration of the gas to be detected is constant is calculated. It can be kept small over a long period of time. In consideration of this point, the gas detection device according to the present invention can be preferably applied as a gas alarm device that notifies a user of the fact when the presence of a gas to be detected exceeding a predetermined concentration is detected. In this case, the gas detection device according to the present invention may be configured to further include alarm means for notifying an alarm when the corrected output value exceeds a predetermined (predetermined) threshold value.

本発明に係るガス検知装置は、(Bt−B0)の絶対値が、所定の値より大きくなったときに異常を報知する異常報知手段をさらに備えることが好ましい。半導体式ガス検知素子が正常に動作している状態では、初期ベース値を基準とするベース値の変化量は所定範囲(例えば、5〜10mA)内に収まることが予定される。そこで、上記のように(Bt−B0)の絶対値が所定値より大きくなったときに異常を報知する異常報知手段を備える構成を採用することで、半導体式ガス検知素子に異常が生じていると予測される場合には、当該異常を利用者に対して迅速に通知することができる。   It is preferable that the gas detection device according to the present invention further includes abnormality notification means for notifying abnormality when the absolute value of (Bt−B0) becomes larger than a predetermined value. In a state in which the semiconductor gas detection element is operating normally, the amount of change in the base value based on the initial base value is expected to be within a predetermined range (for example, 5 to 10 mA). Therefore, as described above, by adopting the configuration including the abnormality notifying unit that notifies the abnormality when the absolute value of (Bt−B0) is larger than the predetermined value, abnormality has occurred in the semiconductor gas detection element. Can be promptly notified to the user.

本発明に係るガス検知装置は、使用開始時からの経過時間が予め定められた所定時間を超えたときに点検時期の到来を通知する通知手段をさらに備えることが好ましい。この場合における予め定められた所定時間は特に限定されないが、低感度化特性変化が十分に進行する程度の長時間であることが好ましく、一例としては50〜100時間単位に相当する時間を挙げることができる。また、通知方法についても特に限定されず、LED等による点灯又は点滅表示、音声案内、モニタ等への画像表示等によるものとすることができる。このような通知手段を備える構成を採用することで、利用者に対してガス検知装置の点検時期の到来を適切に通知することができる。   The gas detection device according to the present invention preferably further comprises notification means for notifying the arrival of the inspection time when the elapsed time from the start of use exceeds a predetermined time. The predetermined time in this case is not particularly limited, but it is preferably a long time enough for the change in sensitivity-reducing characteristics to sufficiently proceed. As an example, a time corresponding to a unit of 50 to 100 hours is given. Can do. Also, the notification method is not particularly limited, and may be based on lighting or blinking display using an LED or the like, voice guidance, image display on a monitor, or the like. By adopting a configuration including such a notification means, it is possible to appropriately notify the user of the arrival of the inspection time of the gas detection device.

以下に、本発明に係るガス検知装置による実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the gas detection device according to the present invention will be described below, and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following examples.

半導体式ガス検知素子として、酸化スズを感応材料に用いた熱線型半導体式センサを用い、(1)実験室内の空気、(2)被検知ガスとしてエタノールを20ppm含む実験室内の空気、(3)被検知ガスとしてエタノールを50ppm含む実験室内の空気、(4)被検知ガスとしてエタノールを100ppm含む実験室内の空気、のそれぞれの雰囲気下における半導体式ガス検知素子の出力特性変化を調べた。その結果を図1及び図2に示している。   As the semiconductor gas detection element, a hot-wire semiconductor sensor using tin oxide as a sensitive material is used. (1) Laboratory air, (2) Laboratory air containing 20 ppm of ethanol as a gas to be detected, (3) Changes in the output characteristics of the semiconductor gas detection element were investigated under the respective atmospheres of laboratory air containing 50 ppm of ethanol as the gas to be detected and (4) air in the laboratory containing 100 ppm of ethanol as the gas to be detected. The results are shown in FIGS.

なお、図1及び図2に示す実験結果は、5ppmのヘキサメチルジシロキサンと、20ppmのイソプロパノールと、3ppmのフタル酸ジエチルとが共存する環境中にガス検知装置を放置し、経過時間に対する実験室内の空気中の出力値(ベース値)とエタノールに対する感度を追跡した結果である。この試験条件は、実際にガス検知装置を設置する環境中に共存し得るガスを選定し、その濃度を実際の環境中での濃度よりも高く設定したものである。この実験は、ガス検知装置を実環境に設置する場合の加速試験と見なすことができる。また、図1においては、使用開始後の経過時間に対して半導体式ガス検知素子によるセンサ出力としての電流値(出力値)をプロットしている。図2においては、エタノールの対数表示での濃度に対して半導体式ガス検知素子による出力値をプロットしている。   The experimental results shown in FIG. 1 and FIG. 2 show that the gas detector is left in an environment where 5 ppm of hexamethyldisiloxane, 20 ppm of isopropanol, and 3 ppm of diethyl phthalate coexist, and the laboratory for the elapsed time. It is the result of tracking the output value (base value) in air and the sensitivity to ethanol. In this test condition, a gas that can coexist in the environment where the gas detector is actually installed is selected, and its concentration is set higher than the concentration in the actual environment. This experiment can be regarded as an acceleration test when the gas detection device is installed in an actual environment. Moreover, in FIG. 1, the current value (output value) as a sensor output by the semiconductor gas detection element is plotted against the elapsed time after the start of use. In FIG. 2, the output value of the semiconductor gas detection element is plotted against the concentration of the logarithm of ethanol.

図1及び図2から良く理解できるように、エタノールの濃度が一定であっても、ガス検知装置の使用開始後の比較的早期の期間(図示の例では、少なくとも0〜25時間単位の期間)は、ベース値の上昇に対してより大きな変化幅で出力値が上昇することが分かる。本発明者らの検討によれば、このような早期段階における出力特性変化は、主に環境中の雑ガス成分との反応(触媒被毒)の進行に伴って半導体式ガス検知素子の表面が短期間のうちに適度に劣化し、その結果として被検知ガスが半導体式ガス検知素子の内部に拡散し易くなることに起因しているものと考えられる。なお、環境中の雑ガス成分としては、例えば、シロキサンや硫黄化合物、或いは難酸化性の有機化合物ガス等を例示することができる。このような出力特性変化は、「高感度化特性変化」と称することができる。   As can be clearly understood from FIGS. 1 and 2, even if the ethanol concentration is constant, a relatively early period after the start of use of the gas detection device (in the illustrated example, a period of at least 0 to 25 hours). It can be seen that the output value rises with a larger change width as the base value rises. According to the study by the present inventors, such a change in output characteristics at an early stage is mainly caused by the progress of reaction (catalyst poisoning) with miscellaneous gas components in the environment as the surface of the semiconductor gas detection element. This is considered to be due to the fact that the gas to be detected deteriorates moderately within a short period of time, and as a result, the gas to be detected easily diffuses into the semiconductor gas detection element. Examples of miscellaneous gas components in the environment include siloxanes, sulfur compounds, and hardly oxidizable organic compound gases. Such an output characteristic change can be referred to as a “sensitivity-enhancing characteristic change”.

一方、使用開始後にある程度の時間が経過した後(図示の例では、少なくとも25〜60時間単位の期間)は、ベース値が略一定に保たれたままで、各被検知ガスの濃度が一定であっても時間の経過と共に出力値が徐々に低下することが分かる。本発明者らの検討によれば、このような所定時間経過後における出力特性変化は、主に感応材料粒子の熱ストレスの累積に伴う焼結(シンタリング)の進行、及び、環境中の雑ガス成分等との反応に伴って半導体式ガス検知素子の自然劣化が進行し、十分な応答性が得られなくなることに起因しているものと考えられる。このような出力特性変化は、「低感度化特性変化」と称することができる。   On the other hand, after a certain amount of time has elapsed after the start of use (in the example shown, at least a period of 25 to 60 hours), the concentration of each gas to be detected remains constant while the base value remains substantially constant. However, it can be seen that the output value gradually decreases with time. According to the study by the present inventors, such a change in output characteristics after a lapse of a predetermined time is mainly caused by the progress of sintering (sintering) accompanying the accumulation of thermal stress of the sensitive material particles and the environmental noise. This is considered to be due to the fact that the semiconductor gas detection element is naturally deteriorated with the reaction with the gas component and the like, and sufficient responsiveness cannot be obtained. Such a change in output characteristics can be referred to as a “sensitivity reduction characteristic change”.

以上の現象を総合的に考慮すると、半導体式ガス検知素子においては、時間の経過に伴って高感度化特性変化と低感度化特性変化とが同時並行的に起こり、いわゆる動的平衡状態が形成されていると解釈できることが分かった。早期段階における出力値の上昇は、低感度化特性変化に対して高感度化特性変化が優位となっているためであり、やがて高感度化特性変化に対して低感度化特性変化が優位となった後は、時間の経過と共に出力値が徐々に低下するのである。図3には、出力特性変化を生じさせる2つの要因である高感度化特性変化と低感度化特性変化とを、概念的に分割して模式的に示している。   Considering the above phenomenon comprehensively, in the semiconductor gas detection element, the sensitivity change and the sensitivity change occur simultaneously with the passage of time, and so-called dynamic equilibrium is formed. It turns out that it can be interpreted as being. The increase in the output value in the early stage is because the high sensitivity change is superior to the low sensitivity change, and the low sensitivity change is dominant over the high sensitivity change. After that, the output value gradually decreases with time. FIG. 3 schematically shows a change in the sensitivity enhancement characteristic and a change in the sensitivity reduction characteristic, which are two factors causing the change in the output characteristic, conceptually divided.

なお、上記の実験とは別に、通常の室内環境下に設置したガス検知装置を用いて、同様にエタノールに対する感度を追跡した。この性能追跡結果により、図1に示すような現象が長い時間をかけて現れることが確認された。これらの事実は、半導体式ガス検知素子が設置環境から受ける影響の違いを、時間を変数とする関数で表せることを意味している。   In addition, the sensitivity with respect to ethanol was tracked similarly using the gas detector installed in the normal indoor environment separately from said experiment. From this performance tracking result, it was confirmed that the phenomenon shown in FIG. 1 appears over a long period of time. These facts mean that the difference in the influence of the semiconductor gas detection element from the installation environment can be expressed by a function having time as a variable.

本発明者らは、高感度化特性変化及び低感度化特性変化のそれぞれによる影響を打ち消すべく、出力値を補正することを試みた。そして、低感度化特性変化に起因する出力変化相当分を、低感度化用比例係数aを用いて経過時間に比例して加算することで、低感度化特性変化による影響を打ち消し得ることを見出した。同様に、高感度化特性変化に起因する出力変化相当分を、高感度化用比例係数bを用いて初期ベース値を基準とするベース値の変化量に比例して減算することで、高感度化特性変化による影響を打ち消し得ることを見出した。ここで、低感度化用比例係数aは、半導体式ガス検知素子を清浄空気中に設置したときの感度の追跡データに基づいて算出することができ、高感度化用比例係数bは、苛酷環境中での加速試験の結果に基づいて算出することができる。   The inventors of the present invention have tried to correct the output value in order to cancel the influence of each of the sensitivity enhancement characteristic change and the sensitivity reduction characteristic change. Then, it has been found that the effect due to the change in the sensitivity reduction characteristic can be canceled by adding the output change equivalent due to the change in the sensitivity reduction characteristic in proportion to the elapsed time using the proportional coefficient a for sensitivity reduction. It was. Similarly, high sensitivity can be obtained by subtracting the output change equivalent attributed to the change in sensitivity enhancement characteristic in proportion to the amount of change in the base value relative to the initial base value using the proportional coefficient b for sensitivity enhancement. It has been found that the influence of change in chemical properties can be counteracted. Here, the low-sensitivity proportional coefficient a can be calculated based on sensitivity tracking data when the semiconductor gas detection element is installed in clean air, and the high-sensitivity proportional coefficient b is a severe environment. It can be calculated based on the result of the acceleration test in the inside.

この考え方に基づき、半導体式ガス検知素子の出力特性変化による影響を打ち消すように補正した後の出力値を数式で表すと、以下の関係式で表せることが分かった。
[数3]
Vc=Vs+a・t−(Bt−B0)・b (I)
(式中、Vcは補正後の出力値、Vsは補正前の出力値、tは経過時間、B0は初期ベース値、Btはt時間単位後のベース値、a及びbは定数を示す。)
Based on this concept, it was found that the output value after correction so as to cancel the influence of the change in the output characteristics of the semiconductor gas detection element can be expressed by the following relational expression.
[Equation 3]
Vc = Vs + a.t- (Bt-B0) .b (I)
(In the formula, Vc is an output value after correction, Vs is an output value before correction, t is an elapsed time, B0 is an initial base value, Bt is a base value after t time units, and a and b are constants.)

次に、加速試験等により上記の式(I)における各比例係数a,bを実験的に算出し、低感度化用比例係数a=0.15、高感度化用比例係数b=20とした。そして、これらと実測による初期ベース値B0とを用い、上記の式(I)に基づいて、先に図1及び図2に示した実測による出力値を補正した。その結果を図4及び図5に示している。なお、図1及び図2と同様、図4では使用開始後の経過時間に対して補正後のセンサ出力としての電流値(出力値)をプロットしており、図5ではエタノールの対数表示での濃度に対して補正後の出力値をプロットしている。   Next, the proportionality factors a and b in the above formula (I) are experimentally calculated by an acceleration test or the like, and the low-sensitivity proportionality factor a = 0.15 and the high-sensitivity proportionality factor b = 20. . Then, using these and the initial base value B0 obtained by actual measurement, the output value obtained by actual measurement shown in FIGS. 1 and 2 was corrected based on the above formula (I). The results are shown in FIGS. Like FIG.1 and FIG.2, the electric current value (output value) as a sensor output after correction | amendment is plotted with respect to the elapsed time after a use start in FIG. 4, and the logarithm display of ethanol in FIG. The corrected output value is plotted against the density.

図4及び図5から良く理解できるように、各濃度における補正後の出力値の経時変化量は、長期間に亘って小さく抑えられていることが分かる。特に図5を参照すれば、エタノールの濃度範囲を10ppm〜100ppmとした場合には、補正後の出力値自体はエタノールの濃度に応じて異なっているものの、その変動量は60時間単位以上もの期間に亘って2.5mA〜3mAの範囲内に抑えられていることが分かる。図2を参照して、補正前の状態では10〜24時間単位の期間に出力値が増大してその変動量が6mA〜6.5mAの範囲にまで拡大していることを考慮すれば、本発明による出力値補正が、経時変化量を抑制する上で優れた効果を発揮していることが理解できる。   As can be understood from FIGS. 4 and 5, it can be seen that the amount of change in the output value after correction at each density is kept small over a long period of time. Referring to FIG. 5 in particular, when the ethanol concentration range is 10 ppm to 100 ppm, the corrected output value itself varies depending on the ethanol concentration, but the fluctuation amount is a period of 60 hours or more. It can be seen that the current is suppressed within the range of 2.5 mA to 3 mA. Referring to FIG. 2, if it is considered that the output value increases in a period of 10 to 24 hours in the state before correction and the fluctuation amount expands to the range of 6 mA to 6.5 mA, this It can be understood that the output value correction according to the invention exhibits an excellent effect in suppressing the change with time.

このように、低感度化用比例係数a及び高感度化用比例係数bをそれぞれ適切な値に設定することで、少なくとも10ppm〜100ppmの濃度範囲内では補正後の出力値の経時変化量が長期間に亘って小さく抑えられている。そのため、本実施例に係るガス検知装置は、エタノールを被検知ガスとする場合におけるガス警報装置の用途に、格別な有用性を有する。すなわち、10ppm〜100ppmの範囲内の所定値をしきい値とし、当該しきい値を超える濃度のエタノールガスを検知した場合にその旨を利用者に報知するガス警報装置において、長期間に亘って警報濃度を安定させることが可能となる。   Thus, by setting the proportionality factor a for desensitization and the proportionality factor b for sensitivity enhancement to appropriate values, the amount of change with time of the output value after correction is long within a concentration range of at least 10 ppm to 100 ppm. It is kept small over the period. Therefore, the gas detection device according to the present embodiment has exceptional utility for the use of the gas alarm device in the case where ethanol is used as the gas to be detected. That is, in a gas alarm device that notifies a user when ethanol gas having a concentration exceeding a threshold value is detected as a predetermined value within a range of 10 ppm to 100 ppm, for a long period of time. The alarm concentration can be stabilized.

なお、図4及び図5では、被検知ガスをエタノールとした場合について示したが、被検知ガスのガス種はエタノールに限定されるものではない。エタノール以外のガスを被検知ガスとした場合であっても、ガス種に応じて低感度化用比例係数a,高感度化用比例係数bをそれぞれ適切な値に設定することで、各ガス種の出力値の経時変化量を長期間に亘って小さく抑えることができる。   4 and 5 show the case where the detected gas is ethanol, the gas type of the detected gas is not limited to ethanol. Even if a gas other than ethanol is used as the gas to be detected, each gas type can be set by setting the proportionality factor a for desensitization and the proportionality factor b for sensitivity enhancement to appropriate values according to the gas type. The amount of change over time in the output value can be kept small over a long period of time.

但し、本実施形態に係る補正手段によって上記のような補正を行った場合には、空気中でのセンサ出力値(ベース値)は、図4に示すように時間の経過に伴って初期値から次第に上昇することになる。そこで、ベース値(Bt;本例では1つ前の一定期間中でのセンサ出力値の最低値)を監視しておき、このベース値が所定値(例えば、10mA)を超えたときに異常を報知する構成とすることができる。すなわち、ベース値が所定値を超えたことに基づいてセンサ異常又はセンサ寿命を判定し、利用者に対してセンサの交換時期を通知するように構成すれば、ガス検知装置の健全性の維持を図ることが容易となる。   However, when the above correction is performed by the correction unit according to the present embodiment, the sensor output value (base value) in the air is changed from the initial value as time passes as shown in FIG. It will rise gradually. Therefore, the base value (Bt; in this example, the lowest value of the sensor output value in the previous fixed period) is monitored, and an abnormality is detected when the base value exceeds a predetermined value (for example, 10 mA). It can be set as the structure which alert | reports. That is, if the sensor abnormality or the sensor life is determined based on the base value exceeding the predetermined value and the sensor replacement time is notified to the user, the soundness of the gas detection device can be maintained. It becomes easy to plan.

別実施例において、半導体式ガス検知素子として、酸化亜鉛を感応材料に用いた熱線型半導体式センサを用い、被検知ガスをメチルエチルケトンとして、上記の実施例と同一の条件で加速試験を実施した。この場合における式(I)による補正の効果を確認した結果
を、図6及び図7に示す。ここで、図6は出力値の実測データによる結果を示しており、図7は出力値を式(I)に基づいて補正した場合の結果を示している。なお、式(I)に
おいては、各係数a,bをそれぞれa=0.17,b=20とした。この結果からも明らかなように、式(I)により、環境中の外乱物質に起因する半導体式ガス検知素子の高感
度化特性変化と、長期間の使用に伴う感応材料自体の劣化に起因する低感度化特性変化とを、同時に補正できることが分かる。これにより、本例では、メチルエチルケトンを被検知ガスとする場合におけるガス警報装置の用途に、格別の有用性が確認された。すなわち、20ppm付近(例えば、15ppm〜25ppm)の所定値をしきい値とし、当該しきい値を超える濃度のメチルエチルケトンを検知した場合にその旨を利用者に報知するガス警報装置において、長期間に亘って警報濃度を安定化できることが確認された。
In another example, a hot wire type semiconductor sensor using zinc oxide as a sensitive material was used as a semiconductor type gas detection element, and an acceleration test was performed under the same conditions as in the above example using methyl ethyl ketone as the gas to be detected. The result of confirming the effect of the correction by the formula (I) in this case is shown in FIGS. Here, FIG. 6 shows the result of actual measurement of the output value, and FIG. 7 shows the result when the output value is corrected based on the formula (I). In the formula (I), the coefficients a and b are set to a = 0.17 and b = 20, respectively. As is clear from this result, according to the formula (I), it is caused by the change in sensitivity characteristics of the semiconductor gas sensing element due to disturbance substances in the environment and the deterioration of the sensitive material itself due to long-term use. It can be seen that the change in sensitivity-reducing characteristics can be corrected simultaneously. Thereby, in this example, the special utility was confirmed by the use of the gas alarm device in the case of using methyl ethyl ketone as the gas to be detected. That is, in a gas alarm device that notifies a user when methyl ethyl ketone having a predetermined value near 20 ppm (for example, 15 ppm to 25 ppm) is detected as a threshold and a concentration exceeding the threshold is detected over a long period of time. It was confirmed that the alarm concentration could be stabilized over the entire period.

Claims (4)

半導体式ガス検知素子と、当該半導体式ガス検知素子の出力値を下記(I)式に基づいて補正する補正手段とを備えるガス検知装置。
[数1]
Vc=Vs+a・t−(Bt−B0)・b (I)
(式中、Vcは補正後の出力値、Vsは補正前の出力値、tは経過時間、B0は初期ベース値、Btはt時間単位後のベース値、a及びbは定数を示す。)
A gas detection apparatus comprising: a semiconductor gas detection element; and correction means for correcting an output value of the semiconductor gas detection element based on the following equation (I).
[Equation 1]
Vc = Vs + a.t- (Bt-B0) .b (I)
(In the formula, Vc is an output value after correction, Vs is an output value before correction, t is an elapsed time, B0 is an initial base value, Bt is a base value after t time units, and a and b are constants.)
前記補正後の出力値が所定のしきい値を超えたときに警報を報知する警報手段をさらに備える請求項1に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to claim 1, further comprising alarm means for notifying an alarm when the corrected output value exceeds a predetermined threshold value. 前記(Bt−B0)の絶対値が、所定の値より大きくなったときに異常を報知する異常報知手段をさらに備える請求項1または2に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to claim 1, further comprising abnormality notifying means for notifying abnormality when the absolute value of (Bt−B0) becomes larger than a predetermined value. 所定の時間単位t毎のBtを記憶する記憶手段をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 3, further comprising storage means for storing Bt for each predetermined time unit t.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019207208A (en) * 2018-05-30 2019-12-05 新コスモス電機株式会社 Gas detector

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115596A (en) * 1985-11-15 1987-05-27 株式会社日立ホームテック Gas leak alarm
JPH07260726A (en) * 1994-03-22 1995-10-13 Mitsui Petrochem Ind Ltd Device and method for detecting carbon dioxide gas
JPH11283147A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm
JP2001165890A (en) * 1999-12-07 2001-06-22 Yazaki Corp Gas leak alarm
JP2003217049A (en) * 2002-01-18 2003-07-31 Yazaki Corp Gas leakage alarm device
JP2008256513A (en) * 2007-04-04 2008-10-23 Osaka Gas Co Ltd Measuring device
JP2008267810A (en) * 2007-04-16 2008-11-06 Yazaki Corp Gas detector and gas detection method
JP2010086199A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Fuji Electric Systems Co Ltd Alarm

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115596A (en) * 1985-11-15 1987-05-27 株式会社日立ホームテック Gas leak alarm
JPH07260726A (en) * 1994-03-22 1995-10-13 Mitsui Petrochem Ind Ltd Device and method for detecting carbon dioxide gas
JPH11283147A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm
JP2001165890A (en) * 1999-12-07 2001-06-22 Yazaki Corp Gas leak alarm
JP2003217049A (en) * 2002-01-18 2003-07-31 Yazaki Corp Gas leakage alarm device
JP2008256513A (en) * 2007-04-04 2008-10-23 Osaka Gas Co Ltd Measuring device
JP2008267810A (en) * 2007-04-16 2008-11-06 Yazaki Corp Gas detector and gas detection method
JP2010086199A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Fuji Electric Systems Co Ltd Alarm

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019207208A (en) * 2018-05-30 2019-12-05 新コスモス電機株式会社 Gas detector
JP6991928B2 (en) 2018-05-30 2022-01-13 新コスモス電機株式会社 Gas detector

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