JP2014081367A - Gas sensor - Google Patents
Gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014081367A JP2014081367A JP2013199022A JP2013199022A JP2014081367A JP 2014081367 A JP2014081367 A JP 2014081367A JP 2013199022 A JP2013199022 A JP 2013199022A JP 2013199022 A JP2013199022 A JP 2013199022A JP 2014081367 A JP2014081367 A JP 2014081367A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- gas sensor
- case
- wall portion
- sensitive film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
本発明は、少なくともヒータと感応膜とを備えてＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子がケースに収納されてなるガスセンサに関するものである。 The present invention relates to a gas sensor in which a gas sensor element including at least a heater and a sensitive film and having a MEMS structure is housed in a case.
特開２０１１−８０８０９号公報（特許文献１）等には、ヒータと感応膜とを備えてＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子の一例が開示されている。この種のガスセンサ素子をケースに収納する場合、ケースには当然にしてガス導入孔が設けられる。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-80809 (Patent Document 1) and the like disclose an example of a gas sensor element including a heater and a sensitive film and formed by a MEMS structure. When this type of gas sensor element is housed in a case, the case is naturally provided with a gas introduction hole.
特許第５０４３５５６号公報（特許文献２）には、ケースの側壁部及び蓋部材にガス導入孔が形成され、メンブレン上に形成されたサーモパイルを備えた水素ガスセンサが開示されている。 Japanese Patent No. 5043556 (Patent Document 2) discloses a hydrogen gas sensor including a thermopile formed on a membrane in which gas introduction holes are formed in a side wall portion and a lid member of a case.
しかしながら従来は、消費電力の小さいこの種のガスセンサ素子の性能を最大限発揮できるケースの構造は十分に検討がされていなかった。 However, conventionally, the structure of a case that can maximize the performance of this type of gas sensor element with low power consumption has not been sufficiently studied.
本発明の目的は、消費電力の小さいＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子の性能をできるだけ発揮できるケースを備えたガスセンサを提供することにある。 The objective of this invention is providing the gas sensor provided with the case which can exhibit the performance of the gas sensor element formed by the MEMS structure with small power consumption as much as possible.
本発明のガスセンサは、少なくともヒータと感応膜とを備えてＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を収納するケースとを備えている。ケースにはガスセンサ素子にケースの外部から測定ガスを導入する複数のガス導入孔が設けられている。ケースは、底壁部と該底壁部の周縁部から延びる周壁部と該周壁部及び底壁部とによって囲まれて前記底壁部と対向する位置に開口部を有する収納室とを備えたケース本体と、前記１以上のガス導入孔を備えて前記開口部に嵌合される蓋部材とからなる。そしてガスセンサ素子は、感応膜が蓋部材と所定の間隔あけて対向するように底壁部に対して固定される。本発明では、蓋部材にのみ複数のガス導入孔が形成されている。複数のガス導入孔の数、形状寸法及び位置は、測定ガスが感応膜に直接当たらないように測定ガスを感応膜に導き、ヒータが発熱している間にケースの内部に残留する測定ガスとケースの外気とを自然対流により複数のガス導入孔を通して交換できるように定められている。感応膜に直接測定ガスが当たると、感応膜の温度が低下して、ノイズの発生原因になる。そこで本発明では、ガス導入孔からケース内に入った測定ガスが直接的に感応膜にあたらないようにしている。その結果、ノイズの発生を抑制できる。またケースの周囲にガス導入孔をむやみに設けると、ケース内に測定ガスが滞留する時間が短くなって測定精度が悪くなる。そこで本発明では、蓋部材にのみ複数のガス導入孔を形成して、ケース内への測定ガスの滞留時間を確保する。また次回の測定までの時間間隔があまり長くなると、使い勝手が非常に悪くなる。そこで本発明では、複数のガス導入孔の数、形状寸法及び位置を、ヒータが発熱している間にケースの内部に残留する測定ガスとケースの外気とを自然対流により複数のガス導入孔を通して交換できるように定めているので、性能使い勝手が悪くなることはない。 The gas sensor of the present invention includes at least a heater and a sensitive film, a gas sensor element formed by a MEMS structure, and a case for housing the gas sensor element. The case is provided with a plurality of gas introduction holes for introducing a measurement gas from the outside of the case to the gas sensor element. The case includes a bottom wall portion, a peripheral wall portion extending from a peripheral edge portion of the bottom wall portion, and a storage chamber surrounded by the peripheral wall portion and the bottom wall portion and having an opening at a position facing the bottom wall portion. It comprises a case main body and a lid member provided with the one or more gas introduction holes and fitted into the opening. The gas sensor element is fixed to the bottom wall so that the sensitive film faces the lid member at a predetermined interval. In the present invention, a plurality of gas introduction holes are formed only in the lid member. The number, shape, and position of the plurality of gas introduction holes are such that the measurement gas is guided to the sensitive film so that the measurement gas does not directly hit the sensitive film, and the measurement gas remaining inside the case while the heater is generating heat It is determined that the outside air of the case can be exchanged through a plurality of gas introduction holes by natural convection. If the measurement gas directly hits the sensitive film, the temperature of the sensitive film decreases, causing noise. Therefore, in the present invention, the measurement gas entering the case through the gas introduction hole is prevented from directly hitting the sensitive film. As a result, the generation of noise can be suppressed. Further, if gas introduction holes are provided around the case, the time during which the measurement gas stays in the case is shortened, resulting in poor measurement accuracy. Therefore, in the present invention, a plurality of gas introduction holes are formed only in the lid member to ensure the residence time of the measurement gas in the case. Also, if the time interval until the next measurement becomes too long, the usability becomes very bad. Therefore, in the present invention, the number, shape, and position of the plurality of gas introduction holes are set such that the measurement gas remaining inside the case while the heater generates heat and the outside air of the case are passed through the plurality of gas introduction holes by natural convection. Since it is determined that it can be exchanged, the performance usability will not deteriorate.
したがって本発明によれば、ＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子に測定用ガスが吹き付けられた際のガスセンサ素子の出力ノイズを抑制して、しかも測定後に残留する測定ガスの排出を速やかなものとして、ガスセンサ素子の性能を最大限発揮させることができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the output noise of the gas sensor element when the measurement gas is blown to the gas sensor element formed by the MEMS structure, and to quickly discharge the measurement gas remaining after the measurement. The performance of the gas sensor element can be maximized.
なお本発明によれば、ガスセンサ素子の消費電力が、３０ｍＷ以下のものであっても、その性能を十分に発揮させることができる。 In addition, according to this invention, even if the power consumption of a gas sensor element is 30 mW or less, the performance can fully be exhibited.
具体的なケースは、底壁部と該底壁部の周縁部から延びる周壁部と該周壁部及び底壁部とによって囲まれて底壁部と対向する位置に開口部を有する収納室とを備えたケース本体と、１以上のガス導入孔を備えて開口部に嵌合される蓋部材とから構成することができる。この場合、ガスセンサ素子は、感応膜が蓋部材と所定の間隔あけて対向するように底壁部に対して固定される。そして底壁部には、収納室の一部を構成し且つガスセンサ素子が収納される素子収納部を形成する。 A specific case includes a bottom wall portion, a peripheral wall portion extending from a peripheral edge portion of the bottom wall portion, and a storage chamber surrounded by the peripheral wall portion and the bottom wall portion and having an opening at a position facing the bottom wall portion. It can comprise from the case main body provided and the cover member which is equipped with one or more gas introduction holes, and is fitted to an opening part. In this case, the gas sensor element is fixed to the bottom wall portion so that the sensitive film faces the lid member at a predetermined interval. The bottom wall portion forms an element storage portion that constitutes a part of the storage chamber and stores the gas sensor element.
さらに蓋部材と感応膜との間の間隔を０．１mm〜０．７mmの範囲の値とすると、測定時の感応膜の温度低下を十分に抑制して、しかも残留ガスの排出時間を更に短縮することができる。なおガス導入孔の孔径は０．２mm〜０．４mm（または面積が０．０３mm2〜０．１６mm2）であるのが好ましく、ガス導入孔の形状は丸、四角、菱形、楕円等任意である。 Furthermore, if the distance between the lid member and the sensitive membrane is set to a value in the range of 0.1 mm to 0.7 mm, the temperature drop of the sensitive membrane at the time of measurement is sufficiently suppressed, and the discharge time of residual gas is further shortened. can do. The diameter of the gas introduction hole is preferably 0.2 mm to 0.4 mm (or the area is 0.03 mm 2 to 0.16 mm 2 ), and the shape of the gas introduction hole is arbitrary, such as a circle, a square, a rhombus, or an ellipse. is there.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のガスセンサの実施の形態の一例の平面図及びケース１から蓋部材５を除いた平面図をそれぞれ示している。図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図４は蓋部材５の平面図、図５はＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子７の概略断面図である。なお、図２及び図３においては、理解を容易にするためにセンサ素子は断面としていない。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B respectively show a plan view of an example of an embodiment of a gas sensor of the present invention and a plan view of the case 1 with the lid member 5 removed. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A, FIG. 4 is a plan view of the lid member 5, and FIG. It is a schematic sectional drawing of the gas sensor element 7 made. 2 and 3, the sensor element is not shown in cross section for easy understanding.
本実施の形態のガスセンサは、ケース１内に、後に詳しく説明するガスセンサ素子７が収納された構造を有している。図５に誇張して示すように、ガスセンサ素子７は基本的にベース７１と、感応膜７７とを有している。ベース７１は輪郭形状が矩形状を呈しており、中央に位置するいわゆるブリッジ状の薄板部７１Ａと、薄板部７１Ａの周囲に位置する外側領域７１Ｂとを有している。ベース７１の中央部には、薄板部７１Ａの下部及び周囲に空洞部７１Ｃがエッチングにより形成されている。ベース７１の外側領域７１Ｂには、図示しない薄膜配線パターンに接続された複数の電極７３が設けられている。ベース７１は、複数の絶縁層が積層されて構成されており、薄板部７１Ａ内にはヒータ７５を内層している。具体的には、ベース７１は、シリコン単結晶からなる下部絶縁層と、この下部絶縁層上に形成されたシリコン酸化物またはシリコン窒化物等のシリコン化合物からなる上部絶縁層とを有している。ヒータ７５は、ベース７１の中央部に形成されたブリッジ部７１Ａ内に内層されており、ブリッジ部７１Ａ中のヒータ７５は上部絶縁層によって覆われている。ヒータ７５は、白金薄膜層から形成されている。ヒータ７５は、感応膜７７を加熱して、測定ガスと感応膜７７の反応を促進させ、反応したのちは速やかに吸着したガスおよび水分を発散させる役割を果たす。実際の感応膜７の寸法は、直径が０．１１ｍｍの円形領域内に入る程度の小さいものである。したがって本実施の形態では、図１（Ａ）に示すように、蓋部材５を正面から見たときに、蓋部材５に形成したガス導入孔６，６´から、感応膜７７を見ることができないように、ガス導入孔６，６´の数、形状寸法、位置が定められている。その結果、設計上は、ガス導入孔６，６´から導入された測定ガスが、感応膜７７に直接当たることはないようになっている。本実施の形態で用いるガスセンサ素子７の消費電力が、３０mWのものである。なお本発明は、消費電力が、３０mW以下のガスセンサ素子７を用いる場合に、より好ましい効果を発揮する。 The gas sensor of the present embodiment has a structure in which a gas sensor element 7 to be described in detail later is accommodated in a case 1. As exaggeratedly shown in FIG. 5, the gas sensor element 7 basically has a base 71 and a sensitive film 77. The base 71 has a rectangular outline shape, and has a so-called bridge-shaped thin plate portion 71A located in the center and an outer region 71B located around the thin plate portion 71A. In the central portion of the base 71, a hollow portion 71C is formed by etching around and below the thin plate portion 71A. In the outer region 71B of the base 71, a plurality of electrodes 73 connected to a thin film wiring pattern (not shown) are provided. The base 71 is configured by laminating a plurality of insulating layers, and a heater 75 is provided in the thin plate portion 71A. Specifically, the base 71 has a lower insulating layer made of silicon single crystal and an upper insulating layer made of silicon compound such as silicon oxide or silicon nitride formed on the lower insulating layer. . The heater 75 is layered in a bridge portion 71A formed at the center of the base 71, and the heater 75 in the bridge portion 71A is covered with an upper insulating layer. The heater 75 is formed from a platinum thin film layer. The heater 75 heats the sensitive film 77 to promote the reaction between the measurement gas and the sensitive film 77, and after the reaction, plays a role of quickly releasing the adsorbed gas and moisture. The actual size of the sensitive film 7 is small enough to fall within a circular region having a diameter of 0.11 mm. Accordingly, in the present embodiment, as shown in FIG. 1A, when the lid member 5 is viewed from the front, the sensitive film 77 can be seen from the gas introduction holes 6 and 6 ′ formed in the lid member 5. The number, shape, and position of the gas introduction holes 6 and 6 'are determined so that they cannot be performed. As a result, by design, the measurement gas introduced from the gas introduction holes 6 and 6 ′ does not directly hit the sensitive film 77. The power consumption of the gas sensor element 7 used in the present embodiment is 30 mW. In addition, this invention exhibits a more preferable effect, when using the gas sensor element 7 whose power consumption is 30 mW or less.
ケース１は、絶縁材料からなるケース本体３と絶縁樹脂製の蓋部材５とから構成されている。蓋部材５には、ガスセンサ素子７にケース１の外部から測定ガスを導入する複数のガス導入孔６，６′が設けられている。ケース本体３は、底壁部３１と該底壁部３１の周縁部から延びる周壁部３３と該周壁部３３及び底壁部３１とによって囲まれて底壁部３１と対向する位置に開口部１５Ａを有する収納室１５とを備えている。ケースの収納室１５は、ガスセンサ素子７が収納される素子収納部１１と、該素子収納部１１と開口部１５Ａとの間に位置するガス滞留部１３とから構成されている。ガスセンサ素子７は、感応膜７７が蓋部材５と所定の間隔あけて対向するように底壁部３１に対して固定されている。 The case 1 includes a case main body 3 made of an insulating material and a lid member 5 made of an insulating resin. The lid member 5 is provided with a plurality of gas introduction holes 6, 6 ′ through which the measurement gas is introduced into the gas sensor element 7 from the outside of the case 1. The case body 3 is surrounded by the bottom wall portion 31, the peripheral wall portion 33 extending from the peripheral edge portion of the bottom wall portion 31, the peripheral wall portion 33 and the bottom wall portion 31, and has an opening 15 </ b> A at a position facing the bottom wall portion 31. And a storage room 15 having The case storage chamber 15 includes an element storage portion 11 in which the gas sensor element 7 is stored, and a gas retention portion 13 located between the element storage portion 11 and the opening 15A. The gas sensor element 7 is fixed to the bottom wall portion 31 so that the sensitive film 77 faces the lid member 5 at a predetermined interval.
ケース本体３の底壁部３１には、収納室１５の一部を構成し且つガスセンサ素子７が収納される素子収納部１１が形成されている。また底壁部３１には素子収納部１１の周囲に、開口部１５Ａとは反対の方向に開口する複数の凹部３５が形成されている。本実施の形態では、ケース本体３にインサートモールドされた６本の端子金具９の基部に対応する位置に６個の凹部３５が形成されている。なお凹部は連続する一連の環状形状を呈していてもよい。 Formed on the bottom wall portion 31 of the case body 3 is an element storage portion 11 that constitutes a part of the storage chamber 15 and in which the gas sensor element 7 is stored. The bottom wall 31 is formed with a plurality of recesses 35 that open in the direction opposite to the opening 15 </ b> A around the element storage portion 11. In the present embodiment, six concave portions 35 are formed at positions corresponding to the base portions of the six terminal fittings 9 insert-molded in the case body 3. The recess may have a continuous series of annular shapes.
収納室１５のガス滞留部１３は、素子収納部１１の両端部を越えて延びる延長空間部１３Ａを備えている。なお延長空間部１３Ａは、延長空間部１３Ａはできるだけ小さくするのが好ましく、無くてもよい。 The gas retention portion 13 of the storage chamber 15 includes an extended space portion 13 </ b> A that extends beyond both ends of the element storage portion 11. Note that the extension space portion 13A is preferably as small as possible and may be omitted.
本実施の形態においては、１以上のガス導入孔６，６´の数、形状及び位置、ケース１の構造、室内形状及び容積並びにガスセンサ素子７の固定状態を、ガス導入孔６，６´が後述する感応膜７７と対向して測定ガスを感応膜７７に導き、ヒータ７５が発熱している間にケース１の内部に残留する測定ガスとケース１の外気とを自然対流によって交換できるように定められている。本実施の形態では、ガス導入孔６，６´の孔径は０．２２mm〜０．４mm（または面積が０．０３mm2〜０．１６mm2）にしている。またガス導入孔６，６´の形状は丸、四角、菱形、楕円等任意である。 In the present embodiment, the number, shape and position of one or more gas introduction holes 6, 6 ′, the structure of the case 1, the room shape and volume, and the fixed state of the gas sensor element 7 are indicated by the gas introduction holes 6, 6 ′. A measurement gas is guided to the sensitive film 77 so as to face a sensitive film 77 which will be described later, and the measured gas remaining inside the case 1 and the outside air of the case 1 can be exchanged by natural convection while the heater 75 generates heat. It has been established. In the present embodiment, the diameters of the gas introduction holes 6 and 6 ′ are 0.22 mm to 0.4 mm (or the area is 0.03 mm 2 to 0.16 mm 2 ). The shapes of the gas introduction holes 6 and 6 'are arbitrary such as a circle, a square, a rhombus, and an ellipse.
本実施の形態では、複数のガス導入孔６，６´の数、大きさ及び相互間の間隔及び蓋部材と感応膜との間の間隔は、ガス導入孔６，６´を通って直接感応膜７７に当らないように定めている。ガス導入孔６，６´を通った測定ガスが、直接感応膜７７に当ると、測定ガスにより感応膜７７の温度が低下する。その結果、測定時の温度変化に基づく、出力ノイズが発生することになる。このようなノイズの発生を抑制するために、本実施の形態では、複数のガス導入孔６，６´は、ガスセンサ素子と対向する第１のグループに属するガス導入孔６と、第１のグループに属する複数のガス導入孔６の外側にあって、延長空間部１３Ａと対向する第２のグループに属するガス導入孔６´とに分けて設けられている。さらに蓋部材５と感応膜７７との間の間隔を０．１mm〜０．７mmの範囲の値とすると、測定時の感応膜７７の温度低下を十分に抑制して、しかも残留ガスの排出時間を更に短縮することができることがシミュレーションにより確認されている。この間隔が０．１mmよりも小さくなると、自然対流がし難くなり、この間隔か０．７mmよりも大きくなると自然対流による交換時間が長くなる。 In the present embodiment, the number, size, and distance between the plurality of gas introduction holes 6, 6 'and the distance between the lid member and the sensitive film are directly sensed through the gas introduction holes 6, 6'. It is determined not to hit the film 77. When the measurement gas that has passed through the gas introduction holes 6 and 6 ′ directly hits the sensitive film 77, the temperature of the sensitive film 77 decreases due to the measurement gas. As a result, output noise is generated based on the temperature change during measurement. In order to suppress the occurrence of such noise, in the present embodiment, the plurality of gas introduction holes 6 and 6 ′ are provided with the gas introduction hole 6 belonging to the first group facing the gas sensor element and the first group. The gas introduction holes 6 are provided separately from the gas introduction holes 6 ′ belonging to the second group which are outside the plurality of gas introduction holes 6 belonging to the second space and face the extended space 13 </ b> A. Furthermore, when the distance between the lid member 5 and the sensitive film 77 is set to a value in the range of 0.1 mm to 0.7 mm, the temperature drop of the sensitive film 77 during measurement is sufficiently suppressed, and the discharge time of the residual gas is reduced. It has been confirmed by simulation that can be further shortened. When this interval is smaller than 0.1 mm, natural convection becomes difficult, and when this interval is larger than 0.7 mm, the exchange time by natural convection becomes longer.
本実施の形態で用いる蓋部材５には、外周部の一対の辺に、対向するように２つの凹部５１，５１が形成され、外周部の他の一対の辺に、対向する２つの凹部５３，５３が形成されている。また外周部の一対の辺には、それぞれ対向する４つの凹部５５，５５が形成されている。２つの凹部５１，５１には、ケース本体３の周壁部３５から突出する２つの突起３７がそれぞれ嵌合される。２つの突起３７は、超音波溶着および熱溶着により変形されて潰され、蓋部材５をケース本体３に対して固定する。また２つの凹部５３，５３には、ケース本体３の周壁部３３に設けられた細長い２つの凸部３９が嵌合される。２つの凹部５３，５３と２つの凸部３９との嵌合により、蓋部材５のケース本体３に対する位置決めが完了する。なお４つの凹部５５は、解体の際にドライバスロットを挿入するために設けられているもので、必ず必要なものではない。 In the lid member 5 used in the present embodiment, two concave portions 51 and 51 are formed so as to face a pair of sides of the outer peripheral portion, and two concave portions 53 facing the other pair of sides of the outer peripheral portion. , 53 are formed. In addition, four concave portions 55 and 55 that face each other are formed on a pair of sides of the outer peripheral portion. Two protrusions 37 protruding from the peripheral wall portion 35 of the case body 3 are fitted into the two recesses 51, 51, respectively. The two protrusions 37 are deformed and crushed by ultrasonic welding and heat welding, and fix the lid member 5 to the case body 3. In addition, two elongated protrusions 39 provided on the peripheral wall portion 33 of the case body 3 are fitted into the two recesses 53, 53. The positioning of the lid member 5 with respect to the case main body 3 is completed by the fitting of the two concave portions 53, 53 and the two convex portions 39. The four recesses 55 are provided for inserting a driver slot at the time of disassembly, and are not necessarily required.
本実施の形態では、ＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子７に測定用ガスが吹き付けられた際のガスセンサ素子の出力ノイズを抑制して、しかも測定後に残留する測定ガスの排出を速やかなものとして、ガスセンサ素子の性能をできるだけ発揮させることができる。図６（Ａ）は、上記実施の形態において、蓋部材５に測定ガスを所定時間吹き付けた後、測定を停止した場合におけるガスセンサの出力（抵抗値）の変化を示している。図６（Ａ）の横軸は時間で、縦軸はガスセンサの出力（抵抗値）の変化を示している。本実施の形態では、図６（Ａ）中の○印を付け部分で測定ガスの吹きつけを終了しているが、特にノイズに相当するような出力変動（抵抗値変動）は見られない。これに対して図６（Ｂ）は、蓋部材５の中央部に大きな１つのガス導入孔を適当に１個設けた場合において、上記と同様に測定ガスの吹き付けを行った場合に得られた比較例のガスセンサの出力変動（抵抗値変動）を示している。図６（Ｂ）中の○印の部分に見られるように、ガス導入孔を意識せずに適当に開けると、測定ガスの吹きつけの影響がガスセンサの出力にノイズとして明確に現れることが確認された。 In the present embodiment, it is possible to suppress the output noise of the gas sensor element when the measurement gas is sprayed on the gas sensor element 7 formed by the MEMS structure, and to quickly discharge the measurement gas remaining after the measurement. The performance of the gas sensor element can be exhibited as much as possible. FIG. 6A shows a change in the output (resistance value) of the gas sensor when measurement is stopped after spraying the measurement gas to the lid member 5 for a predetermined time in the above embodiment. In FIG. 6A, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates a change in the output (resistance value) of the gas sensor. In the present embodiment, the measurement gas is blown at the portion marked with a circle in FIG. 6A, but there is no output fluctuation (resistance fluctuation) corresponding to noise in particular. On the other hand, FIG. 6B was obtained when the measurement gas was sprayed in the same manner as described above in the case where one large gas introduction hole was appropriately provided in the center of the lid member 5. The output fluctuation | variation (resistance value fluctuation | variation) of the gas sensor of a comparative example is shown. As can be seen from the circled portion in Fig. 6 (B), it is confirmed that if the gas introduction hole is properly opened without being aware of it, the influence of the measurement gas spray will clearly appear as noise in the gas sensor output. It was done.
また図７は、本実施の形態及び上記比較例に関して、ヒータ７５の通電による残留ガスの放出状態を確認した結果を示している。図７の横軸は時間であり、縦軸はガスセンサの出力（抵抗値）の変化を示している。なおガスの残留状態を見るために、この試験ではガスセンサの出力を測定ガスの吹きつけ開始から、吹きつけ完了後にヒータ７５を加熱している間も継続して測定を行った結果である。図７において、線Ａが本実施の形態の結果であり、線Ｂが比較例の結果である。この試験からは、本実施の形態によれば、吹きつけ開始前と開始後とに差が無いことが、確認された。したがってこの試験結果から、本実施の形態によれば、ガス抜きが確実に行われていることが判る。これに対して比較例においては、ヒータの通電時間内において、ガスセンサの出力を本実施の形態のレベルまで下げることができないことが確認できた。見方を変えると、この試験により、本実施の形態によれば、ガス抜き時間を短縮できることが確認された。 Further, FIG. 7 shows the result of confirming the discharge state of the residual gas by energization of the heater 75 with respect to the present embodiment and the comparative example. In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents a change in the output (resistance value) of the gas sensor. In order to check the residual state of the gas, this test is a result of measurement of the output of the gas sensor from the start of blowing the measurement gas and continuously while the heater 75 is heated after the completion of the blowing. In FIG. 7, line A is the result of the present embodiment, and line B is the result of the comparative example. From this test, according to the present embodiment, it was confirmed that there was no difference between before and after the start of spraying. Therefore, from this test result, it can be seen that according to the present embodiment, degassing is reliably performed. On the other hand, in the comparative example, it was confirmed that the output of the gas sensor could not be reduced to the level of the present embodiment within the heater energization time. From a different perspective, this test confirmed that the venting time can be shortened according to the present embodiment.
図８は、ガス導入孔６の数と位置と大きさを変えた蓋部材（５）のサンプルの形状を示す図である。サンプル１乃至７が、本発明の効果が得られる蓋部材のサンプルであり、サンプル８及び９が本発明の効果が得られない蓋部材のサンプルである。これらのサンプル１乃至９を順番に交換して以下の評価試験を行った。 FIG. 8 is a view showing the shape of a sample of the lid member (5) in which the number, position and size of the gas introduction holes 6 are changed. Samples 1 to 7 are samples of lid members from which the effects of the present invention can be obtained, and samples 8 and 9 are samples of lid members from which the effects of the present invention cannot be obtained. These samples 1 to 9 were exchanged in order, and the following evaluation tests were performed.
［評価試験の条件］
（１）呼気測定１
（２）呼気測定２
（３）0.1mg/Lのシミュレータガス測定１
（４）0.1mg/Lのシミュレータガス測定２
（５）0.1mg/Lのシミュレータガス測定３
（６）呼気測定３
上記（１）及び（２）の測定では、呼気ガスの測定により測定ガスが直接感圧膜にあたって測定データにノイズが含まれるか否かを確認した。そして（３）乃至（５）の測定では、測定データの繰り返し再現性の有無を確認した。（６）の測定では、自然対流によるガス抜けの良否を確認した。（６）の測定結果と（１）及び（２）の測定結果との差が大きいほど、自然対流によるガス交換性能が悪いことを意味する。
[Evaluation test conditions]
(1) Breath measurement 1
(2) Breath measurement 2
(3) 0.1mg / L simulator gas measurement 1
(4) Simulator gas measurement of 0.1mg / L 2
(5) Simulator gas measurement of 0.1mg / L 3
(6) Breath measurement 3
In the measurements of (1) and (2) above, it was confirmed by measurement of exhaled gas whether or not the measurement gas contained noise in the measurement data when it directly hit the pressure sensitive membrane. In the measurements (3) to (5), the presence or absence of repeated reproducibility of the measurement data was confirmed. In the measurement of (6), it was confirmed whether or not gas escaped by natural convection. The larger the difference between the measurement result of (6) and the measurement results of (1) and (2), the worse the gas exchange performance by natural convection.
サンプル１乃至５については、問題となるノイズの発生は無く、繰り返し再現性及びガス交換性能については特に問題がなかった。サンプル６については、サンプル１乃至５と比べて、ガス交換にかかる時間が多少長くなることが確認されたが、実用上は問題となるようなものではなかった。しかしながらサンプル８及び９については、ノイズが発生し、また繰り返し再現性が悪いことが確認された。サンプル８については、ガス導入孔の形状が大きいために、蓋部材を正面から見たときに、感応膜は見えないものの、測定ガスの回り込み量が多く、結果として測定ガスが感応膜に直接当たっているものと推測される。 Samples 1 to 5 had no problem noise, and had no particular problem with respect to repeatability and gas exchange performance. Regarding sample 6, it was confirmed that the time required for gas exchange was somewhat longer than in samples 1 to 5, but this was not a problem in practice. However, for samples 8 and 9, it was confirmed that noise was generated and that reproducibility was poor. For sample 8, the gas introduction hole has a large shape, so that when the lid member is viewed from the front, the sensitive film is not visible, but the amount of measurement gas that wraps around is large, and as a result, the measurement gas directly hits the sensitive film. It is presumed that
この評価試験から、特に消費電力が少ないガスセンサでは、複数のガス導入孔の数、形状寸法及び位置を、測定ガスが感応膜に直接当たらないように測定ガスを感応膜に導き、ヒータが発熱している間にケースの内部に残留する測定ガスとケースの外気とを自然対流により複数のガス導入孔を通して交換できるように定めることが可能であることが確認できた。 From this evaluation test, in the case of a gas sensor with particularly low power consumption, the number of gas introduction holes, shape dimensions and position are guided to the sensitive film so that the measured gas does not directly hit the sensitive film, and the heater generates heat. It was confirmed that it was possible to determine that the measurement gas remaining inside the case and the outside air of the case could be exchanged through a plurality of gas introduction holes by natural convection.
また特許文献２に記載の構造と同様に、ケース本体の側壁に貫通孔を複数あけてサンプル１乃至６の蓋部材を用いたガスセンサについて上記と同様の評価試験を行ったところ、僅かながらノイズの発生が見られ、繰り返し再現性が悪くなることが確認された。これはケース本体に設けた貫通孔から測定ガスが抜け出るために、測定ガスの滞留率が悪く、そのことがノイズの発生と繰り返し再現性に影響を与えているものと推測される。そのため本実施の形態のように蓋部材５にのみガス導入孔を設けることは、測定精度の向上には必要なことである。 Similarly to the structure described in Patent Document 2, the same evaluation test as described above was performed on the gas sensor using the lid member of Samples 1 to 6 with a plurality of through holes in the side wall of the case body. Occurrence was observed, and it was confirmed that reproducibility deteriorated repeatedly. This is presumed that the measurement gas escapes from the through hole provided in the case body, so that the retention rate of the measurement gas is poor, which affects the generation of noise and repeatability. Therefore, providing the gas introduction hole only in the lid member 5 as in the present embodiment is necessary for improving the measurement accuracy.
本発明によれば、ＭＥＭＳ構造により形成されたガスセンサ素子に測定用ガスが吹き付けられた際のガスセンサ素子の出力ノイズを抑制して、しかも測定後に残留する測定ガスの排出を速やかなものとして、ガスセンサ素子の性能をできるだけ発揮させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the output noise of the gas sensor element when the measurement gas is sprayed on the gas sensor element formed by the MEMS structure, and to quickly discharge the measurement gas remaining after the measurement. The performance of the element can be exhibited as much as possible.
１ ケース
３ ケース本体
５ 蓋部材
６，６´ ガス導入孔
７ ガスセンサ素子
９ 端子金具
１１ 素子収納部
１３ ガス滞留部
１３Ａ 延長空間部
１５Ａ 開口部
１５ 収納室
３１ 底壁部
３３ 周壁部
３５ 凹部
３７ 突起
３９ 凸部
７１ ベース
７１Ａ 薄板部
７１Ｂ 外側領域
７１Ｃ 空洞部
７３ 電極
７５ ヒータ
７７ 感応膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case 3 Case main body 5 Cover member 6, 6 'Gas introduction hole 7 Gas sensor element 9 Terminal metal fitting 11 Element storage part 13 Gas storage part 13A Extension space part 15A Opening part 15 Storage chamber 31 Bottom wall part 33 Peripheral wall part 35 Concave part 37 Protrusion 39 convex portion 71 base 71A thin plate portion 71B outer region 71C cavity portion 73 electrode 75 heater 77 sensitive film
Claims (6)
前記ガスセンサ素子を収納するケースとを備え、
前記ケースには前記ガスセンサ素子に前記ケースの外部から測定ガスを導入する複数のガス導入孔が設けられているガスセンサであって、
前記ケースは、底壁部と該底壁部の周縁部から延びる周壁部と該周壁部及び前記底壁部とによって囲まれて前記底壁部と対向する位置に開口部を有する収納室とを備えたケース本体と、前記複数のガス導入孔を備えて前記開口部に嵌合される蓋部材とからなり、
前記ガスセンサ素子は、前記感応膜が前記蓋部材と所定の間隔あけて対向するように前記底壁部に対して固定され、
前記蓋部材にのみ前記複数のガス導入孔が形成されており、
前記複数のガス導入孔の数、形状寸法及び位置は、前記測定ガスが前記感応膜に直接当たらないように前記測定ガスを前記感応膜に導き、前記ヒータが発熱している間に前記ケースの内部に残留する前記測定ガスと前記ケースの外気とを自然対流により前記複数のガス導入孔を通して交換できるように定められていることを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor element having at least a heater and a sensitive film and formed by a MEMS structure;
A case for housing the gas sensor element;
The case is a gas sensor provided with a plurality of gas introduction holes for introducing measurement gas from the outside of the case to the gas sensor element,
The case includes a bottom wall portion, a peripheral wall portion extending from a peripheral portion of the bottom wall portion, a storage chamber surrounded by the peripheral wall portion and the bottom wall portion and having an opening at a position facing the bottom wall portion. A case main body provided with a plurality of gas introduction holes and a lid member fitted into the opening;
The gas sensor element is fixed to the bottom wall so that the sensitive film faces the lid member at a predetermined interval,
The plurality of gas introduction holes are formed only in the lid member,
The number, shape size, and position of the plurality of gas introduction holes guide the measurement gas to the sensitive film so that the measurement gas does not directly hit the sensitive film, and while the heater is generating heat, A gas sensor characterized in that the measurement gas remaining inside and the outside air of the case can be exchanged through the plurality of gas introduction holes by natural convection.
前記底壁部には前記素子収納部の周囲に、前記開口部とは反対の方向に開口する１以上の凹部が形成されている請求項２に記載のガスセンサ。 The bottom wall portion is formed with an element storage portion that constitutes a part of the storage chamber and that stores the gas sensor element,
3. The gas sensor according to claim 2, wherein the bottom wall portion is formed with one or more recesses that open in a direction opposite to the opening portion around the element housing portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013199022A JP6255197B2 (en) | 2012-09-25 | 2013-09-25 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012211425 | 2012-09-25 | ||
| JP2012211425 | 2012-09-25 | ||
| JP2013199022A JP6255197B2 (en) | 2012-09-25 | 2013-09-25 | Gas sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014081367A true JP2014081367A (en) | 2014-05-08 |
| JP6255197B2 JP6255197B2 (en) | 2017-12-27 |
Family
ID=50785654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013199022A Active JP6255197B2 (en) | 2012-09-25 | 2013-09-25 | Gas sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6255197B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017049011A (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Gas sensor device |
| WO2018116663A1 (en) | 2016-12-20 | 2018-06-28 | Ｎｉｓｓｈａ株式会社 | Gas sensor module and method for manufacturing same |
| WO2019057380A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Tdk Electronics Ag | Mems gas sensor |
| CN113959482A (en) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | Tdk株式会社 | Sensor module |
| CN114236051A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 吴栋森 | Non-adhesion type gas detection robot |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004144511A (en) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Zexel Valeo Climate Control Corp | Gas sensor |
| WO2004111627A1 (en) * | 2003-06-12 | 2004-12-23 | Fis Inc. | Automobile gas detector |
| JP2005189238A (en) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| JP2008241501A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| WO2009145373A1 (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | M2N Inc. | Packaging substrate and gas sensing device having the same, and method for manufacturing the same |
| WO2011043258A1 (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-14 | 北陸電気工業株式会社 | Gas sensor element and production method therefor |
-
2013
- 2013-09-25 JP JP2013199022A patent/JP6255197B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004144511A (en) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Zexel Valeo Climate Control Corp | Gas sensor |
| WO2004111627A1 (en) * | 2003-06-12 | 2004-12-23 | Fis Inc. | Automobile gas detector |
| JP2005189238A (en) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| JP2008241501A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| WO2009145373A1 (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | M2N Inc. | Packaging substrate and gas sensing device having the same, and method for manufacturing the same |
| WO2011043258A1 (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-14 | 北陸電気工業株式会社 | Gas sensor element and production method therefor |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107949783B (en) * | 2015-08-31 | 2021-02-02 | 日立汽车系统株式会社 | Gas sensor device |
| CN107949783A (en) * | 2015-08-31 | 2018-04-20 | 日立汽车系统株式会社 | Gas sensor device |
| EP3346261B1 (en) * | 2015-08-31 | 2023-09-06 | Hitachi Astemo, Ltd. | Gas sensor device |
| JP2017049011A (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Gas sensor device |
| US10907999B2 (en) | 2015-08-31 | 2021-02-02 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Gas sensor device |
| US11415536B2 (en) | 2016-12-20 | 2022-08-16 | Nissha Co., Ltd. | Gas sensor module and method of manufacturing gas sensor module |
| KR20190096943A (en) | 2016-12-20 | 2019-08-20 | 닛샤 가부시키가이샤 | Gas sensor module and its manufacturing method |
| WO2018116663A1 (en) | 2016-12-20 | 2018-06-28 | Ｎｉｓｓｈａ株式会社 | Gas sensor module and method for manufacturing same |
| WO2019057380A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Tdk Electronics Ag | Mems gas sensor |
| US11480538B2 (en) | 2017-09-22 | 2022-10-25 | Tdk Corporation | MEMS gas sensor |
| CN113959482A (en) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | Tdk株式会社 | Sensor module |
| CN114236051A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 吴栋森 | Non-adhesion type gas detection robot |
| CN114236051B (en) * | 2021-12-14 | 2023-11-24 | 苏州工业园区泰智测控技术有限公司 | Non-adhesion type gas detection robot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6255197B2 (en) | 2017-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6255197B2 (en) | Gas sensor | |
| US7058518B2 (en) | Gas sensor, fuel cell system therewith, and automobile therewith | |
| CN104145179B (en) | Pressure sensor | |
| Lee et al. | Integrated microsensor for real-time microscopic monitoring of local temperature, voltage and current inside lithium ion battery | |
| JP5679233B2 (en) | Battery life prediction apparatus and battery life prediction system | |
| CN105758788A (en) | Corrosion rate measurement using sacrificial probe | |
| TWI388814B (en) | Pirani vacuum gauge | |
| KR101706287B1 (en) | Thickness Inspection Device for Battery Cells with Stepped Portion | |
| JP5868944B2 (en) | Test system and method for battery cell test | |
| JPWO2014083888A1 (en) | Temperature sensor | |
| RU2010117371A (en) | GAS MEASURING DEVICE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE | |
| JP4960136B2 (en) | Gas detection device and gas detection method | |
| JP2018028520A (en) | Characteristic testing device | |
| KR102204974B1 (en) | Micro gas sensor and micro gas sensor module | |
| JP2009531662A (en) | Unique pH probe | |
| CN113518914A (en) | Concentration measuring device | |
| JP6558884B2 (en) | Contact combustion type gas sensor | |
| JP2006208079A (en) | Gas sensor | |
| JP2013174509A5 (en) | ||
| JP4210758B2 (en) | Gas alarm | |
| CN208703970U (en) | Coil panel mounting structure and electromagnetic oven | |
| CN208998943U (en) | A kind of transformer coil temperature measuring device | |
| CN201203491Y (en) | Digital thermometer scaling apparatus | |
| JP4129252B2 (en) | Gas sensor | |
| KR101105323B1 (en) | Ear clinical thermometer verification device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160707 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170421 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170502 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170629 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171128 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171204 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6255197 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |