JP2015045546A - Gas detector and gas detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低消費電力型のガス検知装置及びガス検知方法に関するものである。 The present invention relates to a low power consumption gas detection device and a gas detection method.
ガス検知装置は、一般的にガス漏れ警報器等の用途に用いられる。このガス検知装置に用いられるガスセンサは、ある特定ガス、例えば、CO,CH4,C3H8,C2H5OH等の還元性ガスに選択的に感応するデバイスであり、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、高信頼性、低消費電力が必要不可欠である。 The gas detection device is generally used for applications such as a gas leak alarm. The gas sensor used in this gas detection device is a device that is selectively sensitive to a specific gas, for example, a reducing gas such as CO, CH 4 , C 3 H 8 , C 2 H 5 OH, etc. High sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption are indispensable.
ところで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガスの検知を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼ガスの検知を目的としたもの、または、これら両方の機能を併せ持ったもの等があるが、何れもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高くない。そこで、ガス漏れ警報器の普及率を向上させる観点から、設置性の改善、具体的には、ガス漏れ警報器を電池駆動としてコードレス化することが望まれている。 By the way, gas leak alarms that are widely used for household use are intended for detection of flammable gas for city gas and propane gas, for detection of incomplete combustion gas in combustion equipment, Alternatively, there are those having both of these functions, but the spread rate is not so high due to cost and installation problems. Therefore, from the viewpoint of improving the diffusion rate of the gas leak alarm device, it is desired to improve the installation property, specifically, to make the gas leak alarm device cordless by driving the battery.
電池駆動を実現するためには低消費電力化が最も重要である。しかしながら、接触燃焼式や半導体式のガスセンサでCH4、C3H8を検知する場合は、400℃〜500℃の高温に加熱して検知する必要がある。低消費電力で高温に加熱するため、微細加工プロセスを用いてダイヤフラム構造等により超低熱容量構造としたガスセンサを、検知周期に合わせて間欠運転する必要がある。 Low power consumption is the most important for realizing battery drive. However, when CH 4 or C 3 H 8 is detected by a catalytic combustion type or semiconductor type gas sensor, it is necessary to detect it by heating to a high temperature of 400 ° C. to 500 ° C. In order to heat to a high temperature with low power consumption, it is necessary to intermittently operate a gas sensor having an ultra-low heat capacity structure with a diaphragm structure or the like using a microfabrication process in accordance with a detection cycle.
このようなガス検知装置の従来技術としては、例えば、特許文献1(特開2009−210342号公報)に記載されたダイヤフラム構造のガスセンサがある。特許文献1の図1のガス検知装置100は、薄膜式のセンサ素子20と、ヒータ層6への通電を断続的に行って、ガス検知層100の温度を変化させる通電駆動手段12と、ガス検知層100の電気抵抗値に基づいて検知対象ガスを検出するガス検出手段13と、検知対象ガスが含まれる被検出ガスの湿度を検出する湿度検出手段14と、湿度検出手段14により検出された湿度を表示する湿度表示手段15と、これらに電力供給するリチウム電池(図示せず)と、湿度検出手段14により検出された湿度に基づいて電気的特性を補正する補正手段17と、を備えて構成される。
As a prior art of such a gas detection device, for example, there is a gas sensor having a diaphragm structure described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-210342). The
また、センサ素子20は、Si基板1上に、支持層5、ヒータ層6及び絶縁層7、一対の電極9及びガス検知層10、選択触媒層11が、半導体プロセスにより順次積層されて製造される薄膜式の素子である。特許文献1の図2のグラフで示すようにパルス状の電圧信号により駆動されるときのガス検知層10のセンサ抵抗値によりガスを検出するというものであり、低消費電力化を実現している。従来技術はこのようなものである。
The
選択触媒層は、一般的に、CH4,C3H8,CO等の検知ガスを透過・拡散させるため担体として多孔質体であるγ−Al2O3等を用いている。さらに、非検知対象ガスを効率よく燃焼除去するため、貴金属触媒(例えばPtやPd)を担持することが多い。
また、SnO2であるガス検知層も多孔質化や柱状構造を採用し、比面積を増大させている。このような構成を採用することで検知対象ガスとの接触面積を増加させ、検出感度を高めている。
The selective catalyst layer generally uses γ-Al 2 O 3 which is a porous body as a carrier in order to permeate and diffuse a detection gas such as CH 4 , C 3 H 8 , and CO. Furthermore, in order to efficiently burn and remove the non-detection target gas, a noble metal catalyst (for example, Pt or Pd) is often carried.
In addition, the gas detection layer made of SnO 2 also adopts a porous structure or a columnar structure to increase the specific area. By adopting such a configuration, the contact area with the detection target gas is increased, and the detection sensitivity is increased.
このような多孔質体や柱状構造体では、開口径が数nm〜数μmの細孔が多数存在する。この細孔では、次式で表される毛管凝縮により水が吸着する傾向を有し、その吸着量は湿度に依存することが知られている。 In such a porous body or a columnar structure, there are many pores having an opening diameter of several nm to several μm. It is known that the pores tend to adsorb water by capillary condensation expressed by the following formula, and the amount of adsorption depends on humidity.
したがって、高湿度環境では、選択触媒層やガス検知層の微細な細孔へ水分が吸着する。この水分は、蒸発時に吸熱現象が起こって温度を変化させる蒸発潜熱の要因となっていた。特にガス検知装置では熱容量が極めて小さい、つまり熱しやすく冷めやすいというものであり、このような蒸発潜熱が無視できないものとなっていた。一般的に温度により抵抗値が変化するため、ガス検知層10のセンサ抵抗値も変化するおそれがあった。また、外部環境の周囲温度によっても、ガスの検知特性が変動し、検知信頼性のうえで問題となるおそれがある。
Therefore, in a high humidity environment, moisture is adsorbed into the fine pores of the selective catalyst layer and the gas detection layer. This moisture has been a factor of latent heat of vaporization that causes an endothermic phenomenon during evaporation to change the temperature. In particular, the gas detector has a very small heat capacity, that is, it is easy to heat and cool, and such latent heat of vaporization cannot be ignored. In general, since the resistance value changes with temperature, the sensor resistance value of the
特許文献1のガス検知装置は、ヒータオフ時のセンサ抵抗値から湿度を把握するものであるが、高湿度環境では微細な細孔に吸着された水分や周囲温度に影響されてセンサ抵抗値が変化し、センサ抵抗値に誤差を含む場合もあった。 The gas detection device of Patent Document 1 grasps the humidity from the sensor resistance value when the heater is turned off. However, in a high humidity environment, the sensor resistance value changes due to moisture adsorbed by fine pores and the ambient temperature. In some cases, the sensor resistance value includes an error.
そこで、本発明は上記した課題を解決しようとするものであり、その目的は、温度や湿度による影響を排除し、より高精度な検知を実現するガス検知装置、および、ガス検知方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a gas detection device and a gas detection method that eliminates the influence of temperature and humidity and realizes highly accurate detection. There is.
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ガスセンサ周囲の湿度に応じた検出信号を出力する湿度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、温度検出部および湿度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
湿度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A humidity detector that outputs a detection signal according to the humidity around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit, a temperature detection unit and a humidity detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
Humidity detection means for detecting the humidity around the gas sensing layer based on the output from the humidity detector,
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
Determination means for determining the presence or absence of gas from the corrected sensor output;
It is provided with this.
また、請求項2に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部およびヒータ層抵抗検知部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 2
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the heater layer;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit and a heater layer resistance detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detector and detecting the temperature around the gas sensing layer;
A humidity detecting means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detecting unit and detecting the humidity around the gas sensing layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
Determination means for determining the presence or absence of gas from the corrected sensor output;
It is provided with this.
また、請求項3に記載した発明は、
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記温度検知手段は、ヒータ層抵抗値を読み取り、ヒータ層抵抗値、ヒータ層抵抗の温度係数、および、基準温度時のヒータ層抵抗値から周囲温度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 3
The gas detection device according to claim 2,
The temperature detecting means is a means for reading the heater layer resistance value and calculating the ambient temperature from the heater layer resistance value, the temperature coefficient of the heater layer resistance, and the heater layer resistance value at the reference temperature. It is a detection device.
また、請求項4に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、ヒータ層抵抗検知部および温度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 4
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the heater layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit, a heater layer resistance detection unit and a temperature detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
A humidity detecting means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detecting unit and detecting the humidity around the gas sensing layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
It is provided with this.
また、請求項5に記載した発明は、
請求項2〜請求項4の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から所定期間加熱されるが多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発しきらない時の第1のヒータ層抵抗値と、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発した時の第2のヒータ層抵抗値と、を用いた比を算出し、この比に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
Moreover, the invention described in claim 5 is
In the gas detection device according to any one of claims 2 to 4,
The humidity detection means evaporates the moisture adsorbed on the gas sensing layer, which is heated for a predetermined period from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance from the start of the heater on for the heater layer resistance. The first heater layer resistance value when the threshold was not reached and the second heater layer resistance value when the moisture adsorbed on the gas sensing layer that was sufficiently heated from the start of the heater on and evaporated were used. The gas detection device is a means for calculating a ratio and calculating a humidity corresponding to the ratio.
また、請求項6に記載した発明は、
請求項2〜請求項4の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発したヒータ層抵抗値に到達する時間を算出し、この時間に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 6
In the gas detection device according to any one of claims 2 to 4,
The humidity detection means is a heater in which moisture adsorbed on the gas sensing layer, which is a porous body, is sufficiently heated from the start of the heater on as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the heater layer resistance. The gas detection device is a means for calculating a time to reach the layer resistance value and calculating a humidity corresponding to the time.
また、請求項7に記載した発明は、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のガス検知装置において、
少なくとも前記ガス感知層を含む空間を外界から区画するフィルタカバーと、
このフィルタカバーに設けられ、検知対象ガスのうちの所定のガスを吸着した上でフィルタカバー内に導入するフィルタと、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 7
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 6,
A filter cover for partitioning a space including at least the gas sensing layer from the outside;
A filter that is provided in the filter cover and that adsorbs a predetermined gas of the detection target gas and introduces the gas into the filter cover;
It is provided with this.
また、請求項8に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
検出用多孔質層と、
検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層と、
検出用ヒータ層を駆動する検出用ヒータ層駆動部と、
検出用ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知する検出用ヒータ層抵抗検知部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、検出用ヒータ層駆動部および検出用ヒータ層抵抗検知部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
検出用ヒータ層駆動部を駆動して検出用ヒータ層が検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後の検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 8
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A porous layer for detection;
A detection heater layer for heating the detection porous layer;
A detection heater layer driving section for driving the detection heater layer;
A detection heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the detection heater layer;
A central processing unit to which a heater layer drive unit, a gas detection unit, a detection heater layer drive unit and a detection heater layer resistance detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
A detection heater layer driving means for driving the detection heater layer driving section so that the detection heater layer heats the detection porous layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for reading the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance from the detection heater layer resistance detection unit and detecting the temperature around the gas detection layer;
The heater layer resistance value for the detection heater layer resistance is read from the detection heater layer resistance detection unit, and based on the change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance after the heater is turned on, Humidity detection means for detecting humidity;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
It is provided with this.
また、請求項9に記載した発明は、
請求項8に記載のガス検知装置において、
前記温度検知手段は、ヒータ層抵抗値を読み取り、ヒータ層抵抗値、ヒータ層抵抗の温度係数、および、基準温度時のヒータ層抵抗値から周囲温度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 9 is
The gas detection device according to claim 8,
The temperature detecting means is a means for reading the heater layer resistance value and calculating the ambient temperature from the heater layer resistance value, the temperature coefficient of the heater layer resistance, and the heater layer resistance value at the reference temperature. It is a detection device.
また、請求項10に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
検出用多孔質層と、
検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層と、
検出用ヒータ層を駆動する検出用ヒータ層駆動部と、
検出用ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知する検出用ヒータ層抵抗検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、検出用ヒータ層駆動部、検出用ヒータ層抵抗検知部および温度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
検出用ヒータ層駆動部を駆動して検出用ヒータ層が検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
Moreover, the invention described in
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A porous layer for detection;
A detection heater layer for heating the detection porous layer;
A detection heater layer driving section for driving the detection heater layer;
A detection heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the detection heater layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer drive unit, a gas detection unit, a detection heater layer drive unit, a detection heater layer resistance detection unit, and a temperature detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
A detection heater layer driving means for driving the detection heater layer driving section so that the detection heater layer heats the detection porous layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
Humidity detection means for reading the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance from the detection heater layer resistance detection unit and detecting the humidity around the gas detection layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on When,
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
It is provided with this.
また、請求項11に記載した発明は、
請求項8〜請求項10の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記湿度検知手段は、検出用ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から所定期間加熱されるが多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発しきらない時の第1のヒータ層抵抗値と、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発した時の第2のヒータ層抵抗値と、を用いた比を算出し、この比に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
Further, the invention described in
In the gas detector according to any one of claims 8 to 10,
The humidity detecting means adsorbs to the detection porous layer, which is heated for a predetermined period from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the detection heater layer resistance. First heater layer resistance value when the evaporated water does not completely evaporate, and second heater layer resistance when the moisture adsorbed on the porous porous body for detection, which is sufficiently heated from the start of heater ON, is evaporated The gas detection device is a means for calculating a ratio using the value and calculating a humidity corresponding to the ratio.
また、請求項12に記載した発明は、
請求項8〜請求項10の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発したヒータ層抵抗値に到達する時間を算出し、この時間に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置である。
Further, the invention described in
In the gas detector according to any one of claims 8 to 10,
The humidity detection means evaporates the moisture adsorbed on the porous layer for detection, which is sufficiently heated from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the heater layer resistance. The gas detector is a means for calculating a time to reach the heater layer resistance value and calculating a humidity corresponding to the time.
また、請求項13に記載した発明は、
請求項8〜請求項12の何れか一項に記載のガス検知装置において、
少なくとも前記ガス感知層および検出用多孔質層を含む空間を外界から区画するフィルタカバーと、
このフィルタカバーに設けられ、検知対象ガスのうちの所定のガスを吸着した上でフィルタカバー内に導入するフィルタと、
を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in
In the gas detection device according to any one of claims 8 to 12,
A filter cover for partitioning a space including at least the gas sensing layer and the detection porous layer from the outside;
A filter that is provided in the filter cover and that adsorbs a predetermined gas of the detection target gas and introduces the gas into the filter cover;
It is provided with this.
また、請求項14に記載した発明は、
請求項1〜請求項13の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、
貫通孔を有するSi基板と、
前記貫通孔の開口部に張られるダイヤフラム様の熱絶縁支持層と、
前記熱絶縁支持層上に設けられる前記ヒータ層と、
前記熱絶縁支持層および前記ヒータ層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、
前記電気絶縁層および前記一対の感知電極層の上であって前記ヒータ層の近傍に設けられ、接触したガスによりそのセンサ抵抗値が変化する酸化物半導体からなる前記ガス感知層と、
を備えるセンサであることを特徴とするガス検知装置である。
Moreover, the invention described in
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 13,
The gas sensor
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched over the opening of the through hole;
The heater layer provided on the thermal insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
The gas sensing layer made of an oxide semiconductor, which is provided on the electrical insulating layer and the pair of sensing electrode layers and in the vicinity of the heater layer, and whose sensor resistance value is changed by the gas in contact with the gas sensing layer;
It is a sensor provided with this.
また、請求項15に記載した発明は、
請求項14に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、更に前記ガス感知層の表面を覆うように設けられ、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、または、PdとPtとを含む合金を触媒として担持したAl2O3焼結材によるガス選択燃焼層を備えることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in
The gas detection device according to
The gas sensor is further provided so as to cover the surface of the gas sensing layer, and is made of an Al 2 O 3 sintered material that supports Pd (palladium), Pt (platinum), or an alloy containing Pd and Pt as a catalyst. A gas detection device comprising a gas selective combustion layer.
また、請求項16に記載した発明は、
請求項1〜請求項15の何れか一項に記載のガス検知装置において、
内蔵された電池の電源部からの電力供給により駆動されることを特徴とするガス検知装置である。
In addition, the invention described in claim 16
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 15,
The gas detector is driven by power supplied from a power supply unit of a built-in battery.
また、請求項17に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、備えるガス検知装置で用いられるガス検知方法であって、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とし、ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知し、算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正し、補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定することを特徴とするガス検知方法である。
Moreover, the invention described in claim 17 is
A gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the detection target gas, a gas sensor having a heater layer for heating the gas sensing layer, a heater layer driving unit for driving the heater layer, and an electrical resistance of the gas sensing layer A gas detection method used in a gas detection device provided with a gas detection unit that detects a change, a heater layer resistance detection unit that detects a change in the heater layer resistance of the heater layer, and
The heater layer driving unit is driven so that the gas sensing layer can be detected by heating the heater layer, the sensor output is detected based on the output from the gas sensing unit, and the heater layer resistance sensing unit detects the heater layer resistance. Reads the resistance value, detects the temperature around the gas sensing layer, reads the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detector, and changes the temperature of the heater layer resistance value after the heater is turned on. Detecting the humidity around the sensing layer, calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, correcting the sensor output using the correction value, and determining the presence or absence of gas based on the corrected sensor output This is a characteristic gas detection method.
また、請求項18に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、を備えるガス検知装置で用いられるガス検知方法であって、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とし、ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知し、温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知し、算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正し、補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定することを特徴とするガス検知方法である。
Further, the invention described in claim 18 is
A gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the detection target gas, a gas sensor having a heater layer for heating the gas sensing layer, a heater layer driving unit for driving the heater layer, and an electrical resistance of the gas sensing layer A gas detection device comprising: a gas detection unit that detects a change; a heater layer resistance detection unit that detects a change in the heater layer resistance of the heater layer; and a temperature detection unit that outputs a detection signal corresponding to the temperature around the gas sensor. A gas detection method used,
The heater layer drive unit is driven to make the gas sensing layer detectable by heating the heater layer, the sensor output is detected based on the output from the gas detection unit, and the surroundings of the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit The heater layer resistance detection unit reads the heater layer resistance value for the heater layer resistance, detects the humidity around the gas sensing layer based on the change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on, A gas detection method characterized by calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, correcting the sensor output using the correction value, and determining the presence or absence of gas based on the corrected sensor output.
本発明によれば、温度や湿度による影響を排除し、より高精度な検知を実現するガス検知装置、および、ガス検知方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence by temperature and humidity can be excluded, and the gas detection apparatus and gas detection method which implement | achieve more highly accurate detection can be provided.
以下、本発明の第1の形態のガス検知装置1について図を参照しつつ説明する。ガス検知装置1は、図1で示すように、ガスセンサ10と、駆動制御・信号処理部20と、を備えている。駆動制御・信号処理部20がガスセンサ10を駆動制御するとともに、ガスセンサ10からの検出信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。
Hereinafter, the gas detector 1 of the 1st form of this invention is demonstrated, referring a figure. As shown in FIG. 1, the gas detection device 1 includes a
まず、ガスセンサ10の詳細について説明する。
ガスセンサ10は、図2の断面図で示すように、Si基板11の上側に、熱酸化SiO2層121、CVD−Si3N4層122、CVD−SiO2層123によってダイヤフラム構造の熱絶縁支持層12が形成されている。
First, details of the
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the
ヒータ層13は、Ni−Crにより形成されており、熱絶縁支持層12の上側に設けられる。熱絶縁支持層12およびヒータ層13は、スパッタSiO2層からなる電気絶縁層14により覆われる。Ptによる一対の感知電極層152の下側には、下地酸化膜である電気絶縁層14に対する中間層として、Taによる接合層151も形成されている。一対の感知電極層152にはSbをドープしたSnO2層からなるガス感知層153が渡された状態で設けられる。
The
電気絶縁層14の一部、一対の感知電極層152およびガス感知層153はPd担持Al2O3焼結材であるガス選択燃焼層154により覆われている。なお、Pd担持Al2O3焼結材に代えてPt担持Al2O3焼結材やPd・Pt合金担持Al2O3焼結材としても良い。
A part of the electrically insulating
続いて、図2に断面構造を示したガスセンサ10の製造方法を以下に説明する。両面に熱酸化膜が付いたシリコンウェハー11上にSi3N4とSiO2膜を順次プラズマDVD法にて形成する。次にヒータ層13、SiO2絶縁層14を、順にスパッタ法で形成する。その上に接合層151、感知層電極152、ガス感知層153を形成する。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法によって行う。成膜条件は接合層(TaあるいはTi)151、感知層電極(PtあるいはAu)152とも同じで、Arガス圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/cm2、膜厚は接合層151/感知層電極152=500Å/2000Åである。
Then, the manufacturing method of the
次に、SbをドープしたSnO2のガス感知層153と、Al2O3にPdを触媒として担持した焼結材で構成されたガス選択燃焼層154を構成する。ガス選択燃焼層154をスクリーン印刷法により塗布した後、500℃で1時間以上焼成する。ガス選択燃焼層154の大きさはガス感知層153を十分に覆うようにする。最後にシリコンウェハーの裏面からエッチングによりシリコンを除去し、ダイヤフラム構造とした。
Next, a
続いて、駆動制御・信号処理部20について説明する。駆動制御・信号処理部20は、図1で示すように、中央処理部21、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、ヒータ層抵抗検知部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29を備えている。
Next, the drive control /
中央処理部21は、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、ヒータ層抵抗検知部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28と接続される。中央処理部21は、マイクロコンピュータ等のCPUおよびその周辺部によって構成されており、ヒータ層駆動手段211、都市ガス検知手段212、COガス検知手段213、温度検知手段214、湿度検知手段215、補正手段216、判定手段217、表示制御手段218、出力制御手段219の各機能をハードウェアならびにソフトウェアにより実現し、各種の制御や信号処理を行う。
The
ヒータ層駆動部22は、電源部29から供給された電圧を、ガスを精度よく検知するためのヒータ電圧に変換し、ヒータ層13を通電により駆動するような回路部である。ヒータ層駆動部22は、中央処理部21内のヒータ層駆動手段211により各種制御が行われる。例えばヒータオン時間200ms、駆動周期60s等のパルス状に通電する。これら駆動の詳細については後述する検知処理にて説明する。
The heater
ガス検知部23は、感知電極層152を介してガス感知層153と接続されており、ガス感知層153の抵抗値を検出する。この抵抗値に基づいて中央処理部21内の都市ガス検知手段212およびCOガス検知手段213により、都市ガス及びCOガスを検知し、センサ出力として補正手段216へ送る。都市ガス検知手段212およびCOガス検知手段213は本発明のガス検知手段の具体例であり、他にも各種ガスを検知するような手段を採用できる。
The
ヒータ層抵抗検知部24は、ヒータ層抵抗を検出する手段からなり、検出信号を中央処理部21へ送信する。中央処理部21の温度検知手段214は、ヒータ層抵抗値に基づいて後述する手法により周囲温度を計測する。また、中央処理部21の湿度検知手段215は、ヒータ層抵抗値に基づいて後述する手法により周囲湿度を計測する。この周囲温度・周囲湿度の算出の際に記憶部25にアクセスし、各種データを取得する。
The heater layer
なお、ガス検知部23、および、ヒータ層抵抗検知部24からの出力はアナログ信号であるため、中央処理部21はこれらのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換部を備えている。
Since the outputs from the
記憶部25は、中央処理部21に接続されて各種データの読み出しや書き込みがなされる。記憶部25は、各種の警報を発生するための閾値等の設定値や周囲温度・周囲湿度による補正値等やガス検知装置が警報を発した時の状態データ等の履歴データを記憶している。
The
中央処理部21では、温度検知手段214及び湿度検知手段215からの周囲温度・周囲湿度をもとに、補正手段216が補正値を算出し、都市ガス検知手段212及びCOガス検知手段213のセンサ出力に対してこの補正値を用いて補正を行い、この補正されたセンサ出力を判定手段217へ送る。判定手段217は補正されたセンサ出力に基づいてガスの有無を判定する。このような補正により周囲温度・周囲湿度の影響を極力排除した精度の高いガス検知を行っている。
In the
中央処理部21の判定手段217は、ガスが検知されたと判定した場合に表示制御手段218を介して警報表示部26に警報表示させる制御を行い、また、出力制御手段219を介して警報音出力部27や外部出力部28に出力するように制御を行う。
The
警報表示部26は、例えばLED、ランプ、LCDディスプレイなどの表示部とそのドライバで構成されており、異常検知時等に警報を表示することが可能である。中央処理部21では、判定手段217の出力を受けた表示制御手段218が、都市ガス、または、COガスが異常検知されたとする検知内容を警報表示する制御を行う。
The
警報音出力部27は、例えばスピーカとそのドライバで構成されており、警報音や音声としてスピーカ等により出力することが可能である。中央処理部21では、判定手段217の出力を受けた出力制御手段219が、都市ガス、または、COガスが異常検知されたとする検知内容を警報音出力する制御を行う。
The alarm
外部出力部28は、例えば接点部や通信部などであって、警報を外部へ出力することが可能である。中央処理部21では、判定手段217の出力を受けた出力制御手段219が、都市ガス、または、COガスが異常検知されたとする検知内容を電圧等や通信信号の出力信号として外部へ出力する制御を行う。
The
電源部29は、中央処理部21、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、ヒータ層抵抗検知部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28に図示しない電源線で接続されており、これらに対して電力を供給する。この電源部29は、内蔵される乾電池や充電池などの消耗電池を想定しているが、AC100V等の商用電源と定電圧部により構成しても良い。
ガス検知装置1の全体構成はこのようなものである。
The
The overall configuration of the gas detector 1 is as described above.
続いてガス検知装置1による検知動作について説明する。ガス検知装置1の全体の制御は、中央処理部21が司る。ガスセンサ10は、図2で示すように、ヒータ層駆動部22からの駆動信号が細線で示された導線を通じてヒータ層13に入力されてヒータ駆動を行う。そして、ヒータ層13により400℃〜500℃の高温に加熱された状態でガス感知層153がガスに接触し、ガス感知層153の変化するセンサ抵抗値を細線で示された導線を通じてガス検知部23が検知信号として出力することでガスを検知する。
Next, the detection operation by the gas detection device 1 will be described. The
このようなガス検知装置1は、特に都市ガス(CH4、C3H8等の可燃性ガス)を検知する。例えば、ヒータ層13が50〜500msの一定時間にわたり通電され、ヒータ層13、つまりガス感知層153の温度が50〜500msの一定時間にわたり高温(High400〜500℃)に保持される。このような高温の状態で感知電極層152によりガス感知層153のセンサ抵抗値がガス検知部23により測定され、その変化からCH4、C3H8等の有無や可燃性ガス濃度を検知する。このような検知は周期的(例えば30秒毎)に行われる。(High−Off方式)。
Such a gas detection device 1 particularly detects city gas (combustible gas such as CH 4 and C 3 H 8 ). For example, the
ここで高温時のガス選択燃焼層154は、CO、H2等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させるが、不活性なCH4、C3H8等の可燃性ガスをガス選択燃焼層154は透過させる。可燃性ガスはガス選択燃焼層154内を拡散してガス感知層153に到達してガス感知層153のSnO2と反応し、SnO2のセンサ抵抗値を変化させる。このセンサ抵抗値の変化を検知してガス機器などのガス漏れ時に発生するCH4、C3H8等の可燃性ガスの有無や濃度を検知する。
Here, the gas
また、不完全燃焼(CO)を検知する場合、一旦、ヒータ層13の温度を50〜500msの一定期間にわたり高温(High400〜500℃)にし、ガス感知層153のクリーニングを行う。そして、低温(Low約100℃)に降温して不完全燃焼(CO)の検知を行う。これにより、CO感度およびガス選択性が高くなることが知られている(High−Low−Off方式)。
Further, when detecting incomplete combustion (CO), the temperature of the
また、High状態で、クリーニングのみならずCH4、C3H8等の可燃性ガス検知も行い、Low状態でのCO等の不完全燃焼ガスの検知と合わせ、ワンセンサで可燃性ガス・不完全燃焼ガスの両方を検知できるガスセンサとしても良い。 Also, in the High state, not only cleaning but also detection of flammable gases such as CH 4 and C 3 H 8 is performed, and in combination with detection of incomplete combustion gases such as CO in the Low state, flammable gases and incompleteness with one sensor. It is good also as a gas sensor which can detect both combustion gas.
これらガスセンサのヒータ駆動方式は、上記のように(1)薄膜ガスセンサのヒータの温度をHigh−Offに所定の周期(例えば60秒周期)で繰り返す駆動、または(2)薄膜ガスセンサのヒータ温度をHigh−Low−Offに所定の周期(例えば150秒周期)で繰り返す駆動、を所定の周期(例えば150秒周期)で繰り返す間欠駆動としており、低消費電力化を図っている。ガス検知はこれら方式を採用できる。 As described above, the heater driving method for these gas sensors is (1) driving the heater temperature of the thin film gas sensor to High-Off repeatedly at a predetermined cycle (for example, a cycle of 60 seconds), or (2) setting the heater temperature of the thin film gas sensor to High. Driving that is repeated at a predetermined cycle (for example, 150-second cycle) in -Low-Off is intermittent driving that is repeated at a predetermined cycle (for example, 150-second cycle), thereby reducing power consumption. These methods can be adopted for gas detection.
続いてセンサ検出値の補正について説明する。まず、周囲温度がセンサ抵抗値やヒータ抵抗値に影響する点について説明する。図2で示した構造のガスセンサ10を高温炉に入れてガスセンサ10の周囲の温度を上げ、ヒータ層13のヒータ層抵抗値の変化を測定した。図3のヒータ層抵抗値の変化で示すように、0から約500℃の温度範囲においてヒータ層抵抗値は温度に対してほぼ線形に変化している。従って、周囲温度が上がるにつれてヒータ層抵抗値も上がり、また、周囲温度が下がるにつれてヒータ層抵抗値も下がる。このような傾向から、ヒータ層抵抗値のみならずガス感知層153のセンサ抵抗値も周囲温度に影響する、換言すれば周囲温度の検出に利用できることが推察される。
Next, correction of the sensor detection value will be described. First, the point that the ambient temperature affects the sensor resistance value and the heater resistance value will be described. The
続いて、周囲湿度がセンサ抵抗値に影響する点について説明する。先に説明したように、ガス感知層153およびガス選択燃焼層154は、水分を吸着する多孔質体であり、ヒータオフ時では設置環境の周囲湿度に比例する水分を吸着している。そして、ヒータオン時では、多孔質体に吸着した水分が蒸発する際に吸熱し、この蒸発潜熱により湿度に起因した温度変化が生じる。この傾向は湿度が高いほど水分が多くなり、蒸発潜熱も多くなることから、湿度が高いと温度を下げる方向に作用すると推察される。
Next, the point that the ambient humidity affects the sensor resistance value will be described. As described above, the
この湿度による温度変化の影響について説明する。図2で示した構造のガスセンサ10に対して湿度を変化させつつ通電したものである。図4は、周囲温度20℃で駆動周期60s、ヒータオン時間200msで通電し、ヒータオン時のヒータ抵抗の時間変化を示している。約5ms〜80msの立ち上がり期間では同じ時(例えば40msの時)で湿度が50%〜90%と大きくなるにつれて、ヒータ層抵抗は逆に小さくなっている。
The influence of temperature change due to humidity will be described. The
また、図5は、周囲温度50℃で駆動周期60s、ヒータオン時間200msで通電し、ヒータオン時のヒータ抵抗の時間変化を示している。これも約5ms〜80msの立ち上がり期間では同じ時(例えば40msの時)で湿度が50%〜90%と大きくなるにつれて、ヒータ層抵抗は逆に小さくなっている。 FIG. 5 shows the time variation of the heater resistance when the heater is turned on when energized at an ambient temperature of 50 ° C. with a driving period of 60 s and a heater on time of 200 ms. Again, the heater layer resistance decreases as the humidity increases from 50% to 90% at the same time (for example, at 40 ms) in the rising period of about 5 ms to 80 ms.
これら図4、図5に示すように、ヒータオン時のヒータ抵抗の時間変化は、周囲湿度の増加に伴い、約5ms〜80msの昇温特性に変化が認められる。
これは、先に説明したが、多孔質化や柱状構造である選択触媒層およびガス感知層の多数の細孔に吸着した水分を蒸発させるための蒸発潜熱により温度を低くする。そして、この水分が多い、つまり湿度が高いほど、蒸発潜熱が大きくなり、温度が低くなってヒータ層抵抗値を低くするためと推察される。これはガス感知層153のセンサ抵抗値も同様である。
このように周囲温度・周囲湿度にヒータ層13のヒータ層抵抗値やガス感知層153のセンサ抵抗値が影響される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the change in the heater resistance with time when the heater is on changes in the temperature rise characteristic of about 5 ms to 80 ms as the ambient humidity increases.
As described above, the temperature is lowered by latent heat of vaporization for evaporating the moisture adsorbed in the pores of the selective catalyst layer and the gas sensing layer which are porous or columnar structures. And it is presumed that the more moisture, that is, the higher the humidity, the greater the latent heat of vaporization and the lower the temperature and the lower the heater layer resistance. The same applies to the sensor resistance value of the
Thus, the heater layer resistance value of the
周囲温度・周囲湿度による影響は、図7で示すように、センサ出力に影響を及ぼしている。そこで、ある周囲温度とある周囲湿度における補正値を予め算出しておき、この周囲温度、周囲湿度および補正値を連関させて補正値を登録しておく。このような登録は、想定しうる周囲温度と、想定しうる周囲湿度と、を組み合わせて多数登録することになる。そして、検出した現状の周囲温度と周囲湿度とから最適な補正値を読み出してセンサ出力を補正する。このようにすることで周囲温度と周囲湿度とに影響されない正確な検出を可能とする。 The influence of the ambient temperature and ambient humidity affects the sensor output as shown in FIG. Therefore, a correction value for a certain ambient temperature and a certain ambient humidity is calculated in advance, and the correction value is registered by associating the ambient temperature, the ambient humidity and the correction value. A large number of such registrations are performed by combining an assumed ambient temperature and an assumed ambient humidity. Then, an optimum correction value is read from the detected current ambient temperature and ambient humidity, and the sensor output is corrected. In this way, accurate detection that is not affected by the ambient temperature and ambient humidity is possible.
続いて、ヒータ層抵抗検知部24および温度検知手段214によるヒータ層抵抗値を用いる周囲温度の検出について説明する。温度検出は、ヒータオフ時における周囲温度としている。なお、ヒータオン時は、後述するが周囲湿度を検出する。
Next, detection of the ambient temperature using the heater layer resistance value by the heater
ヒータ層抵抗検知部24は、図2で示すように、細線で示された導線を通じてヒータ層13からヒータ層抵抗値を測定するようになされており、シャント抵抗を備える。このシャント抵抗は、あらかじめ抵抗値が把握されており、ヒータ層13と直列に接続されている。さらにヒータ層13の両端電圧とシャント抵抗の両端電圧が計測できるように回路構成されている。
As shown in FIG. 2, the heater layer
ヒータオフ時のヒータ層抵抗を測定する場合、ヒータ層13とシャント抵抗とに所定電圧を印加し、ヒータ層13の両端電圧を測定すると同時に直列に配置したシャント抵抗の両端電圧値も測定する。これら両端電圧値が温度検知手段214へ送られる。そして、温度検知手段214では、直列に配置したシャント抵抗の両端電圧値と直列に配置した既知のシャント抵抗値とから電流を算出する。そして、この電流と、読取ったヒータ層13の両端電圧とからヒータ層抵抗値を算出する。そして、測定したヒータ層13のヒータ層抵抗値を用い、温度検知手段214は、以下の式からヒータオフ時におけるヒータ層13の温度Tを算出する。
When measuring the heater layer resistance when the heater is turned off, a predetermined voltage is applied to the
このようにしてヒータ層の温度Tとほぼ等しい周囲温度Tが算出される。
ここに、R0の値は予め計測により求められている。またαの値は、センサ毎に決定される値であるが、薄膜センサを作成するウェハーごとのバラつきは少ないので、1枚のウェハーから取れる薄膜センサでは同じ値を与えても良い。あるいは、1ロットで複数のウェハーを流す場合には、同じロットの薄膜センサに同じ値を与えてもよい。
In this way, the ambient temperature T approximately equal to the heater layer temperature T is calculated.
Here, the value of R 0 is obtained in advance by measurement. Further, the value of α is a value determined for each sensor. However, since there is little variation for each wafer on which a thin film sensor is formed, the same value may be given to a thin film sensor that can be taken from one wafer. Alternatively, when flowing a plurality of wafers in one lot, the same value may be given to the thin film sensors in the same lot.
続いて、ヒータ層抵抗値を用いる周囲湿度の検出について説明する。図4、図5で、周囲温度の増加に伴い認められた、約5ms〜80msの立ち上がり期間における昇温特性の変化は、ヒータ層への投入時のPowerが蒸発潜熱に費やされ、昇温特性の変化として現れる。この昇温特性がどのような挙動を取るか、つまりヒータ層抵抗値に応じて湿度を推定することができる。そこで、湿度検出は、本発明の特徴であるが、ヒータオフ時ではなくヒータオン時における蒸発潜熱に影響される抵抗変化を参照しつつ周囲湿度を計測している。 Subsequently, detection of ambient humidity using the heater layer resistance value will be described. 4 and 5, the change in the temperature rise characteristic observed during the rise period of about 5 ms to 80 ms, which is recognized as the ambient temperature increases, is that the power consumed in the heater layer is consumed for latent heat of vaporization. Appears as a change in properties. Humidity can be estimated according to how the temperature rise characteristic behaves, that is, the heater layer resistance value. Therefore, humidity detection is a feature of the present invention, but ambient humidity is measured with reference to a resistance change that is affected by latent heat of vaporization when the heater is on, not when the heater is off.
続いて、ヒータ層抵抗検知部24および湿度検知手段215による湿度検知を説明する。ヒータ層抵抗検知部24は、先ほども説明した手法によりヒータオン時のヒータ層抵抗値を測定する。このヒータ層抵抗値が湿度検知手段215へ送られる。そして、湿度検知手段215は、ヒータオン時から安定時までのヒータ層の抵抗値の挙動(ヒータ昇温特性の変化)から周囲の湿度を推定する。
Next, humidity detection by the heater layer
一例を以下に示す。周囲温度が50℃であり、図5で示すような特性に従うものとする。今回使用したサンプルにおいて、多孔質体に吸着した水分が蒸発しきらない約5ms〜80msの間から選択された20ms時のヒータ層抵抗値を第一のヒータ層抵抗値とし、ヒータが十分に加熱され多孔質体に吸着した水分が蒸発した約80ms〜200msの間から選択された200ms時のヒータ層抵抗値を第二のヒータ層抵抗値とし、これら第一のヒータ層抵抗値と第二のヒータ層抵抗値との比を湿度別に予め算出しておき、周囲湿度依存性として記憶部25に登録している。周囲湿度依存性を図6に示す。なお、この周囲湿度依存性は温度別に異なるものであるから温度別に登録されている。例えば、周囲温度が20℃であれば、図4で示すような特性に基づいて予め生成された周囲湿度依存性を採用し、また、温度が50℃であれば、図5で示すような特性に基づいて予め生成された周囲湿度依存性を採用するというものである。これは先に求めた周囲温度により決定される。本形態では周囲温度が50℃であり、この50℃用の周囲湿度依存性を参照しつつ説明する。
An example is shown below. It is assumed that the ambient temperature is 50 ° C. and follows the characteristics shown in FIG. In the sample used this time, the heater layer resistance value at 20 ms selected from about 5 ms to 80 ms at which the water adsorbed on the porous body does not evaporate is set as the first heater layer resistance value, and the heater is heated sufficiently. The heater layer resistance value at 200 ms selected from about 80 ms to 200 ms when the water adsorbed on the porous body is evaporated is defined as the second heater layer resistance value. The ratio with the heater layer resistance value is calculated in advance for each humidity, and is registered in the
採用された周囲湿度依存性の縦軸の比、つまりヒータオン開始から所定期間加熱されるが多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発しきらない時(本形態では20ms時)の第一のヒータ層抵抗値を検出し、続いてヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発した時(本形態では200ms時)の第二のヒータ層抵抗値を検出する。そして、湿度検知手段215は、これら第一のヒータ層抵抗値と第二のヒータ層抵抗値との比を求め、記憶部25に登録された周囲湿度依存性(比に対応する周囲湿度)のデータベースにアクセスし、算出した比に対応する周囲湿度を読み出す。これは、図6に示す特性と対応する湿度を算出することで、周囲湿度を推定するというものである。このようにして周囲湿度が算出される。
The ratio of the vertical axis of the ambient humidity dependence adopted, that is, when the moisture is not evaporated completely (heated for 20 ms in this embodiment) when heated for a predetermined period from the start of heater on but adsorbed to the porous gas sensing layer. The first heater layer resistance value is detected, and then the second heater layer resistance value when the water is sufficiently heated from the start of the heater on and the moisture adsorbed on the porous gas sensing layer evaporates (at 200 ms in this embodiment). Is detected. And the humidity detection means 215 calculates | requires ratio of these 1st heater layer resistance values and 2nd heater layer resistance values, and the ambient humidity dependence (ambient humidity corresponding to ratio) registered into the memory |
中央処理部21の補正手段216はこれら周囲湿度・周囲温度により、ガス感知部15の周囲温度・周囲湿度に合わせてガスの検出値を補正する。これはある周囲温度・ある周囲湿度に応じた補正値を予め算出しておき、そして想定される全ての周囲温度・全ての周囲湿度に応じた補正値(例えば、周囲温度20℃・周囲湿度65%で補正値a、周囲温度35℃・周囲湿度90%で補正値b、周囲温度50℃・周囲湿度65%で補正値c、周囲温度50℃・周囲湿度90%で補正値d)を予め記憶部25に登録しておく。そして、計測した周囲温度・周囲湿度に対応する補正値を記憶部25から読み出し、この補正値に基づいてセンサ出力を補正するというものである。例えば、補正値を係数として乗じたり、また、加算するようにしても良い。補正原理はこのようになる。
The correction means 216 of the
補正により改善した例を図7,図8を用いて説明する。補正前では図7で示すように、センサ出力が周囲温度・周囲湿度により変化が生じていたが、補正後では図8で示すように、センサ出力では周囲温度・周囲湿度による変化を吸収している。 An example improved by correction will be described with reference to FIGS. Before the correction, as shown in FIG. 7, the sensor output changed due to the ambient temperature / humidity, but after the correction, as shown in FIG. 8, the sensor output absorbs the change due to the ambient temperature / ambient humidity. Yes.
中央処理部21の判定手段217は、補正手段216からの補正されたセンサ出力が警報閾値を超えるか否かについて判断する。そして、補正されたセンサ出力が警報閾値を超える場合には判定手段217は表示制御手段218および出力制御手段219に閾値を超えてガスが検知されたことを通知する。表示制御手段218は、警報表示部26に警報表示をするように制御すると警報表示部26が警報表示を行う。出力制御手段219は警報音出力部27に警報音を出力するように制御すると警報音出力部27が警報音を出力し、また、外部出力部28に警報が報知されたことを外部へ出力するように制御すると外部出力部28は警報を外部へ出力する。このようにしてガス検知がなされる。
本形態のガス検知装置1はこのようなものである。
The
The gas detector 1 of this embodiment is such a thing.
以上説明した本発明によれば、周囲湿度を、ヒータの昇温特性から検出することが可能である。詳しくは、ヒータオン時にガス感知層153およびガス選択燃焼層154に吸着する水分が蒸発する際の蒸発潜熱の影響がヒータの昇温特性に反映されており、湿度検出に使用できることを知見した。このようにして得た周囲の温度・湿度により、ガス感知層の周囲の温湿度に合わせてガスの検出値を補正する。そこで、湿度の影響を排除した精度の高いガス検知が可能となる。
According to the present invention described above, the ambient humidity can be detected from the temperature rise characteristic of the heater. Specifically, it has been found that the influence of latent heat of vaporization when moisture adsorbed on the
続いて他の形態について説明する。本形態では先の形態と構造が同じであるが湿度検出手法のみが異なるものである。以下、湿度検出について説明するとともに他の構成や温度検出手法等については同じであるものとして重複する説明を省略する。 Next, another embodiment will be described. In this embodiment, the structure is the same as that of the previous embodiment, but only the humidity detection method is different. Hereinafter, the humidity detection will be described, and other configurations, temperature detection methods, and the like will be the same, and redundant description will be omitted.
本形態では、ヒータON時のヒータ昇温特性の変化として、計測して得たヒータ抵抗値が、閾値である特定のヒータ抵抗値を超えるまでの時間を計測し、この時間により周囲湿度を推定する。この検出原理について図を参照しつつ説明する。図9は、ある湿度においてヒータONによりヒータ昇温させ、閾値としてヒータ抵抗が95Ωを越えた時間をプロットしたものである。この際の周辺温度は20℃である。この特性によれば、周囲湿度上昇に伴い、95Ωを越える時間がほぼ比例的に長くなることが分かる。換言すれば、95Ωを越える時間が解れば周囲湿度が推察できる。 In this embodiment, as a change in the heater temperature rise characteristic when the heater is turned on, the time until the measured heater resistance value exceeds a specific heater resistance value that is a threshold is measured, and the ambient humidity is estimated based on this time To do. This detection principle will be described with reference to the drawings. FIG. 9 plots the time when the heater temperature is raised by turning on the heater at a certain humidity and the heater resistance exceeds 95Ω as a threshold value. The ambient temperature at this time is 20 ° C. According to this characteristic, it can be seen that as the ambient humidity increases, the time exceeding 95Ω increases approximately proportionally. In other words, if the time exceeding 95Ω is known, the ambient humidity can be estimated.
例えば、95Ωを超えた時間が15msであるならば、周囲湿度が約55%付近にあると推察される。このようにある周囲湿度に対してセンサ抵抗値95Ωを超える時間を記憶部25に複数登録する。なお、この周囲湿度依存性は温度別に異なるものであるから温度別に登録されている。例えば、周囲温度が20℃であれば、図9で示すような特性に基づいて予め生成された周囲湿度依存性を採用する。温度が異なれば、25℃、30℃というように温度別に登録されているその他の周囲湿度依存性を利用する。
For example, if the time over 95Ω is 15 ms, the ambient humidity is estimated to be around 55%. As described above, a plurality of times exceeding the sensor resistance value of 95Ω with respect to a certain ambient humidity are registered in the
まず、ヒータ層抵抗検知部24および温度検知手段214による温度検知を説明する。ヒータ層抵抗検知部24は、先ほども説明した手法によりヒータオフ時のヒータ層抵抗値を測定している。温度検知手段214はこのヒータオフ時のヒータ層抵抗値を用いて周囲温度を算出する。そしてこの周囲温度により最適な周囲湿度−時間特性を採用する。本形態では周囲温度が20℃であり、この図9で示すような20℃用の周囲湿度−時間特性を選択したものとして説明する。
First, temperature detection by the heater
続いて、ヒータ層抵抗検知部24および湿度検知手段215による湿度検知を説明する。ヒータ層抵抗検知部24は、先ほども説明した手法によりヒータオン時のヒータ層抵抗値を測定する。ヒータオン時のヒータ層抵抗値が湿度検知手段215へ順次送られる。そして、湿度検知手段215は、ヒータオン開始から所定期間加熱されるにつれて上昇するヒータ層抵抗値が所定の閾値(95Ω)に到達したことを検出する。湿度検知手段215は、この到達時刻を記憶し、記憶部25に登録された周囲湿度−時間特性のデータベースにアクセスし、計測した時刻に対応する周囲湿度を選択することで、周囲湿度を推定する。
Next, humidity detection by the heater layer
また、ヒータ昇温特性として、ガス検知時のセンサ駆動温度より大幅に低くしたヒータ温度としてもよい。例えば、先の説明ではヒータ温度が500℃であるのに対し、ここではヒータ温度を160℃とした。このようなヒータオン時のヒータ昇温抵抗の時間変化を図10に示す。この図10では周囲温度20℃として先の説明と同じ条件としている。この図10でも明らかなようにヒータ抵抗値の閾値である95Ωに到達する時間を長くしている。 The heater temperature rise characteristic may be a heater temperature significantly lower than the sensor driving temperature at the time of gas detection. For example, while the heater temperature is 500 ° C. in the above description, the heater temperature is 160 ° C. here. FIG. 10 shows the time change of the heater temperature rising resistance when the heater is turned on. In FIG. 10, the ambient temperature is 20 ° C., and the same conditions as described above are used. As is apparent from FIG. 10, the time required to reach the heater resistance threshold value of 95Ω is lengthened.
このようなヒータ昇温特性では、特に、ヒータ温度が低いため、吸着した水分を蒸発させる時間が長くなり、ヒータ昇温特性において、ヒータ抵抗の閾値を超えるまでの時間を長くしている。従って時間分解能を下げてより正確に湿度を推定することを可能にしている。図11に、閾値としてヒータ抵抗が95Ωを越えた時間をプロットした特性でも、周囲湿度上昇に伴い、95Ωを越える時間が長くなることが分かる。このようにセンサ温度よりも大幅にヒータ温度を低くして湿度を算出することでより正確に湿度を推定することが可能となる。 In such a heater temperature rise characteristic, in particular, since the heater temperature is low, the time for evaporating the adsorbed moisture is lengthened, and in the heater temperature rise characteristic, the time until the heater resistance threshold is exceeded is lengthened. Therefore, it is possible to estimate the humidity more accurately by reducing the time resolution. FIG. 11 also shows that the time when the heater resistance exceeds 95Ω as the threshold value is plotted, the time exceeding 95Ω becomes longer as the ambient humidity increases. Thus, the humidity can be estimated more accurately by calculating the humidity by lowering the heater temperature significantly below the sensor temperature.
続いて他の形態について説明する。
本形態は、図1のガス検知装置1のうち、特にガスセンサの改良を図るものであり、図1のガスセンサ10に代えて、図12で示すようなガスセンサ30を採用するものである。そこで、ガスセンサ30以外は先のガス検知装置1の各構成と同じであるものとして重複する説明を省略し、ガスセンサ30についてのみ説明する。図12は、本発明を実施するための第2の形態のガス検知装置のガスセンサの断面図である。
Next, another embodiment will be described.
In this embodiment, the gas sensor of FIG. 1 is particularly improved, and a
一般にガス検知装置1が使用される環境では、検知対象ガスに加え、ガスセンサにとって悪影響を及ぼす他の雑ガスも共存する。雑ガスは、検知対象外の可燃性ガス、酸素、窒素、炭酸ガス、水蒸気などのガス種である。このようなガスの一部には、ガスセンサにとって干渉ガス(ガスセンサが抵抗変化しあたかも検知対象ガスが存在するかのように振舞う誤検出を誘発するガス)となり、誤検知を誘発する場合がある。 In general, in an environment where the gas detection device 1 is used, other miscellaneous gases that adversely affect the gas sensor coexist in addition to the detection target gas. The miscellaneous gas is a gas type such as combustible gas, oxygen, nitrogen, carbon dioxide gas, and water vapor that is not detected. Some of these gases become interference gas for the gas sensor (gas that induces false detection that causes the gas sensor to change its resistance and behave as if the gas to be detected exists), and may cause false detection.
このような干渉ガスの影響を排除し、検知対象ガスの有無および濃度を正確に検知するためには、干渉ガスをガス選択燃焼層154で除去し、さらに検知対象ガスが検知可能な高温で十分な時間にわたり通電する必要がある。しかしながら、このような加熱が、低消費電力化の妨げになっているという課題があった。
In order to eliminate the influence of the interference gas and accurately detect the presence and concentration of the detection target gas, the interference gas is removed by the gas
そこで、干渉ガスの影響を防止するため、ガスセンサ30では、図12で示すように、ガス感知層153およびガス選択燃焼層154をフィルタケース31で覆い、フィルタケース31のガス導入口にフィルタ32を設けている。このフィルタ32は、例えば活性炭吸着層を備えており、干渉ガスを吸着除去している。
Therefore, in order to prevent the influence of the interference gas, the
この活性炭吸着層は、空気中の水分についても吸脱着するため、フィルタケース31外(環境中)の湿度変化に対し、フィルタケース内の検出空間311の湿度応答が遅れるが、湿度検出を行うヒータ層13がフィルタケース31内に設けられており、問題はない。これにより、湿度の影響を大幅に排除した上で、先に説明した補正を行うため、さらに正確な補正が可能になる。このようなガス検知装置1としても良い。
Since this activated carbon adsorption layer also adsorbs and desorbs moisture in the air, the humidity response of the
続いて他の形態について図13を参照しつつ説明する。ガス検知装置2は、図13で示すように、ガスセンサ10と、駆動制御・信号処理部40と、を備えている。駆動制御・信号処理部40がガスセンサ10を駆動制御するとともに、ガスセンサ10からの検出信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。先に説明した図1のガス検知装置1は、ヒータ層13にヒータ層抵抗値を用いて温度検出や湿度検出を行っていた。本形態では図14で示すように温度検出を行う温度検出部41を採用し、湿度検出についてはヒータ層抵抗検知部24を採用したものである。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13, the gas detection device 2 includes a
図14で示すガスセンサ10は、先の図2を用いて説明した構成と同じであり、同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略する。駆動制御・信号処理部40は、図13で示すように、中央処理部21、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、ヒータ層抵抗検知部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29、温度検出部41を備えている。先に図1を用いて説明した駆動制御・信号処理部20と比較すると温度検出部41が追加された点のみが相違する。駆動制御・信号処理部40については、温度検出部41による周囲温度検出方法のみが相違するものであってこの点ついて重点的に説明するものとし、他の構成や周囲湿度検出については図1のガス検知装置1の各構成と同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。
The
温度検出部41は、例えばサーミスタであり、温度に応じて抵抗値を変化させるものである。温度検出部41は上記のシャント抵抗を有し、温度検出部41のサーミスタの抵抗値が検出できるようになされている。中央処理部21の温度検知手段214は、温度検出部41のサーミスタの抵抗値に基づいて上記の数2を用いる手法により周囲温度を計測する。
The
また、中央処理部21の湿度検知手段215は、ヒータ層抵抗検知部24を介して得たヒータ層抵抗値に基づいて上記の手法により周囲湿度を計測する。中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、ヒータ層駆動部22を制御し、上記したような周囲湿度の検出時の駆動を行う。すると、ヒータ層抵抗検知部24を介して得たヒータオン時のヒータ層13のヒータ層抵抗値の昇温時の変化(図6の比や図9,図11の時間)に基づいて、湿度検知手段215が周囲湿度の検出を行う。以下この周囲温度や周囲湿度を用いて上記のような補正・判定を行うことになる。
Further, the humidity detection means 215 of the
このような本発明によれば、特に周囲温度の検出と、周囲湿度の検出とを、それぞれ独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。 According to the present invention as described above, the detection of the ambient temperature and the detection of the ambient humidity can be performed independently, and thus there is an advantage that the installation location and the detection time can be freely set.
続いて他の形態について説明する。本形態は、図13のガス検知装置2において、図14のガスセンサ10に代え、図15に示すようなガスセンサ30を採用したものである。この図15に示すガスセンサ30は、図14のガスセンサ10の構成に対し、さらにフィルタケース31,フィルタ32を追加したものである。これら構成は先の図12を用いたガスセンサ30の説明と同じであるが、特に温度検出部41はフィルタケース31内に配置されて、フィルタケース31内の周囲温度を検出することが好ましい。なお、温度検出部41をフィルタケース31の外側に配置しても温度検出は可能である。また、周囲温度・周囲湿度の検出方法、ガスの検出方法、補正方法等については先の説明と同じであり、重複する説明を省略する。
このようなガス検知装置2では、湿度の影響を大幅に排除した上で、先に説明した補正を行うため、さらに正確な補正が可能になる。このようなガス検知装置2としても良い。
Next, another embodiment will be described. This embodiment employs a
In such a gas detection device 2, the correction described above is performed after greatly eliminating the influence of humidity, so that more accurate correction is possible. Such a gas detection device 2 may be used.
続いて他の形態について図16を参照しつつ説明する。ガス検知装置3は、ガスセンサ50と、駆動制御・信号処理部60と、を備えている。駆動制御・信号処理部60が図17で示すようなガスセンサ50を駆動制御するとともに、ガスセンサ50からの検出信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。先に説明した図1のガス検知装置1は、ヒータ層13にヒータ層抵抗値を用いて温度検出や湿度検出を行っていた。本形態では検出に特化した検出部51をガスセンサ50に搭載し、この検出部51が温度検出や湿度検出を行うというものである。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. The gas detection device 3 includes a
ガスセンサ50は、図17で示すように、Si基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス感知部15、検出部51を備える。このうちSi基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス感知部15については先の説明と同様であり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
As shown in FIG. 17, the
検出部51は、検出用ヒータ層511、検出用多孔質層512を備える。
検出用ヒータ層511は、Ni−Crにより形成されており、熱絶縁支持層12の上側に設けられる。検出用ヒータ層511は、スパッタSiO2層からなる電気絶縁層14により覆われる。検出用多孔質層512は、ガス選択燃焼層154と同じ材料であるPd担持Al2O3焼結材、Pt担持Al2O3焼結材やPd・Pt合金担持Al2O3焼結材を採用することができる。検出用ヒータ層511、検出用多孔質層512は、ヒータ層13やガス選択燃焼層154の形成時に同じ材料を用いて同時に形成することができる。
The
The
なお、この検出部51(検出用ヒータ層511、検出用多孔質層512)の位置は、ガス感知部15の近傍であって、ダイヤフラム上の範囲内に配置される。これは、ダイヤフラム上の範囲外に配置されていると、Si基板11に熱が逃げてしまい、昇温が緩やかになり、また、温度が上がりきらなくなるためである。このように、ダイヤフラム上に配置することで熱が逃げにくくなり、低消費電力化を実現できる。
The position of the detection unit 51 (
続いて、駆動制御・信号処理部60について説明する。駆動制御・信号処理部60は、図16で示すように、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29、中央処理部61、検出用ヒータ層駆動部62、検出用ヒータ層抵抗検知部63を備えている。中央処理部61、検出用ヒータ層駆動部62、検出用ヒータ層抵抗検知部63について重点的に説明するものとし、他の構成については同じ番号を付すとともにガス検知方法等の重複する説明を省略する。
Next, the drive control /
中央処理部61は、ヒータ層駆動手段211、都市ガス検知手段212、COガス検知手段213、温度検知手段214、湿度検知手段215、補正手段216、判定手段217、表示制御手段218、出力制御手段219に加え、検出用ヒータ層駆動手段611を備える。
The
検出用ヒータ層駆動部62は、電源部29から供給された電圧を、周囲温度や周囲湿度を精度よく検知するためのヒータ電圧に変換し、検出用ヒータ層511を通電により駆動するような回路部である。
検出用ヒータ層抵抗検知部63は、検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗を検出する手段からなり、検出信号を中央処理部61へ送信する。中央処理部61の温度検知手段214は、検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗値に基づいて上記の数2を用いる手法により周囲温度を計測する。また、中央処理部61の湿度検知手段215は、検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗値に基づいて上記の手法により周囲湿度を計測する。
The detection heater
The detection heater layer
中央処理部61の検出用ヒータ層駆動手段611は、検出用ヒータ層駆動部62を制御し、上記したような周囲温度・周囲湿度の検出時の駆動を行う。すると、検出用ヒータ層抵抗検知部63を介して得たヒータオフ時の検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗値に基づいて、中央処理部61の温度検知手段214が周囲温度検出を行う。そして、検出用ヒータ層抵抗検知部63を介して得たヒータ層抵抗値であって、ヒータオン時における検出用多孔質層512に吸着された水分の影響を含む検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗値の昇温時の変化(図6の比や図9,図11の時間)に基づいて、湿度検知手段215が周囲湿度の検出を行う。以下この周囲温度や周囲湿度を用いて上記のような補正・判定を行うことになる。
The detection heater
このような本発明によれば、周囲温度・周囲湿度の検出を独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。 According to the present invention, since the ambient temperature and ambient humidity can be detected independently, there is an advantage that the installation location and the detection time can be freely set.
続いて他の形態について説明する。本形態は、図16のガス検知装置3において、図17に示すようなガスセンサ50に代え、図18に示すようなガスセンサ70を採用したものである。この図18に示すガスセンサ70は、図17のガスセンサ50の構成に対し、さらにフィルタケース31,フィルタ32を追加したものである。そして、検出部51もフィルタケース31の検出空間311内に位置する。このフィルタケース31,フィルタ32の構成は先の説明と同じであり、また、周囲温度・周囲湿度の検出方法、ガスの検出方法、補正方法等については先の説明と同じであり、重複する説明を省略する。
Next, another embodiment will be described. In this embodiment, a
このようなガス検知装置3では、湿度の影響を大幅に排除した上で、先に説明した補正を行うため、さらに正確な補正が可能になる。また、周囲温度・周囲湿度の検出を独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。このようなガス検知装置3としても良い。 In such a gas detection device 3, since the correction described above is performed after greatly eliminating the influence of humidity, more accurate correction can be performed. Further, since the ambient temperature and ambient humidity can be detected independently, there is an advantage that the installation location and the detection time can be set freely. Such a gas detection device 3 may be used.
続いて他の形態について図19を参照しつつ説明する。ガス検知装置4は、ガスセンサ50と、駆動制御・信号処理部80と、を備えている。駆動制御・信号処理部80が図20で示すようなガスセンサ50を駆動制御するとともに、ガスセンサ50からの検出信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。本形態では温度検出については上記の温度検出部41を採用し、この温度検出部41が温度検出を行う。また、湿度検出については上記の検出用ヒータ層抵抗検知部63を採用したものである。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. The gas detection device 4 includes a
ガスセンサ50は、先の図17を用いて説明した構成と同じであり、重複する説明を省略する。駆動制御・信号処理部80は、図19で示すように、中央処理部61、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29、検出用ヒータ層駆動部62、検出用ヒータ層抵抗検知部63、温度検出部41を備えている。先に図16を用いて説明した駆動制御・信号処理部60と比較すると温度検出部41が追加された点のみが相違する。駆動制御・信号処理部80については、温度検出部41による周囲温度検出方法のみが相違するものであってこの点ついて重点的に説明するものとし、他の構成や周囲湿度検出については図16のガス検知装置3の各構成と同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。
The
温度検出部41は、例えばサーミスタであり、温度に応じて抵抗値を変化させるものである。温度検出部41は上記のシャント抵抗を有し、サーミスタの抵抗値が検出できるようになされている。中央処理部61の温度検知手段214は、サーミスタの抵抗値に基づいて上記の手法により周囲温度を計測する。また、中央処理部61の湿度検知手段215は、検出用ヒータ層抵抗検知部63を介して得た検出用のヒータ層抵抗値に基づいて上記の手法により周囲湿度を計測する。
The
中央処理部61の検出用ヒータ層駆動手段611は、検出用ヒータ層駆動部62を制御し、上記したような周囲湿度の検出時の駆動を行う。すると、検出用ヒータ層抵抗検知部63を介して得た、ヒータオン時の検出用ヒータ層511のヒータ層抵抗値の昇温時の変化(図6の比や図9,図11の時間)に基づいて、湿度検知手段215が周囲湿度の検出を行う。以下、この周囲温度や周囲湿度を用いて上記のような補正・判定を行うことになる。
The detection heater
このような本発明によれば、特に周囲温度の検出と、周囲湿度の検出とを、ヒータ層駆動と分離させつつ、それぞれ独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。 According to the present invention, since the detection of the ambient temperature and the detection of the ambient humidity can be performed independently while being separated from the heater layer driving, the installation location and the detection time can be freely set. There is an advantage.
続いて他の形態について説明する。本形態は、図19のガス検知装置4において、ガスセンサ50に代え、図21に示すようなガスセンサ70を採用したものである。この図21に示すガスセンサ70は、図20のガスセンサ50の構成に対し、さらにフィルタケース31,フィルタ32を追加したものである。これら構成は先の説明と同じであり、また、周囲温度・周囲湿度の検出方法、ガスの検出方法、補正方法等については先の説明と同じであり、重複する説明を省略する。
Next, another embodiment will be described. This embodiment employs a
このようなガス検知装置4では、湿度の影響を大幅に排除した上で、先に説明した補正を行うため、さらに正確な補正が可能になる。特に周囲温度の検出と、周囲湿度の検出とを、ヒータ層駆動と分離させつつ、それぞれ独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。このようなガス検知装置4としても良い。 In such a gas detection device 4, since the correction described above is performed after greatly eliminating the influence of humidity, more accurate correction can be performed. In particular, the detection of the ambient temperature and the detection of the ambient humidity can be performed independently while being separated from the heater layer drive, so that there is an advantage that the installation location and the detection time can be freely set. Such a gas detection device 4 may be used.
続いて他の形態について図22を参照しつつ説明する。ガス検知装置5は、図22で示すように、ガスセンサ90と、駆動制御・信号処理部100と、を備えている。駆動制御・信号処理部100がガスセンサ90を駆動制御するとともに、ガスセンサ90からの検出信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。本形態では特に温度検出を行う温度検出部41と、湿度検出を行う湿度検出部102と、を採用したものである。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 22, the gas detection device 5 includes a
図23で示すガスセンサ90は、Si基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス感知部15を備える。これらSi基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14については先の説明と同様であり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
A
駆動制御・信号処理部100は、図22で示すように、中央処理部100、ヒータ層駆動部22、ガス検知部23、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29、温度検出部41、湿度検出部102を備えている。駆動制御・信号処理部100については、温度検出部41による周囲温度検出方法と湿度検出部102による周囲温度検出方法が相違するものであってこの点について重点的に説明するものとし、他の構成については図1のガス検知装置1の各構成と同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。
As shown in FIG. 22, the drive control /
温度検出部41は、例えばサーミスタであり、温度に応じて抵抗値を変化させるものである。温度検出部41は上記のシャント抵抗を有し、サーミスタの抵抗値が検出できるようになされている。中央処理部101の温度検知手段214は、温度検出部41のサーミスタの抵抗値に基づいて上記の数2を用いる手法により周囲温度を計測する。
The
湿度検出部102は、例えば湿度に応じて感湿体に吸着される水分吸収量に比例して抵抗値を変化させるものである。中央処理部101の湿度検知手段215は、湿度検出部102の感湿体の抵抗値に基づいて上記のような手法にて周囲湿度を計測する。以下この周囲温度や周囲湿度を用いて上記のような補正・判定を行うことになる。
The
このような本発明によれば、特に周囲温度の検出と、周囲湿度の検出とを、それぞれ独立して行えるようにしたため、設置箇所や検出時間を自由に設定できるという利点がある。 According to the present invention as described above, the detection of the ambient temperature and the detection of the ambient humidity can be performed independently, and thus there is an advantage that the installation location and the detection time can be freely set.
続いて他の形態について説明する。本形態は、図22のガス検知装置5において、図23のガスセンサ90に代え、図24に示すようなガスセンサ110を採用したものである。この図24に示すガスセンサ110は、図23のガスセンサ90の構成に対し、さらにフィルタケース31,フィルタ32を追加したものである。これら構成は先の図23を用いたガスセンサ90の説明と同じであるが、特に温度検出部41および湿度検出部102はフィルタケース31内に配置されて、フィルタケース31内の周囲温度・周囲湿度を検出することが好ましい。なお、温度検出部41および湿度検出部102をフィルタケース31の外側に配置しても温度検出・湿度検出は可能であり、このような構成としても良い。また、ガスの検出方法、周囲温度・周囲湿度を用いる補正方法等については先の説明と同じであり、重複する説明を省略する。
Next, another embodiment will be described. This embodiment employs a
このようなガス検知装置5では、湿度の影響を大幅に排除した上で、先に説明した補正を行うため、さらに正確な補正が可能になる。このようなガス検知装置としても良い。 In such a gas detection device 5, since the correction described above is performed after greatly eliminating the influence of humidity, more accurate correction is possible. Such a gas detection device may be used.
以上、本発明のガス検知装置について図を参照しつつ説明した。なお、先に説明した形態では何れもガス選択燃焼層154を備える構成であるものとして説明したが、このガス選択燃焼層154がないようなガス感知層15であっても良い。この場合も、多孔質であるガス感知層153があればガス検知は可能である。このようなガス選択燃焼層154がない構成を採用しても良い。
The gas detection device of the present invention has been described above with reference to the drawings. In the above-described embodiments, the gas
このように先に説明したガス検知装置によれば、周囲温度・周囲湿度の影響を排除でき、正確なガス検知を実現する。 As described above, according to the gas detection device described above, the influence of the ambient temperature and the ambient humidity can be eliminated, and accurate gas detection is realized.
本発明のガス検知装置は、特にガス漏れ警報器等の用途に適用することができる。 The gas detection device of the present invention is particularly applicable to uses such as a gas leak alarm.
1,2,3,4,5:ガス検知装置
10,30,50,70,90,110:ガスセンサ
11:Si基板
12:熱絶縁支持層
121:熱酸化SiO2層
122:CVD−Si3N4層
123:CVD−SiO2層
13:ヒータ層
14:電気絶縁層
15:ガス検知部
151:接合層
152:感知電極層
153:ガス感知層
154:ガス選択燃焼層
20,40,60,80,100:駆動制御・信号処理部
21,61,101:中央処理部
211:ヒータ層駆動手段
212:都市ガス検知手段
213:COガス検知手段
214:温度検知手段
215:湿度検知手段
216:補正手段
217:判定手段
218:表示制御手段
219:出力制御手段
611:検出用ヒータ層駆動手段
22:ヒータ層駆動部
23:ガス検知部
24:ヒータ層抵抗検知部
25:記憶部
26:警報表示部
27:警報音出力部
28:外部出力部
29:電源部
31:フィルタケース
311:検出空間
32:フィルタ
41:温度検出部
51:検出部
511:検出用ヒータ層
512:検出用多孔質層
52:検出用ヒータ層駆動部
53:検出用ヒータ層抵抗検知部
102:湿度検出部
1, 2, 3, 4, 5: Gas detectors 10, 30, 50, 70, 90, 110: Gas sensor 11: Si substrate 12: Thermal insulating support layer 121: Thermal oxide SiO 2 layer 122: CVD-Si 3 N 4 layer 123: CVD-SiO 2 layer 13: heater layer 14: electrical insulation layer 15: gas detection unit 151: bonding layer 152: sensing electrode layer 153: gas sensing layer 154: gas selective combustion layer 20, 40, 60, 80 , 100: Drive control / signal processing unit 21, 61, 101: Central processing unit 211: Heater layer driving unit 212: City gas detection unit 213: CO gas detection unit 214: Temperature detection unit 215: Humidity detection unit 216: Correction unit 217: Determination unit 218: Display control unit 219: Output control unit 611: Detection heater layer driving unit 22: Heater layer driving unit 23: Gas detection unit 24: Heater layer resistance detection 25: storage unit 26: alarm display unit 27: alarm sound output unit 28: external output unit 29: power supply unit 31: filter case 311: detection space 32: filter 41: temperature detection unit 51: detection unit 511: heater layer for detection 512: Detection porous layer 52: Detection heater layer driving unit 53: Detection heater layer resistance detection unit 102: Humidity detection unit
Claims (18)
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ガスセンサ周囲の湿度に応じた検出信号を出力する湿度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、温度検出部および湿度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
湿度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A humidity detector that outputs a detection signal according to the humidity around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit, a temperature detection unit and a humidity detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
Humidity detection means for detecting the humidity around the gas sensing layer based on the output from the humidity detector,
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
Determination means for determining the presence or absence of gas from the corrected sensor output;
A gas detection device comprising:
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部およびヒータ層抵抗検知部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the heater layer;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit and a heater layer resistance detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detector and detecting the temperature around the gas sensing layer;
A humidity detecting means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detecting unit and detecting the humidity around the gas sensing layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
Determination means for determining the presence or absence of gas from the corrected sensor output;
A gas detection device comprising:
前記温度検知手段は、ヒータ層抵抗値を読み取り、ヒータ層抵抗値、ヒータ層抵抗の温度係数、および、基準温度時のヒータ層抵抗値から周囲温度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 The gas detection device according to claim 2,
The temperature detecting means is a means for reading the heater layer resistance value and calculating the ambient temperature from the heater layer resistance value, the temperature coefficient of the heater layer resistance, and the heater layer resistance value at the reference temperature. Detection device.
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知するヒータ層抵抗検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、ヒータ層抵抗検知部および温度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance is changed by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the heater layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer driving unit, a gas detection unit, a heater layer resistance detection unit and a temperature detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
A humidity detecting means for reading the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detecting unit and detecting the humidity around the gas sensing layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
A gas detection device comprising:
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から所定期間加熱されるが多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発しきらない時の第1のヒータ層抵抗値と、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発した時の第2のヒータ層抵抗値と、を用いた比を算出し、この比に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 2 to 4,
The humidity detection means evaporates the moisture adsorbed on the gas sensing layer, which is heated for a predetermined period from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance from the start of the heater on for the heater layer resistance. The first heater layer resistance value when the threshold was not reached and the second heater layer resistance value when the moisture adsorbed on the gas sensing layer that was sufficiently heated from the start of the heater on and evaporated were used. A gas detection device that is a means for calculating a ratio and calculating a humidity corresponding to the ratio.
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体であるガス感知層に吸着した水分が蒸発したヒータ層抵抗値に到達する時間を算出し、この時間に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 2 to 4,
The humidity detection means is a heater in which moisture adsorbed on the gas sensing layer, which is a porous body, is sufficiently heated from the start of the heater on as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the heater layer resistance. A gas detection device characterized in that it is means for calculating a time to reach a layer resistance value and calculating a humidity corresponding to the time.
少なくとも前記ガス感知層を含む空間を外界から区画するフィルタカバーと、
このフィルタカバーに設けられ、検知対象ガスのうちの所定のガスを吸着した上でフィルタカバー内に導入するフィルタと、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 1 to 6,
A filter cover for partitioning a space including at least the gas sensing layer from the outside;
A filter that is provided in the filter cover and that adsorbs a predetermined gas of the detection target gas and introduces the gas into the filter cover;
A gas detection device comprising:
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
検出用多孔質層と、
検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層と、
検出用ヒータ層を駆動する検出用ヒータ層駆動部と、
検出用ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知する検出用ヒータ層抵抗検知部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、検出用ヒータ層駆動部および検出用ヒータ層抵抗検知部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
検出用ヒータ層駆動部を駆動して検出用ヒータ層が検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後の検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A porous layer for detection;
A detection heater layer for heating the detection porous layer;
A detection heater layer driving section for driving the detection heater layer;
A detection heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the detection heater layer;
A central processing unit to which a heater layer drive unit, a gas detection unit, a detection heater layer drive unit and a detection heater layer resistance detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
A detection heater layer driving means for driving the detection heater layer driving section so that the detection heater layer heats the detection porous layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for reading the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance from the detection heater layer resistance detection unit and detecting the temperature around the gas detection layer;
The heater layer resistance value for the detection heater layer resistance is read from the detection heater layer resistance detection unit, and based on the change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance after the heater is turned on, Humidity detection means for detecting humidity;
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
A gas detection device comprising:
前記温度検知手段は、ヒータ層抵抗値を読み取り、ヒータ層抵抗値、ヒータ層抵抗の温度係数、および、基準温度時のヒータ層抵抗値から周囲温度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 The gas detection device according to claim 8,
The temperature detecting means is a means for reading the heater layer resistance value and calculating the ambient temperature from the heater layer resistance value, the temperature coefficient of the heater layer resistance, and the heater layer resistance value at the reference temperature. Detection device.
ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
ガス感知層の電気抵抗の変化を検知するガス検知部と、
検出用多孔質層と、
検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層と、
検出用ヒータ層を駆動する検出用ヒータ層駆動部と、
検出用ヒータ層のヒータ層抵抗の変化を検知する検出用ヒータ層抵抗検知部と、
ガスセンサ周囲の温度に応じた検出信号を出力する温度検出部と、
ヒータ層駆動部、ガス検知部、検出用ヒータ層駆動部、検出用ヒータ層抵抗検知部および温度検出部が接続される中央処理部と、
を備え、中央処理部は、
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とするヒータ層駆動手段と、
検出用ヒータ層駆動部を駆動して検出用ヒータ層が検出用多孔質層を加熱する検出用ヒータ層駆動手段と、
ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知するガス検知手段と、
温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知する温度検知手段と、
検出用ヒータ層抵抗検知部から検出用ヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正する補正手段と、
補正されたガス濃度によりガスの有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving unit for driving the heater layer;
A gas detector that detects changes in the electrical resistance of the gas sensing layer;
A porous layer for detection;
A detection heater layer for heating the detection porous layer;
A detection heater layer driving section for driving the detection heater layer;
A detection heater layer resistance detector for detecting a change in the heater layer resistance of the detection heater layer;
A temperature detection unit that outputs a detection signal according to the temperature around the gas sensor;
A central processing unit to which a heater layer drive unit, a gas detection unit, a detection heater layer drive unit, a detection heater layer resistance detection unit, and a temperature detection unit are connected;
The central processing unit
A heater layer driving means for driving the heater layer driving unit so as to detect the gas sensing layer by heating the heater layer;
A detection heater layer driving means for driving the detection heater layer driving section so that the detection heater layer heats the detection porous layer;
Gas detection means for detecting the sensor output based on the output from the gas detection unit;
Temperature detection means for detecting the temperature around the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit;
Humidity detection means for reading the heater layer resistance value for the detection heater layer resistance from the detection heater layer resistance detection unit and detecting the humidity around the gas detection layer based on a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on When,
Correction means for calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, and correcting the sensor output using the correction value;
A determination means for determining the presence or absence of a gas based on the corrected gas concentration;
A gas detection device comprising:
前記湿度検知手段は、検出用ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から所定期間加熱されるが多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発しきらない時の第1のヒータ層抵抗値と、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発した時の第2のヒータ層抵抗値と、を用いた比を算出し、この比に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detector according to any one of claims 8 to 10,
The humidity detecting means adsorbs to the detection porous layer, which is heated for a predetermined period from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the detection heater layer resistance. First heater layer resistance value when the evaporated water does not completely evaporate, and second heater layer resistance when the moisture adsorbed on the porous porous body for detection, which is sufficiently heated from the start of heater ON, is evaporated A gas detection device, characterized in that it is means for calculating a ratio using a value and calculating a humidity corresponding to the ratio.
前記湿度検知手段は、ヒータ層抵抗についてのヒータオン開始からのヒータ層抵抗値の昇温特性の変化として、ヒータオン開始から十分に加熱され多孔質体である検出用多孔質層に吸着した水分が蒸発したヒータ層抵抗値に到達する時間を算出し、この時間に対応する湿度を算出する手段であることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detector according to any one of claims 8 to 10,
The humidity detection means evaporates the moisture adsorbed on the porous layer for detection, which is sufficiently heated from the start of the heater on, as a change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value from the start of the heater on for the heater layer resistance. A gas detection device, characterized in that it is means for calculating a time to reach the heater layer resistance value and calculating a humidity corresponding to this time.
少なくとも前記ガス感知層および検出用多孔質層を含む空間を外界から区画するフィルタカバーと、
このフィルタカバーに設けられ、検知対象ガスのうちの所定のガスを吸着した上でフィルタカバー内に導入するフィルタと、
を備えることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 8 to 12,
A filter cover for partitioning a space including at least the gas sensing layer and the detection porous layer from the outside;
A filter that is provided in the filter cover and that adsorbs a predetermined gas of the detection target gas and introduces the gas into the filter cover;
A gas detection device comprising:
前記ガスセンサは、
貫通孔を有するSi基板と、
前記貫通孔の開口部に張られるダイヤフラム様の熱絶縁支持層と、
前記熱絶縁支持層上に設けられる前記ヒータ層と、
前記熱絶縁支持層および前記ヒータ層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、
前記電気絶縁層および前記一対の感知電極層の上であって前記ヒータ層の近傍に設けられ、接触したガスによりそのセンサ抵抗値が変化する酸化物半導体からなる前記ガス感知層と、
を備えるセンサであることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 1 to 13,
The gas sensor
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched over the opening of the through hole;
The heater layer provided on the thermal insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
The gas sensing layer made of an oxide semiconductor, which is provided on the electrical insulating layer and the pair of sensing electrode layers and in the vicinity of the heater layer, and whose sensor resistance value is changed by the gas in contact with the gas sensing layer;
It is a sensor provided with, The gas detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記ガスセンサは、更に前記ガス感知層の表面を覆うように設けられ、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、または、PdとPtとを含む合金を触媒として担持したAl2O3焼結材によるガス選択燃焼層を備えることを特徴とするガス検知装置。 The gas detection device according to claim 14, wherein
The gas sensor is further provided so as to cover the surface of the gas sensing layer, and is made of an Al 2 O 3 sintered material that supports Pd (palladium), Pt (platinum), or an alloy containing Pd and Pt as a catalyst. A gas detection device comprising a gas selective combustion layer.
内蔵された電池の電源部からの電力供給により駆動されることを特徴とするガス検知装置。 In the gas detection device according to any one of claims 1 to 15,
A gas detection device that is driven by power supplied from a power source of a built-in battery.
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とし、ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでガス感知層周囲の温度を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知し、算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正し、補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定することを特徴とするガス検知方法。 A gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the detection target gas, a gas sensor having a heater layer for heating the gas sensing layer, a heater layer driving unit for driving the heater layer, and an electrical resistance of the gas sensing layer A gas detection method used in a gas detection device provided with a gas detection unit that detects a change, a heater layer resistance detection unit that detects a change in the heater layer resistance of the heater layer, and
The heater layer driving unit is driven so that the gas sensing layer can be detected by heating the heater layer, the sensor output is detected based on the output from the gas sensing unit, and the heater layer resistance sensing unit detects the heater layer resistance. Reads the resistance value, detects the temperature around the gas sensing layer, reads the heater layer resistance value for the heater layer resistance from the heater layer resistance detector, and changes the temperature of the heater layer resistance value after the heater is turned on. Detecting the humidity around the sensing layer, calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, correcting the sensor output using the correction value, and determining the presence or absence of gas based on the corrected sensor output A characteristic gas detection method.
ヒータ層駆動部を駆動してヒータ層の加熱によりガス感知層を検出可能状態とし、ガス検知部からの出力に基づいてセンサ出力を検知し、温度検出部からの出力に基づいてガス感知層周囲の温度を検知し、ヒータ層抵抗検知部からヒータ層抵抗についてのヒータ層抵抗値を読み込んでヒータオン後のヒータ層抵抗値の昇温特性の変化に基づいてガス感知層周囲の湿度を検知し、算出した温度および湿度に基づいて補正値を算出し、センサ出力に対して補正値を用いて補正し、補正されたセンサ出力によりガスの有無を判定することを特徴とするガス検知方法。 A gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with the detection target gas, a gas sensor having a heater layer for heating the gas sensing layer, a heater layer driving unit for driving the heater layer, and an electrical resistance of the gas sensing layer A gas detection device comprising: a gas detection unit that detects a change; a heater layer resistance detection unit that detects a change in the heater layer resistance of the heater layer; and a temperature detection unit that outputs a detection signal corresponding to the temperature around the gas sensor. A gas detection method used,
The heater layer drive unit is driven to make the gas sensing layer detectable by heating the heater layer, the sensor output is detected based on the output from the gas detection unit, and the surroundings of the gas sensing layer based on the output from the temperature detection unit The heater layer resistance detection unit reads the heater layer resistance value for the heater layer resistance, detects the humidity around the gas sensing layer based on the change in the temperature rise characteristic of the heater layer resistance value after the heater is turned on, A gas detection method, comprising: calculating a correction value based on the calculated temperature and humidity, correcting the sensor output using the correction value, and determining the presence or absence of gas based on the corrected sensor output.
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