JP2016170161A - 熱伝導式ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
度と前記目的とする測定対象ガス以外のガス濃度をそれぞれ算出することを特徴とする熱伝導式ガスセンサである。
以下、本発明における実施形態を説明する。なお、本発明の熱伝導式ガスセンサを水素センサに適用した場合を例に説明するが、前述のように、本発明はガスの種類によって熱伝導率が異なる性質であることを利用した検出原理に基づくもので、水素センサに限定されるものではない。
程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、金(Au)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)又はこれら何れか2種以上を含む合金などが好適である。
悪影響を与えることはない。以上により水素センサ1を得ることができる。
スタ12は異なるパルス電圧V1、V2に応じた異なる温度T1、T2に加熱されることになる。
毎回同じでもないので、正確な環境温度を測定していることにはならない。
なお、aはある温度における水素の検出感度、bはある温度における湿度の検出感度、cは出力Vdであり、出力Vdは測定ガス中の水素濃度X、湿度濃度Yに依存する。
at1X + bt1Y = Vdt1 (式2)
at2X + bt2Y = Vdt2 (式3)
合は異なる電圧値を3種類にするといった要領で、測定したいガスの種類だけ異なる電圧値を印加し、加熱制御温度をガスの種類だけ異なる温度で測定すればよく、得られた出力値とそれぞれの加熱温度における検出感度を使って、その数だけ連立方程式を立て解くことで、それぞれのガス濃度を算出することができる。
図9は、本実施形態2の水素センサを説明するための断面構造図である。本実施形態2による水素センサ41は、測定対象ガス濃度を検出する検知素子42と、環境温度を検出するための参照素子43を有し、測定環境に暴露された同じ空間に配置される。本実施例では、セラミックパッケージ4に検知素子42と参照素子43を配置し、測定環境に暴露させるために通気口6を備えたリッド5により水素センサ41を形成した。
本発明の実施形態1に基づく水素センサの出力特性を図8に開示する。水素100ppm、湿度4900ppmを混合した環境下において、T1を200℃、T2を225℃に設定した水素センサ1で測定した。水素の検出感度は温度T1では3.18μV/ppm、T2では3.28μV/ppm。湿度の検出感度は温度T1では0.013μV/ppm、T2では0.009μV/ppmで、各温度での出力がVdt1は384.64μV、Vdt2は371.61μVであった。
3.28X + 0.009Y = 371.61 (式5)
比較例1として、同じ水素100ppm、湿度4900ppmを混合した環境下において、T1の200℃のみ設定した水素センサ1で水素濃度を測定した場合(式6)、比較例2としてT2の225℃のみ設定した水素センサ1で水素濃度を測定した(式7)。
3.28X = 371.61 (式7)
2、42 検知素子
3、43 参照素子
4 セラミックパッケージ
5 リッド
6 通気口
7 基板
8 絶縁膜
9 マイクロヒータ
10 マイクロヒータ保護膜
11 薄膜サーミスタ電極
12 薄膜サーミスタ
13 薄膜サーミスタ保護膜
14 キャビティ
15 メンブレン
16 電極パッド
17 ワイヤー
18 セラミックパッケージ電極
19 ボルテージフォロワ
20 アナログデジタルコンバータ
21 増幅回路
22 デジタルアナログコンバータ
23 マイクロプロセッサ
24、25、26、27、28、29 パルス
51 白金抵抗体
53 白金保護膜
Claims (5)
- 感熱素子と、前記感熱素子を加熱する発熱体と、前記感熱素子を用いて出力を行うブリッジ回路と、前記出力から近似式を用いた演算によりガス濃度を算出する演算処理装置を備えた熱伝導式ガスセンサであって、前記演算処理装置は複数のパルス電圧値によって前記感熱素子を複数の温度に加熱制御を行い、前記複数の温度に対応した前記出力と、目的とする測定対象ガスの前記複数の温度に対応したガス濃度の検出感度と、前記目的とする測定対象ガス以外の前記複数の温度に対応したガス濃度の検出感度を用いて、前記目的とする測定対象ガスのガス濃度と前記目的とする測定対象ガス以外のガス濃度をそれぞれ算出することを特徴とする熱伝導式ガスセンサ。
- 前記発熱体は、前記複数のパルス電圧値により、それぞれ一定間隔をあけ、且つそれぞれ算出したいガスの種類の数だけ異なる温度に加熱制御されることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導式ガスセンサ。
- 前記感熱素子はメンブレン構造を有する薄膜サーミスタであり、環境温度を検出する参照素子を更に有し、前記演算処理装置は前記参照素子の出力により前記発熱体に印加するパルス電圧値を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導式ガスセンサ。
- 前記感熱素子はメンブレン構造を有する白金であり、環境温度を検出する参照素子を更に有し、前記演算処理装置は前記参照素子の出力により前記発熱体に印加するパルス電圧値を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導式ガスセンサ。
- 前記感熱素子が前記発熱体の機能を併せ持つ素子であることを特徴とする請求項1、2、4の何れか1項に記載の熱伝導式ガスセンサ。
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