JP2024015656A - Gas physical quantity detection device and gas physical quantity detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体物理量検出装置及び気体物理量検出方法に関する。 The present invention relates to a gas physical quantity detection device and a gas physical quantity detection method.
従来、例えば、薄膜形成プロセス等の生産設備において、真空環境を適正な状態に制御して製品の品質を管理及び向上させるため、真空中での圧力測定に熱伝導真空計が用いられている。また、建造物用や医薬品運搬バック用等の真空断熱材の圧力測定においても熱伝導真空計が用いられる。 BACKGROUND ART Conventionally, heat conduction vacuum gauges have been used to measure pressure in vacuum in order to control and improve the quality of products by controlling the vacuum environment to an appropriate state in production equipment such as thin film forming processes. Heat conduction vacuum gauges are also used to measure the pressure of vacuum insulation materials for buildings, medicine transportation bags, etc.
この熱伝導の圧力依存を利用した全圧計としてピラニ真空計や熱電対真空計がある。ピラニ真空計は、通電加熱した白金やタングステンのフィラメントにおける気体の熱伝導による温度変化を、その電気抵抗の変化として検知することにより、圧力を測定する真空計である。熱電対真空計は、ピラニ真空計と同様にフィラメントを通電加熱し、気体によって生じるフィラメントの温度変化を熱電対で測定し、圧力を求める真空計である。 There are Pirani vacuum gauges and thermocouple vacuum gauges as total pressure gauges that utilize this pressure dependence of heat conduction. A Pirani vacuum gauge is a vacuum gauge that measures pressure by detecting temperature changes due to heat conduction of gas in an electrically heated platinum or tungsten filament as changes in its electrical resistance. A thermocouple vacuum gauge, like the Pirani vacuum gauge, is a vacuum gauge that heats a filament with electricity and measures the temperature change of the filament caused by gas with a thermocouple to determine the pressure.
これら真空計は、構造が簡単な反面、安定性や精度が期待できず、また、時間的な応答性が悪いという問題を有している。さらに、フィラメント等の加熱素子を要するため部品点数が増加するという問題もある。 Although these vacuum gauges have a simple structure, they have problems in that stability and accuracy cannot be expected, and they also have poor temporal response. Furthermore, since a heating element such as a filament is required, there is also the problem that the number of parts increases.
ところで、熱型赤外線検出素子の1つであり、ゼーベック効果によって生じる熱起電力を利用したサーモパイルがある。サーモパイルは、ジュール赤外線の入射エネルギー量に比例した熱起電力を発生するもので、常温で動作し、波長に依存しない分光感度特性を有し、入射エネルギー量に応じた電圧出力が得られ、また、低価格で長寿命であることから温度測定に広く用いられている。 By the way, there is a thermopile, which is one type of thermal infrared detection element and utilizes thermoelectromotive force generated by the Seebeck effect. A thermopile generates a thermoelectromotive force proportional to the amount of incident energy of Joule infrared rays, operates at room temperature, has spectral sensitivity characteristics that are independent of wavelength, and can obtain a voltage output according to the amount of incident energy. It is widely used for temperature measurement due to its low cost and long life.
一方、熱電対自体に電流を流し、熱による自己加熱よりヒータとしても動作させて、この熱電対を取り巻く気体や液体の流量、流速、真空度及び濃度等の物理量を計測するためのカンチレバ方式の温度計測装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。 On the other hand, a cantilever method is used to measure physical quantities such as the flow rate, velocity, degree of vacuum, and concentration of gas or liquid surrounding the thermocouple by passing a current through the thermocouple itself and making it act as a heater rather than self-heating due to heat. A temperature measuring device has been proposed (for example, see Patent Document 4).
しかしながら、従来の提案にみられる熱電対をカンチレバに設けるカンチレバ方式やマイクロエアブリッジ方式では、熱電対数を多くできない欠点があり、熱電対の合成抵抗が小さいためある程度の感度を得るには電流が大きくなる傾向となり、この結果から消費電力が大きくなる問題等がある。このように性能面で満足できるものではなく、従来に比し一層の性能の向上が期待されている。 However, the cantilever method and micro air bridge method, which are conventional proposals in which thermocouples are mounted on a cantilever, have the disadvantage that the number of thermocouples cannot be increased, and because the combined resistance of thermocouples is small, a large current is required to obtain a certain degree of sensitivity. This results in problems such as increased power consumption. As described above, the performance is not satisfactory, and further improvement in performance compared to the conventional method is expected.
本発明の実施形態は、赤外線を用いた温度測定に広く用いられているサーモパイルを赤外線の影響を極力受けないようにした真空度等の物理量の測定に用い、性能の向上を図ることができる気体物理量検出装置及び気体物理量検出方法を提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention utilize a thermopile, which is widely used for temperature measurement using infrared rays, to measure physical quantities such as the degree of vacuum while minimizing the effects of infrared rays, and use a gas that can improve performance. An object of the present invention is to provide a physical quantity detection device and a gas physical quantity detection method.
本発明の実施形態による気体物理量検出装置は、空洞部を有する基板と、前記基板に形成されたメンブレン部と、前記メンブレン部上に配設された複数の温接点部及び冷接点部を有する熱電対列とを備えるサーモパイルと、前記サーモパイルの熱電対列に電力を供給し、前記サーモパイルを自己加熱させる電力供給部と、を備え、前記サーモパイルは雰囲気の熱伝導率に応じて熱損失量の変化を検出することを特徴とする。 A gas physical quantity detection device according to an embodiment of the present invention includes a substrate having a cavity, a membrane portion formed on the substrate, and a thermoelectric device having a plurality of hot junction portions and cold junction portions disposed on the membrane portion. and a power supply unit that supplies power to the thermopile of the thermopile to self-heat the thermopile, the thermopile has a heat loss amount that changes depending on the thermal conductivity of the atmosphere. It is characterized by detecting.
本実施形態の気体物理量検出装置は、気体の真空度等の気圧や風速及び熱伝導式のガスセンサにおけるガス濃度を検出する場合に適用することができる。格別被測定雰囲気の物理量が限定されるものではない。 The gas physical quantity detection device of this embodiment can be applied to detect atmospheric pressure and wind velocity such as the degree of vacuum of a gas, and gas concentration in a thermal conduction type gas sensor. The physical quantity of the atmosphere to be measured is not particularly limited.
また、本発明の実施形態による気体物理量検出方法は、空洞部を有する基板と、前記基板に形成されたメンブレン部と、前記メンブレン部上に配設された複数の温接点部及び冷接点部を有する熱電対列とを備えるサーモパイルと、前記サーモパイルの熱電対列に電力を供給し、前記サーモパイルを自己加熱させる電力供給部とを備え、前記電力供給部から前記サーモパイルに電力を供給し、サーモパイルを自己加熱するステップと、サーモパイルの温度変化を起電力の変化として検出するステップと、前記起電力の変化により被測定雰囲気の圧力を測定結果として出力するステップと、を具備することを特徴とする。 Further, the gas physical quantity detection method according to the embodiment of the present invention includes a substrate having a cavity, a membrane section formed on the substrate, and a plurality of hot junction sections and cold junction sections disposed on the membrane section. a thermopile having a thermopile having a thermopile; and a power supply unit that supplies power to the thermopile of the thermopile to self-heat the thermopile, the power supply unit supplies power to the thermopile, and the thermopile is heated. It is characterized by comprising the steps of self-heating, detecting a temperature change in the thermopile as a change in electromotive force, and outputting the pressure of the atmosphere to be measured as a measurement result based on the change in electromotive force.
本発明の実施形態によれば、サーモパイルを真空度等の物理量の測定に用い、性能の向上を図ることができる気体物理量検出装置及び気体物理量検出方法を提供することが可能となる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a gas physical quantity detection device and a gas physical quantity detection method that use a thermopile to measure a physical quantity such as a degree of vacuum and can improve performance.
以下、本発明の実施形態に係る気体物理量検出装置及び気体物理量検出方法について図1乃至図7を参照して説明する。図1は、気体物理量検出センサの斜視図であり、図2は、気体物理量検出センサにおいてキャップを取り外して示す斜視図であり、図3は、気体物理量検出センサの断面を示している。図4は、サーモパイルの一部を切欠いて示す斜視図であり、図5は、サーモパイルを説明するための模式的説明図であり、図6は、図4中、X-X線に沿う模式的断面図であり、図7は、気体物理量検出センサの概略の結線図である。また、図8は、気体物理量検出センサの動作を示すフローチートである。なお、各図では、各部材を認識可能な大きさとするために、説明上、各部材の縮尺を適宜変更している。また、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a gas physical quantity detection device and a gas physical quantity detection method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 1 is a perspective view of a gas physical quantity detection sensor, FIG. 2 is a perspective view of the gas physical quantity detection sensor with the cap removed, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas physical quantity detection sensor. FIG. 4 is a perspective view showing a part of the thermopile cut away, FIG. 5 is a schematic explanatory view for explaining the thermopile, and FIG. 6 is a schematic diagram along the line XX in FIG. 7 is a cross-sectional view, and FIG. 7 is a schematic wiring diagram of the gas physical quantity detection sensor. Moreover, FIG. 8 is a flow cheat showing the operation of the gas physical quantity detection sensor. In addition, in each figure, the scale of each member is changed as appropriate for explanation purposes in order to make each member a recognizable size. Further, the same or corresponding parts are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
本実施形態の気体物理量検出装置は気圧物理量検出センサを備え、気圧物理量検出センサはメンブレン構造のサーモパイルを用い、雰囲気の熱伝導率が圧力によって変化することを利用して、雰囲気の圧力を検出する熱伝導式の気圧検出センサである。サーモパイルを自己加熱させて雰囲気の熱伝導率に応じて熱損失量の変化を検出し、この温度変化を熱起電力の変化として検出する。
図1及び図2に示すように気体物理量検出センサとしての気圧検出センサ10は、サーモパイル1と、このサーモパイル1を覆うパッケージ2とを備えている。
The gas physical quantity detection device of this embodiment is equipped with an atmospheric pressure physical quantity detection sensor, and the atmospheric pressure physical quantity detection sensor uses a thermopile with a membrane structure to detect the pressure of the atmosphere by utilizing the fact that the thermal conductivity of the atmosphere changes depending on the pressure. It is a thermal conduction type atmospheric pressure detection sensor. The thermopile is self-heated to detect changes in heat loss according to the thermal conductivity of the atmosphere, and this temperature change is detected as a change in thermoelectromotive force.
As shown in FIGS. 1 and 2, an atmospheric
図2及び図4に示すようにサーモパイル1は、略正方形状をなしていて一辺が1mm以下の長さ寸法であり、基板11の一面に二酸化ケイ素又は窒化ケイ素等の絶縁膜12が設けられ、基板11の裏面側から異方性エッチングによって空洞部13が形成されている。基板11はシリコン材料から形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
空洞部13上には絶縁膜12からなるメンブレン部14が形成されている。また、メンブレン部14上には異種金属からなる熱電対の温接点部15が配置され、メンブレン部14周辺のヒートシンク部17には冷接点部16が配置されていて、これら熱電対は複数個直列に接続された熱電対列を形成している。また熱電対列の温接点部15には赤外線吸収体18が載置されている。また、ヒートシンク部17には熱電対列の引出線が接続される電極パッド19が形成されている。このような温接点部15と冷接点部16とは、60対以上形成するのが好ましく、本実施形態では、例えば96対の温接点部15と冷接点部16が形成されている。
A
従来の提案にみられる熱電対をカンチレバに設けるカンチレバ方式やマイクロエアブリッジ方式では、熱電対数を多くできない欠点があり、熱電対の合成抵抗が小さいためある程度の感度を得るには電流が大きくなる傾向となり、この結果から消費電力が大きくなる問題等がある。本実施形態では、例えば96対の温接点部15と冷接点部16が形成されていることによりその合成抵抗値は約65kΩとなるので動作時の電流値は極めて小さくなりその結果から消費電力が1.5mWとなる。従来方式は抵抗値が20Ωで消費電力は10mWである。
The cantilever method and micro air bridge method, which are conventional proposals in which thermocouples are mounted on a cantilever, have the disadvantage that the number of thermocouples cannot be increased, and because the combined resistance of the thermocouples is small, the current tends to be large to obtain a certain degree of sensitivity. As a result, there is a problem that power consumption increases. In this embodiment, for example, 96 pairs of
次に、図5において各熱電素子の接続状態を模式的な説明図を参照して説明する。絶縁膜12上、すなわち、メンブレン部14上にn型多結晶シリコン層20a及びアルミニウム等の金属薄膜層20bがメンブレン部14の中央部を中心として放射状に形成されている。n型多結晶シリコン層20aの温接点部15は、金属薄膜層20bにより隣接するn型多結晶シリコン層20aの冷接点部16と順次接続されている。このようにn型多結晶シリコン層20aの温接点部15が、金属薄膜層20bによって、隣接するn型多結晶シリコン層20aの冷接点部16に順次連続して接続され、熱電素子が金属薄膜層20bで直列接続されて熱電素子列を形成している。これらの最終端は、図2及び図4に示すように電極パッド19に接続される。
Next, the connection state of each thermoelectric element will be explained with reference to a schematic explanatory diagram in FIG. 5. On the
図6に示すようにメンブレン部14上には、絶縁膜12を介してn型多結晶シリコン層20a及び金属薄膜層20bが積層されて形成されている。また、メンブレン部14上の中央部には赤外線吸収体18が形成されている。赤外線吸収体18は膜状であり、ポリイミド系樹脂、ビニル系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂及び合成ゴム等が用いられる。このようなサーモパイル1は、半導体加工プロセスを用いるMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術によってシリコン半導体材料からMEMS構造により作製することができる。
As shown in FIG. 6, an n-type
続いて、図1乃至図3に示すようにパッケージ2は、サーモパイル1を収容し覆う外囲器であり、熱伝導性を有する金属製の略円筒状をなすキャップ21と、同様に金属製の略円盤状をなすステム22とを備えている。
Next, as shown in FIGS. 1 to 3, the
具体的にはキャップ21は、遮蔽部21aと側壁部21bとを備えている。遮蔽部21aは、サーモパイル1の受光部である赤外線吸収体18と対向していて、サーモパイル1への赤外線の入射、つまり、受光を遮蔽して阻止する機能を有している。また、側壁部21bには開口部23が形成されている。開口部23はキャップ21における内外の雰囲気の状態を同じにする機能を有している。開口部23はキャップ21の内外を貫通し連通する円形状の貫通孔である。キャップ21の大きさは、例えば、軸方向の長さ寸法が4mm~6mmであり、径寸法がφ5mm~φ7mmである。なお、開口部23は径寸法がφ0.5mm~φ1.5mm、好ましくはφ1mmの寸法に形成されていて、側壁部21bに対して横向きに形成されている。詳しくは、開口部23は軸方向の中央部よりサーモパイル1側寄りでサーモパイル1と同様な高さ位置に、軸方向と交差する方向、好ましくは直交する方向に形成されている。これにより外光の影響を少なくすることができる。
Specifically, the
また、ステム22上には、検出精度の向上のため温度補償用のサーミスタCtが実装されている。さらに、ステム22には、4本のリード端子24が上下に貫通して取付けられており、このリード端子24とサーモパイル1の電極パッド19及び温度補償用のサーミスタCtとが接続されている。これによって、サーモパイル1及び温度補償用のサーミスタCtへの駆動電源の供給や検出信号の送出がなされるようになっている。
Furthermore, a thermistor Ct for temperature compensation is mounted on the
次に、図7を参照して気体物理量検出装置における気圧検出センサ10(サーモパイル1)の結線状態について説明する。なお、温度補償用のサーミスタCtは省略している。サーモパイル1には電力供給部3が直列に接続され、これらの中間に出力端子が接続されていて、この出力端子の起電力を出力電圧Voutとして検出できるようになっている。
Next, the connection state of the atmospheric pressure detection sensor 10 (thermopile 1) in the gas physical quantity detection device will be described with reference to FIG. Note that the thermistor Ct for temperature compensation is omitted. A
電力供給部3は、定電流源であり、気圧検出センサ10におけるサーモパイル1の熱電対列に通電して定電流を流し、サーモパイル1に電力を供給して自己加熱させる機能を有している。この自己加熱により、従来のようにフィラメント等の加熱素子を用いることなく、気圧検出センサ10として気圧の検出を行うことができる。
The
続いて、図8を参照して気圧検出センサ10の動作の概略について説明する。気圧検出センサ10は被測定雰囲気中に配置されている。気圧検出センサ10を起動すると(ステップS1)、電力供給部3から気圧検出センサ10のサーモパイル1に電力が供給され、サーモパイル1は自己加熱される(ステップ2)。この自己加熱されたサーモパイル1は被測定雰囲気の熱伝導率によって熱放散の状態が変化、つまり、熱損失量が変化する(ステップ3)。このサーモパイル1の温度変化を起電力の変化として出力電圧Voutを検出する(ステップ4)。出力電圧Voutは、図示しないマイクロコンピュータ等の制御処理手段に入力され、演算処理されて検出出力として被測定雰囲気の圧力が出力され測定結果として出力される(ステップ5)。
Next, an outline of the operation of the atmospheric
以上のような気圧検出センサ10の構成によれば、サーモパイル1は側壁部21bに開口部23が形成されたキャップ21に覆われているので、サーモパイル1はキャップ21の外部の雰囲気の状態と同じ状態に置かれる。また、この場合、サーモパイル1はキャップ21によって保護されるとともにキャップ21の遮蔽部21aによってサーモパイル1への赤外線の入射が遮蔽されるので外乱の影響を抑制することができ、検出精度の向上を図ることができる。したがって、キャップ21は、サーモパイル1を保護しつつ、雰囲気の流通は許容するが、サーモパイル1への赤外線の入射を遮蔽する機能を有している。
According to the configuration of the atmospheric
なお、サーモパイル1を気圧の検出に用いる場合には、赤外線吸収体18は必須の構成要素ではないが、赤赤外線吸収体18の存在によりサーモパイル1への汚れの付着を防止することができ信号の変動が少なくなる効果が期待できる。
また、本実施形態のサーモパイル1はメンブレン構造である。既述のカンチレバ方式に対しメンブレン構造は主として以下の利点を有する。
Note that when the
Moreover, the
すなわち、メンブレン部14は平坦状であり全周が基板11に支持されていて、このメンブレン部14上にサーモパイル1が形成されている。このためメンブレン部14は機械的にも熱的にも安定性を有し、出力の安定性の確保が期待できる。加えて、メンブレン部14上に多数の熱電対を形成できるので応答速度が速くなる傾向となる。
次に図9乃至図11を参照して気体物理量検出装置における気圧検出センサ10の出力特性について説明する。
[気圧と電圧]
That is, the
Next, the output characteristics of the atmospheric
[Atmospheric pressure and voltage]
図9は、被測定雰囲気中の気圧と出力電圧との関係を示しており、気圧を変化させた場合の出力電圧の変化を測定している。図中、横軸は気圧(Pa)を示し、縦軸は電圧(v)を示している。 FIG. 9 shows the relationship between the atmospheric pressure in the atmosphere to be measured and the output voltage, and the change in the output voltage when the atmospheric pressure is changed is measured. In the figure, the horizontal axis shows atmospheric pressure (Pa), and the vertical axis shows voltage (v).
定電流源から1mA、0.6mA、0.3mA及び0.15mAと各電流を流して定電流駆動を行い測定した。測定結果から、気圧が高くなるに従い出力電圧が低下することが分かる。これにより定電流駆動を行うことにより気圧の変化を検出できることが確認できる。
[印加電圧と温度]
Measurement was performed by constant current driving by applying currents of 1 mA, 0.6 mA, 0.3 mA, and 0.15 mA from a constant current source. The measurement results show that the output voltage decreases as the atmospheric pressure increases. This confirms that changes in atmospheric pressure can be detected by constant current driving.
[Applied voltage and temperature]
図10(a)は、サーモパイル1に一定の電流を流したときの印加電圧及び消費電力を示しており、図10(b)は、サーモパイル1に一定の電流を流して電圧印加したときと電圧印加前のサーモパイル1の温度をサーモカメラで測定したデータを示している。これにより少ない消費電力で温度上昇の変化が測定できることが分かる。
[本実施形態と比較例]
FIG. 10(a) shows the applied voltage and power consumption when a constant current is passed through the
[This embodiment and comparative example]
図11は、本実施形態と比較例との特性の対比を示している。比較例は先行技術文献の特許文献4に示されている特性である。雰囲気の気圧を大気圧から10Paに変化させた場合を示している。 FIG. 11 shows a comparison of characteristics between this embodiment and a comparative example. A comparative example has the characteristics shown in the prior art document Patent Document 4. The case where the atmospheric pressure is changed from atmospheric pressure to 10 Pa is shown.
この対比から本実施形態の気体物理量検出装置によれば、性能の向上を図ることができる。具体的には、時定数が速く、消費電力が小さく、及び感度が良好で小さい温度上昇で検出が可能となる。 From this comparison, the gas physical quantity detection device of this embodiment can improve performance. Specifically, it has a fast time constant, low power consumption, and good sensitivity, allowing detection with a small temperature rise.
なお、本実施形態の気体物理量検出装置は、気圧の測定に適用される場合に限らない。例えば、ガス濃度を検出する熱伝導式のガスセンサや微風速及び風量等の風のセンシングにも適用可能である。 Note that the gas physical quantity detection device of this embodiment is not limited to being applied to the measurement of atmospheric pressure. For example, it is applicable to a thermal conduction type gas sensor that detects gas concentration, and wind sensing such as wind speed and air volume.
本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the configuration of the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Further, the above embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1・・・・・サーモパイル
2・・・・・パッケージ
3・・・・・電力供給部
10・・・・気圧検出センサ
11・・・・基板
12・・・・絶縁膜
13・・・・空洞部
14・・・・メンブレン部
15・・・・温接点部
16・・・・冷接点部
17・・・・ヒートシンク部
18・・・・赤外線吸収体
19・・・・電極パッド
21・・・・キャップ
21a・・・遮蔽部
21b・・・側壁部
23・・・・開口部
24・・・・リード端子
1...Thermopile 2...
Claims (8)
前記サーモパイルの熱電対列に電力を供給し、前記サーモパイルを自己加熱させる電力供給部と、を備え、
前記サーモパイルは雰囲気の熱伝導率に応じて熱損失量の変化を検出することを特徴とする気体物理量検出装置。 A thermopile comprising a substrate having a cavity, a membrane formed on the substrate, and a thermopile having a plurality of hot junctions and cold junctions disposed on the membrane;
a power supply unit that supplies power to the thermopile of the thermopile and causes the thermopile to self-heat;
A gas physical quantity detection device, wherein the thermopile detects a change in heat loss according to thermal conductivity of the atmosphere.
前記電力供給部から前記サーモパイルに電力を供給し、サーモパイルを自己加熱するステップと、
サーモパイルの温度変化を起電力の変化として検出するステップと、
前記起電力の変化により被測定雰囲気の圧力を測定結果として出力するステップと、
を具備することを特徴とする気体物理量検出方法。 A thermopile comprising: a substrate having a cavity; a membrane formed on the substrate; and a thermopile arranged on the membrane and having a plurality of hot junctions and cold junctions; and a power supply unit that supplies power to the pair of columns and causes the thermopile to self-heat,
supplying power from the power supply unit to the thermopile to self-heat the thermopile;
detecting a temperature change in the thermopile as a change in electromotive force;
outputting the pressure of the atmosphere to be measured as a measurement result based on the change in the electromotive force;
A method for detecting a gas physical quantity, comprising:
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