JP2702272B2 - Gas detector - Google Patents

Gas detector

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JP2702272B2
JP2702272B2 JP27193390A JP27193390A JP2702272B2 JP 2702272 B2 JP2702272 B2 JP 2702272B2 JP 27193390 A JP27193390 A JP 27193390A JP 27193390 A JP27193390 A JP 27193390A JP 2702272 B2 JP2702272 B2 JP 2702272B2
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hot
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俊之 木村
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New Cosmos Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はメタン、プロパン等の燃料ガスもれの検知
並びに一酸化炭素、水素等の不完全燃焼ガス検知及びタ
バコ、スプレー等による空気汚染の検知の機能を有する
ガス検知装置に関する。
The present invention relates to the detection of fuel gas leaks such as methane and propane, the detection of incomplete combustion gas such as carbon monoxide and hydrogen, and the detection of air pollution by tobacco and spray. The present invention relates to a gas detection device having a detection function.

[従来の技術] 従来使用されている家庭用ガスもれ警報器はメタン、
プロパン等の燃料ガスもれを検知する目的で備えられて
いる。又近年は石油ファンヒータの排気ガスやタバコの
煙による室内の空気汚染についてもそのレベルを検知す
ることが求められている。ところが従来の家庭用ガスも
れ警報器に使用されているPtやPdを添加した酸化錫半導
体センサは石油ファンヒーターの不完全燃焼排気ガスや
タバコの煙中の一酸化炭素、水素等を500ppm以下の低濃
度で検知し警報出力することは困難であった。そのため
燃料ガスもれと不完全燃焼排気ガスとの双方を検知する
警報器としては、約400℃程度で用いられるPtやPdを添
加した酸化錫半導体センサと更に一酸化炭素や水素を検
知するために約100℃程度で用いられる不完全燃焼排気
ガス検知用の酸化錫半導体センサの2つのセンサを使用
したガス検知装置が使用されている。
[Prior Art] Conventionally used household gas leak alarms are methane,
It is provided for the purpose of detecting fuel gas leakage such as propane. In recent years, it has been required to detect the level of indoor air pollution caused by exhaust gas from petroleum fan heaters and smoke from cigarettes. However, Pt and Pd-added tin oxide semiconductor sensors used in conventional household gas leak alarms have less than 500 ppm of carbon monoxide and hydrogen in incomplete combustion exhaust gas from petroleum fan heaters and cigarette smoke. It was difficult to detect at low concentrations and output an alarm. Therefore, as an alarm that detects both fuel gas leakage and incomplete combustion exhaust gas, a tin oxide semiconductor sensor added with Pt or Pd used at about 400 ° C and a sensor for detecting carbon monoxide and hydrogen A gas detector using two sensors, ie, a tin oxide semiconductor sensor for detecting incomplete combustion exhaust gas used at about 100 ° C. is used.

[発明が解決しようとする課題] 燃料ガスもれと不完全燃焼排気ガスの検知に共用でき
るガス検知装置は以上のように2つの種類の半導体セン
サを使用して構成されていた。そのため各半導体センサ
用に付属回路も2種類必要であり、装置が複雑化、大型
化するという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] A gas detection device that can be commonly used for detecting fuel gas leakage and incomplete combustion exhaust gas has been configured using two types of semiconductor sensors as described above. Therefore, two types of accessory circuits are required for each semiconductor sensor, and there has been a problem that the device becomes complicated and large.

この発明は、以上のような問題点を解決するためにな
されたもので、簡単で、小型化されたガス検知装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a simple and miniaturized gas detection device.

[課題を解決するための手段] 本発明に係るガス検知装置は 主として酸化錫半導体よりなる低熱容量の熱線型半導
体式ガスセンサ、 前記熱線型半導体式ガスセンサにその検知範囲内の最
高濃度ガス中での抵抗値より小さい抵抗値の負荷抵抗を
介して、間歇的に電源を供給する電源供給部、 前記熱線型半導体式ガスセンサの出力を前記間歇周期
に従って測定する検出回路部、 を具備する。
[Means for Solving the Problems] A gas detection device according to the present invention includes a low-heat-capacity hot-wire semiconductor gas sensor mainly composed of tin oxide semiconductor, and a hot-wire semiconductor gas sensor in a highest concentration gas within the detection range. A power supply section for intermittently supplying power via a load resistor having a resistance value smaller than the resistance value; and a detection circuit section for measuring an output of the hot-wire semiconductor gas sensor in accordance with the intermittent cycle.

[作用] 本発明のガス検知装置においては、主として酸化錫半
導体よりなる熱線型半導体式ガスセンサに同ガスセンサ
の検知範囲内の再高濃度ガス中での抵抗値より小さい負
荷抵抗を接続しているので、同ガスセンサが被検知ガス
を検知した場合に同ガスセンサの温度が上昇する。そし
て、この温度上昇にともなって同ガスセンサの複数の被
検知ガスに対する相対感度が変化する。
[Operation] In the gas detection device of the present invention, a load resistance smaller than the resistance value in the re-high concentration gas within the detection range of the gas sensor is connected to the hot-wire semiconductor gas sensor mainly composed of tin oxide semiconductor. When the gas sensor detects the gas to be detected, the temperature of the gas sensor increases. As the temperature rises, the relative sensitivity of the gas sensor to a plurality of detected gases changes.

同ガスセンサの電源供給部は間歇的に同ガスセンサに
電源を供給し、検出回路部はその間歇周期に従って同ガ
スセンサ出力を測定しているので、同ガスセンサの実質
的な作動時間が短い。
The power supply unit of the gas sensor intermittently supplies power to the gas sensor, and the detection circuit unit measures the output of the gas sensor in accordance with the intermittent cycle, so that the substantial operation time of the gas sensor is short.

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示すガス検知装置のブ
ロック図である。第2図は第1図に示される本ガス検知
装置に使用される熱線型半導体式ガスセンサ(5)の斜
視図である。
[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of a gas detection device showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a hot-wire semiconductor gas sensor (5) used in the present gas detection device shown in FIG.

半導体部(1)が酸化錫を主成分とするガス感応層と
して貴金属製のコイル(4)の回りに例えば0.6mmφの
球状に形成されて、熱線型半導体式ガスセンサ(5)が
構成されている。
The semiconductor portion (1) is formed as a gas-sensitive layer containing tin oxide as a main component in a spherical shape of, for example, 0.6 mmφ around a coil (4) made of a noble metal, thereby forming a hot-wire semiconductor gas sensor (5). .

また半導体部(1)の主成分である酸化錫にアンチモ
ンを加えたり、また更にIV族元素及びランタノイド等か
ら選択される元素を1つ以上添加すると添加元素の種
類、量によって以下に説明するガス感度の温度依存性や
センサの耐久性等を所望のものに調整することが行なわ
れる。
When antimony is added to tin oxide, which is a main component of the semiconductor portion (1), or one or more elements selected from Group IV elements and lanthanoids are added, the gas described below depends on the type and amount of the added element. The temperature dependence of the sensitivity, the durability of the sensor, and the like are adjusted to desired values.

熱線型半導体式ガスセンサ(5)の一定濃度(4000pp
m)の主なガスに対する感度の温度依存性を第3図に示
す。尚ここで第3図中相対感度として示している数値は
後述のセンサ出力の相対値である。本温度依存性の測定
は熱線型半導体式ガスセンサ(5)を、内部を一定の温
度に保った高温槽中に収容してセンサ出力を測定するこ
とにより行っている。この第3図からこの熱線型半導体
式ガスセンサ(5)は低温(300℃程度)では一酸化炭
素、水素、エタノール等の雑ガスに対して高感度であ
り、メタン、プロパン等の燃料ガスに対しては比較的低
感度であることが分る。又、同熱線型半導体式ガスセン
サ(5)は中温(500℃程度)では燃料ガスに対して高
感度となり、雑ガスに対しては比較的低感度となること
が分る。更に高温の状態(600℃程度)においては燃料
ガスに対する感度が最良となることが分る。従ってこの
熱線型半導体式ガスセンサ(5)は、低温(300℃程
度)で使用すれば雑ガスに対して高感度となり、高温
(600℃)で使用すれば燃料ガスに対して高感度とな
る。
Constant concentration (4000pp) of hot wire type semiconductor gas sensor (5)
FIG. 3 shows the temperature dependence of the sensitivity of m) to main gases. The numerical value shown as the relative sensitivity in FIG. 3 is a relative value of a sensor output described later. The measurement of the temperature dependency is performed by housing the hot-wire semiconductor gas sensor (5) in a high-temperature tank whose inside is kept at a constant temperature and measuring the sensor output. From FIG. 3, the hot-wire semiconductor gas sensor (5) is highly sensitive to miscellaneous gases such as carbon monoxide, hydrogen, and ethanol at low temperatures (about 300 ° C.), and is sensitive to fuel gases such as methane and propane. It shows that the sensitivity is relatively low. Also, it can be seen that the hot-wire semiconductor gas sensor (5) has a high sensitivity to fuel gas at a medium temperature (about 500 ° C.) and a relatively low sensitivity to miscellaneous gases. It can be seen that the sensitivity to the fuel gas is the best at a higher temperature (about 600 ° C.). Therefore, the hot wire semiconductor gas sensor (5) has high sensitivity to miscellaneous gases when used at low temperature (about 300 ° C.), and has high sensitivity to fuel gas when used at high temperature (600 ° C.).

ところが本熱線型半導体式ガスセンサ(5)(以後セ
ンサと略す。)を常時600℃程度に保つと半導体槽
(1)中の結晶の粒成長により1〜2ヶ月間のきわめて
短期間のうちにセンサの経時変化がおこる。このような
経時変化を起こさずにセンサ(5)を高温においても安
定に使用するために被検知ガスが雰囲気中に無い時はセ
ンサ温度を低温に保ち、更に間歇的にセンサの動作を行
ってセンサの劣化を防ぐことが可能なガス検知装置(1
2)を第1図に示した。以下このセンサ(5)が第1図
に示すガス検知装置(12)中でどのように機能するかを
図に従って説明する。ここでセンサ(5)の負荷抵抗
(7)はセンサ(5)の350℃程度での大気中の動作抵
抗値例えば9Ωに対して1/8程度の1.2Ωに設定されてい
る。このセンサ(5)の抵抗値はブリッジ回路のAB両点
間の電圧として検出回路部(9)によって測定されてい
る。この測定された電圧値Vsはマイコン回路部(10)に
入力されている。またガスセンサ用電源回路部(8)は
一定電圧をセンサ(5)と負荷抵抗(7)によって構成
される直列回路に印加している。例えば、一酸化炭素、
水素等が雑ガスをセンサ(5)が検知する場合、これら
のガス吸着によりセンサ(5)の抵抗値が減少する。そ
の減少したセンサ(5)の抵抗値はその時のガス濃度に
応じて定まる。この時上述のようにセンサ(5)と負荷
抵抗(7)には直列に一定電圧が印加されており、更に
負荷抵抗(7)の値がセンサ(5)の抵抗値に比べて小
さく設定してあるのでセンサ電流の増大に伴って、セン
サ消費電力が増加し、それによってさらにセンサ温度が
上昇する。すなわちセンサ温度はガス濃度に応じて減少
したセンサ(5)の抵抗値に応じた一定の温度まで上昇
する。その時の実際のセンサ温度は雑ガスの濃度に応じ
て最高500℃程度まで上昇する。又このようなセンサ抵
抗値の減少とセンサ温度上昇はメタン、プロパン等の燃
料ガスもれを検知する場合も起こる。尚前述の第3図に
示した相対感度の測定の際には、ガスの濃度に応じてセ
ンサ温度が上昇しないように上記のように負荷抵抗を小
さく設定せずに大きく設定して測定を行っている。
However, if the present hot-wire type semiconductor gas sensor (5) (hereinafter abbreviated as a sensor) is always maintained at about 600 ° C., the sensor is formed within a very short period of one to two months due to crystal grain growth in the semiconductor tank (1). Changes with time. In order to use the sensor (5) stably even at a high temperature without causing such a temporal change, when the gas to be detected is not present in the atmosphere, the sensor temperature is kept at a low temperature, and the sensor is operated intermittently. Gas detector that can prevent sensor deterioration (1
2) is shown in FIG. Hereinafter, how the sensor (5) functions in the gas detection device (12) shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. Here, the load resistance (7) of the sensor (5) is set to 1.2 Ω, which is about 1/8 of the operating resistance value of the sensor (5) in the atmosphere at about 350 ° C., for example, 9 Ω. The resistance value of the sensor (5) is measured by the detection circuit section (9) as a voltage between both points A and B of the bridge circuit. The measured voltage value Vs is input to the microcomputer circuit section (10). The gas sensor power supply circuit section (8) applies a constant voltage to a series circuit composed of the sensor (5) and the load resistor (7). For example, carbon monoxide,
When the sensor (5) detects miscellaneous gases such as hydrogen, the resistance of the sensor (5) decreases due to the adsorption of these gases. The decreased resistance value of the sensor (5) is determined according to the gas concentration at that time. At this time, as described above, a constant voltage is applied to the sensor (5) and the load resistor (7) in series, and the value of the load resistor (7) is set smaller than the resistance value of the sensor (5). Therefore, as the sensor current increases, the sensor power consumption increases, thereby further increasing the sensor temperature. That is, the sensor temperature rises to a constant temperature corresponding to the resistance value of the sensor (5) that has decreased according to the gas concentration. The actual sensor temperature at that time rises up to about 500 ° C. depending on the concentration of the miscellaneous gas. Such a decrease in the sensor resistance value and an increase in the sensor temperature also occur when a leak of fuel gas such as methane and propane is detected. In the measurement of the relative sensitivity shown in FIG. 3, the load resistance is not set small but is set large so as not to increase the sensor temperature in accordance with the gas concentration. ing.

主なガスのガス濃度に対するブリッジ回路のAB両点間
の電圧の相対値及びセンサ表面温度の変化の一例を第4
図に示している。センサ(5)の抵抗値の減少に応じて
ブリッジ回路のAB両点間の電圧は増大する。第4図中の
グラフは単調増加関係を示して右上がりとなっている。
以下、簡単のためにこのブリッジ回路のAB両点間の電圧
をセンサ出力と呼ぶ。例えば本センサ(5)を一酸化炭
素1000ppmの雰囲気におくと第4図からセンサ(5)の
出力が相対値20になりセンサ表面温度は約400℃程度に
なるということが分る。
An example of the change in the relative value of the voltage between the two points AB and the sensor surface temperature in the bridge circuit with respect to the gas concentration of the main gas is shown in FIG.
It is shown in the figure. As the resistance value of the sensor (5) decreases, the voltage between the two points A and B of the bridge circuit increases. The graph in FIG. 4 shows a monotonically increasing relationship and rises to the right.
Hereinafter, for simplicity, the voltage between both points A and B of the bridge circuit is referred to as a sensor output. For example, when this sensor (5) is placed in an atmosphere of 1000 ppm of carbon monoxide, it can be seen from FIG. 4 that the output of the sensor (5) has a relative value of 20 and the sensor surface temperature is about 400 ° C.

又第4図から分るように一酸化炭素、水素、エタノー
ル等の雑ガスは1000ppm程度以上の高濃度ではセンサ出
力が飽和傾向を示す。これは、第3図からかわるよう
に、上述のガス濃度増大に伴うセンサ温度上昇によっ
て、これらの雑ガスに対する感度が低下するからであ
る。この高温側における雑ガスに対する感度低下の原因
は、雑ガスの有する易燃性の性質のために半導体部
(1)の表層でその大部分が燃焼しセンサ(5)に不感
のCO2とH2Oに変換されてしまうためと考えられる。
Further, as can be seen from FIG. 4, the miscellaneous gases such as carbon monoxide, hydrogen, and ethanol tend to saturate the sensor output at a high concentration of about 1000 ppm or more. This is because, as in the case of FIG. 3, the sensitivity to these miscellaneous gases decreases due to the increase in the sensor temperature accompanying the increase in the gas concentration. The cause of the decrease in sensitivity to miscellaneous gases on the high-temperature side is that most of the gases burn on the surface layer of the semiconductor unit (1) due to the flammability of the miscellaneous gas, and CO 2 and H 2 are insensitive to the sensor (5). Probably because it is converted to 2 O.

一方メタン、プロパン等の燃料ガスは難燃性の性質を
有しているので、半導体表層で燃焼除去されることな
く、1000ppmを超える高濃度のガスによってセンサ温度
が上昇し、ますます感度が上昇する。その結果ほぼ10,0
00ppm程度までセンサ出力は飽和することなく、ガス濃
度−センサ出力の単調増加の関係を保ち、センサ温度も
600℃程度まで達する。尚このようにメタンガス濃度が
高くなればなるほどセンサ(5)の抵抗値が減少し、セ
ンサ抵抗が負荷抵抗と等しくなるまでセンサ消費電力が
増大し、センサ温度が上昇する。すなわちセンサ(5)
の抵抗値が負荷抵抗値と等しくなったときにセンサ温度
も最高となる。言い換えれば上述のガス濃度−センサ出
力の単調増加の関係は、センサ(5)の抵抗値が減少し
て負荷抵抗(7)の値と等しくなるガス濃度付近まで成
立する。一般に本センサ(5)を使用する家庭の台所で
はメタン、プロパン等は日本ガス機器検査協会又は高圧
ガス保安協会等の発行する「都市ガス用ガス漏れ警報器
検査規定」又は「液化石油ガス漏れ警報器検査規定」に
基づいて通常2000ppm程度から約1/4LEL(Lower Explosi
ve Lebel:爆発下限界)の範囲の上限のガス濃度のガス
を検知した時にガスもれ警報を発信するように設定され
る。それ故少なくともこのガスもれ警報濃度範囲の上限
のガス濃度に至るまで上述のガス濃度−センサ出力の単
調増加の関係が保たれる必要がある。従って負荷抵抗
(7)の抵抗値としてこのガスもれ警報を発信する上限
のガス濃度におけるセンサ(5)の抵抗値よりも低い値
を選択することが必要である。実施例で使用したセンサ
(5)のこの上限のガス濃度での抵抗値は本センサ
(5)の大気中動作抵抗値の約1/2であった。従ってこ
の場合負荷抵抗(7)の値もこのセンサ(5)の大気中
動作抵抗値の1/2以下であることが必要である。
On the other hand, fuel gases such as methane and propane have flame-retardant properties, so they are not burned and removed at the surface of the semiconductor, and the high-concentration gas exceeding 1000 ppm raises the sensor temperature, further increasing sensitivity. I do. As a result, almost 10,0
The sensor output does not saturate up to about 00 ppm, the relationship between gas concentration and sensor output increases monotonically, and the sensor temperature also increases.
Reach about 600 ° C. As the methane gas concentration increases, the resistance value of the sensor (5) decreases, the sensor power consumption increases until the sensor resistance becomes equal to the load resistance, and the sensor temperature increases. That is, the sensor (5)
When the resistance value becomes equal to the load resistance value, the sensor temperature also becomes maximum. In other words, the above-described relationship between the gas concentration and the monotonic increase in the sensor output is established up to the vicinity of the gas concentration at which the resistance value of the sensor (5) decreases and becomes equal to the value of the load resistance (7). In general, methane, propane, etc. in household kitchens using this sensor (5) are subject to the "Gas Leak Alarm Inspection Rules for City Gas" or "Liquefied Petroleum Gas Leak Alarm" issued by the Japan Gas Appliance Inspection Association or the High Pressure Gas Safety Association. Approximately 2000 ppm to about 1/4 LEL (Lower Explosi
ve Lebel (lower explosion limit) is set to emit a gas leak alarm when a gas with a gas concentration in the upper limit of the range is detected. Therefore, it is necessary to maintain the above-mentioned relationship between the gas concentration and the monotonic increase of the sensor output at least up to the gas concentration at the upper limit of the alarm concentration range. Therefore, it is necessary to select, as the resistance value of the load resistance (7), a value lower than the resistance value of the sensor (5) at the upper limit gas concentration at which this gas leakage alarm is transmitted. The resistance value of the sensor (5) used in the example at the gas concentration at the upper limit was about の of the operating resistance value of the sensor (5) in the atmosphere. Therefore, in this case, it is necessary that the value of the load resistance (7) is not more than 1/2 of the atmospheric resistance of the sensor (5).

以上説明したように負荷抵抗(7)の値が低いほどメ
タンガス濃度変化にともなうセンサ温度上昇は大きくな
り、センサ出力の増加率が増大する。従ってより高濃度
のガスの測定が可能となる。しかしその場合センサ温度
の過度の上昇を招き、センサ(5)が熱によって破壊さ
れる恐れがある。従って負荷抵抗の値の下限値はその負
荷抵抗(7)の値までセンサ(5)の抵抗値が減少した
時のセンサ(5)の温度がセンサ(5)の破損されない
温度範囲にあるように定められなければならない。この
値はセンサ(5)の組成、構造によって多少異なる。実
験によればセンサ(5)に対する負荷抵抗の好ましい下
限値は本センサ(5)の大気中動作抵抗値の約1/20であ
った。
As described above, the lower the value of the load resistance (7), the greater the sensor temperature rise due to the change in methane gas concentration, and the greater the rate of increase in the sensor output. Therefore, measurement of a gas having a higher concentration becomes possible. However, in that case, the sensor temperature may rise excessively, and the sensor (5) may be destroyed by heat. Therefore, the lower limit value of the load resistance is set so that the temperature of the sensor (5) when the resistance value of the sensor (5) decreases to the value of the load resistance (7) is within a temperature range where the sensor (5) is not damaged. Must be determined. This value slightly varies depending on the composition and structure of the sensor (5). According to the experiment, the preferable lower limit of the load resistance for the sensor (5) was about 1/20 of the operating resistance of the sensor (5) in the atmosphere.

又不完全燃焼の際に発生したり、タバコ等の煙中に含
まれる雑ガスとしての一酸化炭素は同じく日本ガス機器
検査協会の規定に基づき50〜500ppmの濃度を検知した時
に空気汚染警報を発信することが必要である。そこで第
4図においてセンサ出力がC領域に至った時に空気汚染
警報を出力し、D領域に至った時に燃料ガスもれ警報を
発信するように第1図中のガスセンサ警報発生部(10
b)の警報C′、警報D′の範囲を設定しておく。具体
的にはガスセンサ警報発生部(10b)内の比較器(図示
省略)において検出回路部出力Vsを第4図に示すC領域
のあらかじめ設定してある下限値c及びD領域のあらか
じめ設定してある下限値dと比較する。比較の結果c≦
Vs<dであれば警報C′を、d≦Vsであれば警報D′を
発生する。又V<cの場合はいずれの警報も発生しな
い。この場合センサ(5)が500ppm程度のメタンガス雰
囲気におかれた場合、警報C′の範囲に入り、空気汚染
警報を発信することになるが、この程度の低い濃度の燃
料ガスはガス焜炉の点火を失敗した時に短時間出る未燃
焼燃料ガスの濃度程度であり、空気汚染警報が発信され
ることによって換気扇等の動作が促されるので、実際の
使用上はむしろ好ましいものとなっている。ガスもれ事
故につながるような相当程度のガスもれのときは、空気
汚染信号を発信したまま室内ガス濃度は上昇してゆき、
D領域に至ったとき「燃料ガスもれ」警報発信に変る。
Also, carbon monoxide, which is generated during incomplete combustion or contained in smoke of cigarettes, etc., as a miscellaneous gas, also triggers an air pollution alarm when a concentration of 50 to 500 ppm is detected based on the regulations of the Japan Gas Appliances Inspection Association. It is necessary to send. In FIG. 4, the gas sensor alarm generator (10) shown in FIG. 1 outputs an air pollution alarm when the sensor output reaches the region C, and issues a fuel gas leakage alarm when the sensor output reaches the region D.
The ranges of the alarm C 'and the alarm D' of b) are set in advance. More specifically, in a comparator (not shown) in the gas sensor alarm generation section (10b), the detection circuit section output Vs is set in advance in the lower limit c of the area C shown in FIG. Compare with a certain lower limit d. Comparison result c ≦
If Vs <d, an alarm C 'is generated, and if d≤Vs, an alarm D' is generated. If V <c, no alarm is issued. In this case, if the sensor (5) is placed in an atmosphere of methane gas of about 500 ppm, it enters the range of the alarm C 'and emits an air pollution alarm. This is about the concentration of unburned fuel gas that is emitted for a short time when the operation fails, and the operation of a ventilation fan or the like is promoted by transmitting an air pollution alarm, which is rather preferable in actual use. If there is a considerable amount of gas leakage that could lead to a gas leak, the indoor gas concentration will continue to rise while the air pollution signal is being transmitted,
When it reaches the area D, it changes to "fuel gas leak" warning transmission.

又、1000ppmを超える高濃度の一酸化炭素、水素、エ
タノール等の雑ガスに対してはセンサ(5)の出力はC
領域の内にとどまっているため、このような雑ガスの検
知によって「燃料ガスもれ」を誤警報する恐れが無い。
In addition, the output of the sensor (5) is C for various gases such as carbon monoxide, hydrogen, ethanol, etc.
Since the fuel gas stays within the area, there is no possibility of false alarm of "fuel gas leak" by detecting such miscellaneous gas.

以上説明したように本発明のセンサ(5)はガス濃度
の変化に応じてセンサ(5)の濃度が変化する。そのた
め各種のガスに対する感度が変化するので、その感度変
化を利用してメタン、プロパン等の燃料ガスもれ検知及
び一酸化炭素、水素等の雑ガスによる空気汚染の検知の
2種類のガス検知機能を兼ね備えている。
As described above, in the sensor (5) of the present invention, the concentration of the sensor (5) changes according to the change in the gas concentration. As a result, the sensitivity to various gases changes, and the two types of gas detection functions are used to detect fuel gas leaks such as methane and propane and air pollution by miscellaneous gases such as carbon monoxide and hydrogen. Has both.

以上のように2種類のガスの検知を1つのセンサ
(5)で行う上で、センサの迅速な応答性が要求され
る。すなわち大気中で350℃程度の定常状態にあるセン
サがメタンガス6000ppmの雰囲気に置かれた場合にでき
るだけ速やかに約600℃程度の平衡状態に達する必要が
ある。その応答速度は主にセンサ(5)−負荷抵抗
(7)に印加される電圧Vとセンサ(5)の熱容量に左
右される。そこでセンサ(5)の熱容量を小さくする試
行を繰り返した。その結果半導体部(1)の直径を1mm
φ以下に成形し、従来のセンサに比べて半導体部(1)
の体積を1/10以下程度に低減したところ十分に低熱容量
のセンサが得られ、約2秒間で上記のような平衡状態に
達する迅速な応答性を得られることが分った。このよう
にセンサの応答性を非常に速くさせたので、上記のよう
に2種類のガス検知機能を1つのセンサ(5)に持たせ
ることに実用上の問題は無くなった。
As described above, when two types of gases are detected by one sensor (5), quick response of the sensors is required. That is, it is necessary to reach an equilibrium state of about 600 ° C. as soon as possible when a sensor in a steady state of about 350 ° C. in the atmosphere is placed in an atmosphere of 6000 ppm methane gas. The response speed mainly depends on the voltage V applied to the sensor (5) -the load resistance (7) and the heat capacity of the sensor (5). Therefore, trials for reducing the heat capacity of the sensor (5) were repeated. As a result, the diameter of the semiconductor part (1) is 1 mm
Molded to less than φ, semiconductor part (1) compared to conventional sensor
It was found that when the volume was reduced to about 1/10 or less, a sensor having a sufficiently low heat capacity was obtained, and a rapid response to reach the above-mentioned equilibrium state in about 2 seconds was obtained. Since the responsiveness of the sensor is made very fast in this manner, there is no practical problem in having one type of gas detection function in one sensor (5) as described above.

更に以上のように迅速な応答性を持つ直径1mmφ以下
のセンサは室温から定常状態の350℃の加熱時間も2秒
以下であり、又その大気中での定常状態の350℃から電
源をオフすると約2秒以内にほぼ室温まで降温すること
も確かめられた。又6000ppmのメタンガス雰囲気におい
ても室温から600℃程度に約2秒で達することが確かめ
られた。
Further, as described above, a sensor with a rapid response of 1 mmφ or less in diameter has a heating time of 350 ° C. from room temperature to a steady state of 2 seconds or less, and when the power is turned off from a steady state of 350 ° C. in the atmosphere. It was also confirmed that the temperature dropped to approximately room temperature within about 2 seconds. It was also confirmed that the temperature reached from room temperature to about 600 ° C. in about 2 seconds even in a 6000 ppm methane gas atmosphere.

ところで一般にこの種のガスセンサは4〜5年にわた
り安定した感度を維持することが必要となっている。と
ころが以上説明したように本センサ(5)は通常の大気
中では350℃程度で運転されしかも雑ガス検出時は400℃
程度、燃料ガス検出時は600℃程度と高温になる。この
ようにガス中で600℃程度に至るような条件で連続通電
動作させるとセンサ感度の劣化が起るので4〜5年間の
安定な感度維持を目標とした場合、あまり好ましい条件
ではない。一方本発明のセンサは先に説明したように非
常に小さな熱容量を有するので、通電後2秒程度で通常
の大気中での使用温度350℃に達する。この状態の通電
後の時間経過とセンサの温度変化を示す第5図に示し
た。第5図より分るように通電後1秒で通常使用温度の
約85%、2秒で99%に達している。更に雑ガス、燃料ガ
スを含む雰囲気中にセンサを置いた場合通電開始後約2
秒程度で第5図と同様にその時のガス濃度に対応したセ
ンサ温度(350℃〜600℃)に達することが確かめられて
いる。以上の性質を利用して、本ガス検知装置(12)で
は第1図中に示したガスセンサ電源制御部(10a)によ
ってガスセンサ用電源回路部(8)を制御して、10秒間
に2秒間程度の頻度で間歇的にガスセンサに通電して、
その通電時間の最後の瞬間(例えば10msecの間)だけセ
ンサ(5)出力を測定し、ガスを検知するようにガスセ
ンサ警報発生部(10b)を制御している。このように間
歇通電によって実質2秒/10秒=1/5以下の通電時間でセ
ンサを使用することによって、ガス中の高温加熱によっ
て感度劣化することもなく4〜5年の長期の使用におい
ても安定に感度を維持することが可能となっている。尚
この2秒の測定時間はセンサ(5)と負荷抵抗(7)に
印加する電圧やセンサ(5)の熱容量によって調整可能
である。例えば印加電圧を大きくすれば加熱のための通
電時間を更に短縮することができる。又、ガス濃度に対
するセンサ温度が平衡状態となっていないような状態、
つまり過渡的状態の測定においてもガス濃度測定再現性
を得られることが確かめられている。この種のガス検知
装置は前記のガスもれ警報器検定規定により大体ガスも
れ検出後30秒以内の間に警報等を発すれば良いので、上
記8秒程度の欠測時間はガス検知装置の実用上問題が無
い。
By the way, generally, this kind of gas sensor needs to maintain stable sensitivity for 4 to 5 years. However, as described above, this sensor (5) is operated at about 350 ° C. in normal atmosphere, and 400 ° C. when detecting miscellaneous gas.
The temperature rises to about 600 ° C when fuel gas is detected. As described above, if continuous energizing operation is performed in a gas at a temperature of about 600 ° C., the sensor sensitivity deteriorates. Therefore, it is not a very preferable condition to maintain stable sensitivity for 4 to 5 years. On the other hand, since the sensor of the present invention has a very small heat capacity as described above, it reaches a normal use temperature of 350 ° C. in the atmosphere in about 2 seconds after energization. FIG. 5 shows a lapse of time after energization and a temperature change of the sensor in this state. As can be seen from FIG. 5, the temperature reached approximately 85% of the normal operating temperature in 1 second after the power was supplied and 99% in 2 seconds. Furthermore, when the sensor is placed in an atmosphere containing miscellaneous gas and fuel gas, about 2
It is confirmed that the sensor temperature (350 ° C. to 600 ° C.) corresponding to the gas concentration at that time is reached in about seconds as in FIG. Utilizing the above properties, the gas sensor power supply circuit (8) is controlled by the gas sensor power supply controller (10a) shown in FIG. Energizing the gas sensor intermittently with the frequency of
The output of the sensor (5) is measured only at the last moment of the energization time (for example, for 10 msec), and the gas sensor alarm generation unit (10b) is controlled so as to detect gas. In this way, by using the sensor with an energization time of substantially 2 seconds / 10 seconds = 1/5 or less due to intermittent energization, there is no deterioration in sensitivity due to high-temperature heating in the gas, and even when used for a long period of 4 to 5 years. It is possible to stably maintain the sensitivity. The measurement time of 2 seconds can be adjusted by the voltage applied to the sensor (5) and the load resistor (7) and the heat capacity of the sensor (5). For example, if the applied voltage is increased, the energization time for heating can be further reduced. In addition, when the sensor temperature with respect to the gas concentration is not in an equilibrium state,
That is, it has been confirmed that gas concentration measurement reproducibility can be obtained even in the measurement of the transient state. This type of gas detection device can issue an alarm or the like within approximately 30 seconds after detection of gas leakage according to the above-mentioned gas leakage alarm verification rule. There is no practical problem.

又以上のようにセンサに対する通電、測定を間歇的に
行うことによって、センサの劣化防止が可能となる上に
更に省電力化が図れることはいうまでもない。その結
果、乾電池や二次電池によって駆動可能な可搬型や携帯
型のガス検知装置が得られる。
In addition, by intermittently energizing and measuring the sensor as described above, it is needless to say that deterioration of the sensor can be prevented and further power saving can be achieved. As a result, a portable or portable gas detection device that can be driven by a dry battery or a secondary battery is obtained.

又以上説明したガスセンサ電源制御部(10a)及びガ
スセンサ警報発生部(10b)はマイコン回路部(10)の
マイコン中にプログラムにより構成されている部分であ
るが、一般の電子回路等によって構成することも可能で
ある。
The gas sensor power supply control unit (10a) and the gas sensor alarm generation unit (10b) described above are configured by programs in the microcomputer of the microcomputer circuit unit (10), but must be configured by general electronic circuits and the like. Is also possible.

以上に説明した実施例においてはガスセンサ警報発生
部(10b)に2つの警報C′、警報D′の範囲を設定し
た例について説明したが、一般の家庭用ガスもれ警報器
として本ガス検知装置(12)を使用する場合、警報C′
の範囲の警報については省略し、メタン、プロパン等の
警報D′の範囲の警報をのみ発信するものとすることに
よってコストを低減した家庭用ガスもれ警報器が得られ
る。従来の家庭用ガスもれ警報器は調理に使用する又は
スプレー等に混入されているアルコールを検出して、実
際のガスもれに比較して数倍の頻度で誤警報を発生して
いた。ところが以上に説明したように本ガス検知装置
(12)は警報D′の範囲で警報を発信するので、1000pp
を超えるエタノール等が雰囲気にあっても誤警報を発信
することがなくなる。すなわち本ガス検知装置はコスト
が低くかつアルコール等の雑ガスの影響を受けない、燃
料ガス選択性の家庭用ガスもれ警報器として使用するこ
とができる。
In the embodiment described above, an example was described in which the ranges of two alarms C 'and D' were set in the gas sensor alarm generating section (10b). However, the present gas detection device is used as a general household gas leak alarm. When using (12), alarm C '
By omitting the alarm in the range of, and issuing only the alarm in the range of the alarm D ′ for methane, propane, etc., a household gas leak alarm with reduced cost can be obtained. A conventional household gas leak alarm detects alcohol used in cooking or mixed in a spray or the like, and generates an erroneous alarm several times more frequently than an actual gas leak. However, as described above, the gas detection device (12) issues an alarm in the range of the alarm D ',
Even if ethanol or the like exceeding the ambient temperature is present in the atmosphere, no false alarm is issued. That is, the present gas detection device can be used as a fuel gas-selective household gas leak alarm which is low in cost and is not affected by miscellaneous gases such as alcohol.

以上説明したセンサ(5)は貴金属製のコイル(4)
のまわりに立体的に半導体部(1)を形成した例であ
る。これに対して第6図の実施例は基板型の熱線型半導
体式ガスセンサ(5b)の一例であり、例えば厚さ0.4m
m、縦横1mm×1mm程度のアルミナ基板(13)上に白金薄
膜を蒸着し、フォトエッチングにより蛇行状のパターン
(4a)に成形している。その上に、酸化錫を主成分とす
る半導体(1)を塗付成形している。このように基板型
のセンサを1×1×0.4mm程度の小さなものとして製作
しているので十分低熱容量のものとなっている。
The sensor (5) described above is a precious metal coil (4)
This is an example in which a semiconductor portion (1) is formed three-dimensionally around a circle. On the other hand, the embodiment shown in FIG. 6 is an example of a substrate type hot-wire type semiconductor gas sensor (5b).
A platinum thin film is vapor-deposited on an alumina substrate (13) of about 1 mm × 1 mm in length and width, and is formed into a meandering pattern (4a) by photoetching. On top of that, a semiconductor (1) containing tin oxide as a main component is applied and molded. As described above, since the substrate type sensor is manufactured as a small sensor of about 1 × 1 × 0.4 mm, it has a sufficiently low heat capacity.

[発明の効果] 以上のように本発明のガス検知装置によれば、主とし
て酸化錫半導体よりなる熱線型半導体式ガスセンサに同
ガスセンサの測定対象の最高濃度ガス中での抵抗値より
少なくとも小さい負荷抵抗を接続しているので、同ガス
センサが測定対象ガスを検知した場合に同ガスセンサの
温度が上昇する。この温度上昇に伴って同ガスセンサの
検知対象ガスの感度が変化するので、1つの同ガスセン
サによって、50〜1000ppmの一酸化炭素、水素、エタノ
ール等の雑ガスと2000ppm〜1/4LELのメタン、プロパン
等の燃料ガスとの2種類のガスを順次検知することが可
能となり、誤報のない燃料ガスもれ検知並びに不完全燃
焼排気ガス検知及び空気汚染検知を1つのガスセンサで
行うことができ、装置の構成が簡単になり、小型化され
る。
[Effect of the Invention] As described above, according to the gas detection device of the present invention, the load resistance at least smaller than the resistance value in the highest concentration gas to be measured by the gas sensor is applied to the hot-wire semiconductor gas sensor mainly made of tin oxide semiconductor. Is connected, the temperature of the gas sensor rises when the gas sensor detects the gas to be measured. Since the sensitivity of the gas to be detected by the gas sensor changes with the rise in temperature, one gas sensor can be used to mix 50 to 1000 ppm of carbon monoxide, hydrogen, ethanol, and other miscellaneous gases with 2000 ppm to 1/4 LEL of methane and propane. It is possible to sequentially detect two types of gas, such as fuel gas, etc., and it is possible to perform fuel gas leak detection, incomplete combustion exhaust gas detection, and air pollution detection without misinformation with a single gas sensor. The configuration is simplified and the size is reduced.

同ガスセンサの電源供給部は間歇的に同ガスセンサに
電源を供給し、検出回路部はその間歇周期に従って同ガ
スセンサ出力を測定しているので同ガスセンサは実質的
なのべ動作時間が短く、そのため長期間に渡って安定し
たガス感度を維持することが可能である。
The power supply of the gas sensor intermittently supplies power to the gas sensor, and the detection circuit measures the output of the gas sensor according to the intermittent cycle. It is possible to maintain a stable gas sensitivity over a period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例によるガス検知装置のブロ
ック部であり、第2図はこの発明の一実施例に使用され
る熱線型半導体式ガスセンサの斜視図であり、第3図は
同熱線型半導体式ガスセンサの一定濃度の主なガスに対
する感度の温度依存性を示すグラフ、第4図は主なガス
のガス濃度変化に対する第1図に示すブリッジ回路のAB
両点間の電圧の相対値及びセンサ表面温度の変化を示す
グラフ、第5図はこの発明の一実施例に使用される熱線
型半導体式ガスセンサの通電後の時間経過に対するセン
サの温度変化を示すグラフ、第6図は基板型の熱線型半
導体式ガスセンサの斜視図である。 図中、5は熱線型半導体式ガスセンサ、7は負荷抵抗、
8はガスセンサ用電源回路部、9は検出回路部、10aは
ガスセンサ電源制御部、10bはガスセンサ警報発生部、1
2はガス検知装置である。
FIG. 1 is a block diagram of a gas detection device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a hot-wire semiconductor gas sensor used in one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the sensitivity of a hot-wire semiconductor gas sensor to a constant concentration of a main gas, and FIG. 4 is a graph showing the AB of the bridge circuit shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a change in the relative value of the voltage between the two points and the sensor surface temperature. FIG. 5 shows a change in the temperature of the hot-wire semiconductor gas sensor used in one embodiment of the present invention with the passage of time after energization. FIG. 6 is a perspective view of a substrate type hot-wire semiconductor gas sensor. In the figure, 5 is a hot wire semiconductor gas sensor, 7 is a load resistance,
8 is a gas sensor power supply circuit unit, 9 is a detection circuit unit, 10a is a gas sensor power supply control unit, 10b is a gas sensor alarm generation unit, 1
2 is a gas detector.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主として酸化錫半導体よりなる低熱容量の
熱線型半導体式ガスセンサ、 前記熱線型半導体式ガスセンサにその検知範囲内の最高
濃度ガス中での抵抗値より小さい抵抗値の負荷抵抗を介
して、間歇的に電源を供給する電源供給部、 前記熱線型半導体式ガスセンサの出力を前記間歇周期に
従って測定する検出回路部、 を具備するガス検知装置。
1. A low-heat-capacity hot-wire semiconductor gas sensor mainly comprising a tin oxide semiconductor, wherein the hot-wire semiconductor gas sensor is connected to the hot-wire semiconductor gas sensor via a load resistor having a resistance smaller than the resistance in the highest concentration gas within its detection range. A power supply unit for intermittently supplying power; a detection circuit unit for measuring an output of the hot-wire semiconductor gas sensor according to the intermittent cycle.
【請求項2】前記検出回路部の出力を受けメタン、プロ
パン等の燃料ガスもれに対応する所定のガス濃度以上の
とき警報を発する警報発生部を更に具備する請求項
(1)記載のガス検知装置。
2. The gas according to claim 1, further comprising an alarm generating unit which receives an output of said detection circuit unit and issues an alarm when the gas concentration is equal to or higher than a predetermined gas concentration corresponding to fuel gas leakage such as methane and propane. Detection device.
【請求項3】前記警報発生部が前記検出回路部の出力を
受け更に水素、一酸化炭素、エタノール等の雑ガスもれ
に対応する所定のガス濃度以上のとき警報を発する請求
項(2)記載のガス検知装置。
3. The alarm generating section receives the output of the detection circuit section and issues an alarm when the gas concentration exceeds a predetermined gas concentration corresponding to leakage of miscellaneous gases such as hydrogen, carbon monoxide, and ethanol. The gas detection device according to claim 1.
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