JP2740328B2 - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は水素ガスの検出を行う水素ガスセンサに関す
る。
る。
（ロ） 従来の技術 一般に可燃性ガス漏れ警報器やガス濃度計に用いられ
るガスセンサとして、SnO2粉末焼結体などを用いた半導
体式ガスセンサや、白金触媒などを用いた接触燃焼式ガ
スセンサが普及している。これらのセンサのガス検出原
理は半導体式ガスセンサでは半導体表面へのガス吸着現
象によって電気抵抗や仕事関数などの物性が変化するこ
とを利用しており、接触燃焼式ガスセンサではガスの接
触燃焼による温度変化によって電気抵抗が変化すること
を利用している（例えば特開昭61−66956号公報、特開
昭61−223642号公報参照）。
るガスセンサとして、SnO2粉末焼結体などを用いた半導
体式ガスセンサや、白金触媒などを用いた接触燃焼式ガ
スセンサが普及している。これらのセンサのガス検出原
理は半導体式ガスセンサでは半導体表面へのガス吸着現
象によって電気抵抗や仕事関数などの物性が変化するこ
とを利用しており、接触燃焼式ガスセンサではガスの接
触燃焼による温度変化によって電気抵抗が変化すること
を利用している（例えば特開昭61−66956号公報、特開
昭61−223642号公報参照）。
ところが、これ等のガスセンサの作動温度は一般に、
200〜500℃と高温を必要とするので、その取り扱いが複
雑である上にガスセンサの経時変化が激しいなどの問題
点があった。
200〜500℃と高温を必要とするので、その取り扱いが複
雑である上にガスセンサの経時変化が激しいなどの問題
点があった。
このような点に着目して、本特許出願人は水素ガスを
選択的に吸放出する水素吸蔵合金を水素ガスセンサに応
用することにより前述のセンサに比べ選択的に水素を検
出でき、また作動温度も100℃以下と画面的な水素ガス
センサを発明し、既に出願している（特願昭63−184809
号、特願昭63−320943号）。
選択的に吸放出する水素吸蔵合金を水素ガスセンサに応
用することにより前述のセンサに比べ選択的に水素を検
出でき、また作動温度も100℃以下と画面的な水素ガス
センサを発明し、既に出願している（特願昭63−184809
号、特願昭63−320943号）。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 一方、この水素吸蔵合金を用いた水素ガスセンサは水
素検知時に水素を吸収するので、センサ機能を再生する
ため、水素検知時に吸収した水素を放出させることが必
要であるという問題点があった。
素検知時に水素を吸収するので、センサ機能を再生する
ため、水素検知時に吸収した水素を放出させることが必
要であるという問題点があった。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明の水素ガスセンサは、応力を付与することによ
り電気抵抗値が変化する歪素子膜と、該素子膜に機械的
に関連付けられた水素吸蔵合金膜とを同一基板上に被着
してなり、前記水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱す
る機構を備えてなることを特徴とする。ここで、この水
素ガスセンサにおいては、該センサを冷却する冷却機構
を一体的に組み込んでいてもよい。この冷却機構は、ペ
ルチェ効果を利用したペルチェ素子で構成することがで
きる。
り電気抵抗値が変化する歪素子膜と、該素子膜に機械的
に関連付けられた水素吸蔵合金膜とを同一基板上に被着
してなり、前記水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱す
る機構を備えてなることを特徴とする。ここで、この水
素ガスセンサにおいては、該センサを冷却する冷却機構
を一体的に組み込んでいてもよい。この冷却機構は、ペ
ルチェ効果を利用したペルチェ素子で構成することがで
きる。
また、他の本発明の水素ガスセンサは、弾性表面波を
伝播させる圧電体基板上に、弾性表面波を励振する櫛型
励振電極と、該電極から圧電体基板表面を伝播して来る
弾性表面波を受信する櫛型受信電極とを設けると共に、
前記両電極板の基板表面に水素吸蔵合金膜を被覆し、該
水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えて
なることを特徴とする。この水素ガスセンサにおいて、
該センサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んでいて
もよい。この冷却機構は、ペルチェ効果を利用したペル
チェ素子で構成することができる。更に、前記櫛型励振
電極と櫛型受信電極との間に帰還増幅回路を接続して発
振回路を構成してもよい。
伝播させる圧電体基板上に、弾性表面波を励振する櫛型
励振電極と、該電極から圧電体基板表面を伝播して来る
弾性表面波を受信する櫛型受信電極とを設けると共に、
前記両電極板の基板表面に水素吸蔵合金膜を被覆し、該
水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えて
なることを特徴とする。この水素ガスセンサにおいて、
該センサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んでいて
もよい。この冷却機構は、ペルチェ効果を利用したペル
チェ素子で構成することができる。更に、前記櫛型励振
電極と櫛型受信電極との間に帰還増幅回路を接続して発
振回路を構成してもよい。
更に、本発明の水素ガスセンサは、基板上に水素を吸
収することによって電気抵抗が変化する水素吸蔵合金膜
を設けてなり、前記水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加
熱する機構を備えてなることを特徴とする。この水素ガ
スセンサにおいて、該センサを冷却する冷却機構を一体
的に組み込んでいてもよい。そして、冷却機構としては
ペルチェ効果を利用したペルチェ素子を用いて構成でき
る。
収することによって電気抵抗が変化する水素吸蔵合金膜
を設けてなり、前記水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加
熱する機構を備えてなることを特徴とする。この水素ガ
スセンサにおいて、該センサを冷却する冷却機構を一体
的に組み込んでいてもよい。そして、冷却機構としては
ペルチェ効果を利用したペルチェ素子を用いて構成でき
る。
（ホ） 作用 本発明によれば、水素ガスセンサに吸収された水素
を、加熱により、容易に放出させることができるため、
センサ機能の復活を簡便に容易に行うことが可能とな
る。
を、加熱により、容易に放出させることができるため、
センサ機能の復活を簡便に容易に行うことが可能とな
る。
（ヘ） 実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
＜第１実施例＞ 第１図及び第２図は本発明水素ガスセンサ、特に歪ゲ
ージ式水素ガスセンサの概略を例示した正面図並びに断
面図である。これ等の図において、（１）は絶縁性基板
で、例えば長さ10mm、幅20mm、厚さ0.2mmのポリイミド
等の高分子膜で構成されている。（２）は応力がかかる
ことに依って、その電気抵抗が変化する歪素子膜で、基
板（１）の一表面にCu−Ni合金、或いはNi−Cr−Ｖ合金
等をスパッタ法、もしくは蒸着法により線幅50μｍ、膜
暑30μｍ、電気抵抗値約120Ωになるように蛇行状に被
着作成されている。（３）は絶縁性基板（１）の歪み素
子膜（２）貼着させない他面の全面に被着した水素吸蔵
合金膜で、例えばLaNi5を膜厚2.5μｍでスパッタ法によ
り膜形成している。（４）は水素吸蔵合金膜（３）の端
部２個所に接続された端子で、水素吸蔵合金膜（３）の
抵抗加熱を行う。この端子は、線幅1mm、厚さ0.1mmにス
パッタ法等によって被着される。（５）は水素吸蔵合金
膜（３）に近接して設けられたクロメルアルメル熱電対
から成る温度センサで、形状は線幅0.5mm、厚さ0.5mmで
スパッタ法に依って形成される。更に、（６）は表面保
護層で、歪素子膜（２）と温度センサ（５）を保護する
ため、歪素子膜（２）とヒータ作用を行う水素吸蔵合金
膜（３）及び温度センサ（５）の上面全面にラミネート
フィルムを貼付あるいは耐熱性の塗料を塗布して形成さ
れる。（７）はこの表面保護層（６）の上面に貼付或い
はスパッタ法により形成された電子冷却素子で電流を流
すことに依って冷却及び加熱現象が起こるペルチェ効果
を利用したペルチェ素子から成っいる。
ージ式水素ガスセンサの概略を例示した正面図並びに断
面図である。これ等の図において、（１）は絶縁性基板
で、例えば長さ10mm、幅20mm、厚さ0.2mmのポリイミド
等の高分子膜で構成されている。（２）は応力がかかる
ことに依って、その電気抵抗が変化する歪素子膜で、基
板（１）の一表面にCu−Ni合金、或いはNi−Cr−Ｖ合金
等をスパッタ法、もしくは蒸着法により線幅50μｍ、膜
暑30μｍ、電気抵抗値約120Ωになるように蛇行状に被
着作成されている。（３）は絶縁性基板（１）の歪み素
子膜（２）貼着させない他面の全面に被着した水素吸蔵
合金膜で、例えばLaNi5を膜厚2.5μｍでスパッタ法によ
り膜形成している。（４）は水素吸蔵合金膜（３）の端
部２個所に接続された端子で、水素吸蔵合金膜（３）の
抵抗加熱を行う。この端子は、線幅1mm、厚さ0.1mmにス
パッタ法等によって被着される。（５）は水素吸蔵合金
膜（３）に近接して設けられたクロメルアルメル熱電対
から成る温度センサで、形状は線幅0.5mm、厚さ0.5mmで
スパッタ法に依って形成される。更に、（６）は表面保
護層で、歪素子膜（２）と温度センサ（５）を保護する
ため、歪素子膜（２）とヒータ作用を行う水素吸蔵合金
膜（３）及び温度センサ（５）の上面全面にラミネート
フィルムを貼付あるいは耐熱性の塗料を塗布して形成さ
れる。（７）はこの表面保護層（６）の上面に貼付或い
はスパッタ法により形成された電子冷却素子で電流を流
すことに依って冷却及び加熱現象が起こるペルチェ効果
を利用したペルチェ素子から成っいる。
次に、このように構成されセンサの動作について説明
する。
する。
水素検知原理は水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収し
て膨張した際の歪変化による歪素子膜（２）の抵抗変化
をホイーストンブリッジを用いて電圧変化として検出す
ることにより水素ガスを検知するものである。従って、
第１図、第２図に示した水素ガスセンサを温度センサ
（５）及びその他外部の温度調節器などにより、例えば
50℃の一定に保ち、被検ガスとして水素と空気の混合ガ
ス（H21vol％）を全圧1atmの条件で水素検知を行ったと
ころ、水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収して膨張し、
歪素子膜（２）の歪変化が170μεの値を示した。
て膨張した際の歪変化による歪素子膜（２）の抵抗変化
をホイーストンブリッジを用いて電圧変化として検出す
ることにより水素ガスを検知するものである。従って、
第１図、第２図に示した水素ガスセンサを温度センサ
（５）及びその他外部の温度調節器などにより、例えば
50℃の一定に保ち、被検ガスとして水素と空気の混合ガ
ス（H21vol％）を全圧1atmの条件で水素検知を行ったと
ころ、水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収して膨張し、
歪素子膜（２）の歪変化が170μεの値を示した。
次にセンサ機能再生のため、空気中において、抵抗加
熱用端子より約１〜10mAの電流で通電することにより水
素吸蔵合金膜（３）（電気抵抗値：約１〜10KΩ）を抵
抗加熱により加熱する。水素吸蔵合金膜（３）は、約10
〜20秒で瞬時に加熱され約200℃に達する。抵抗加熱で
は温度分布がほとんどないため、約１分間200℃で保持
した後、加熱を止め、電子冷却素子（７）を作動させて
50℃まで冷却した。
熱用端子より約１〜10mAの電流で通電することにより水
素吸蔵合金膜（３）（電気抵抗値：約１〜10KΩ）を抵
抗加熱により加熱する。水素吸蔵合金膜（３）は、約10
〜20秒で瞬時に加熱され約200℃に達する。抵抗加熱で
は温度分布がほとんどないため、約１分間200℃で保持
した後、加熱を止め、電子冷却素子（７）を作動させて
50℃まで冷却した。
この場合の冷却時間は２分30秒であった。これら一連
の操作から歪量の値は170μεから初期値の０に戻りセ
ンサ機能の再生が完了し、その再生に要した時間は合計
3.5分であった。
の操作から歪量の値は170μεから初期値の０に戻りセ
ンサ機能の再生が完了し、その再生に要した時間は合計
3.5分であった。
又、別の実施列として素子内部に加熱手段のもたない
外部加熱式の場合、内径15mm、外径23mmの円筒状ステン
レス容器中に封入された水素ガスセンサを上記と同条件
で水素検知試験後、容器内を空気置換し電熱コイル型出
力100Wの外部ヒータを用いて容器内の素子を200℃昇温
するのに約20分要し、その後200℃のまま３分間保持
し、ブロワーにて外部より送風冷却し、50℃まで容器内
部の素子を冷却するために約40分要した。
外部加熱式の場合、内径15mm、外径23mmの円筒状ステン
レス容器中に封入された水素ガスセンサを上記と同条件
で水素検知試験後、容器内を空気置換し電熱コイル型出
力100Wの外部ヒータを用いて容器内の素子を200℃昇温
するのに約20分要し、その後200℃のまま３分間保持
し、ブロワーにて外部より送風冷却し、50℃まで容器内
部の素子を冷却するために約40分要した。
又別の実施例として、抵抗加熱用端子の代わりに、内
部加熱用のヒーターを内蔵した内部加熱式の場合、200
℃に昇温するには約30秒と先の実施例に較べやや遅い程
度であるが、200℃で保持する時間は約３分間で冷却時
間を含めてセンサ機能の再生が完了するのに約６分要し
た。
部加熱用のヒーターを内蔵した内部加熱式の場合、200
℃に昇温するには約30秒と先の実施例に較べやや遅い程
度であるが、200℃で保持する時間は約３分間で冷却時
間を含めてセンサ機能の再生が完了するのに約６分要し
た。
このように本発明の実施例では、短時間で容易に、水
素ガスを放出させることができるため、センサ機能の再
生を容易に行える。
素ガスを放出させることができるため、センサ機能の再
生を容易に行える。
なお、上記の実施例では、水素吸蔵合金膜を用いる水
素ガスセンサとして、応力をかけることによってその電
気抵抗値が変化する歪素子膜を同一基板上に被着したも
のを挙げたが、本発明はこれ以外に、水素吸蔵合金膜を
用いて種々の水素ガスセンサに適用できる。
素ガスセンサとして、応力をかけることによってその電
気抵抗値が変化する歪素子膜を同一基板上に被着したも
のを挙げたが、本発明はこれ以外に、水素吸蔵合金膜を
用いて種々の水素ガスセンサに適用できる。
例えば、弾性表面波を伝播させる圧電体基板上に、弾
性表面波を励振する櫛型励振電極と、その電極から圧電
体基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受
信電極とを設けると共に、これ等両電極間の基板表面に
水素吸蔵合金膜を被覆した水素ガスセンサや、基板上に
水素を吸収することに依って電気抵抗が変化する水素吸
蔵合金膜を設けて成る水素ガスセンサにも適用でき、同
様の効果が得られる。なお、抵抗加熱用端子、温度セン
サ、電子冷却素子及び水素吸蔵合金膜の形成方法として
スパッタ法以外にも蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン
プレーティング法、CVD法なども利用可能であり、またL
aNi5以外の水素吸蔵合金として、希土類−ニッケル系合
金、チタニウム基合金、ジルコニウム−ニッケル系合
金、ジルコニウム−マンガン系合金、マグネシウム−ニ
ッケル系合金などを利用することが可能である。
性表面波を励振する櫛型励振電極と、その電極から圧電
体基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受
信電極とを設けると共に、これ等両電極間の基板表面に
水素吸蔵合金膜を被覆した水素ガスセンサや、基板上に
水素を吸収することに依って電気抵抗が変化する水素吸
蔵合金膜を設けて成る水素ガスセンサにも適用でき、同
様の効果が得られる。なお、抵抗加熱用端子、温度セン
サ、電子冷却素子及び水素吸蔵合金膜の形成方法として
スパッタ法以外にも蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン
プレーティング法、CVD法なども利用可能であり、またL
aNi5以外の水素吸蔵合金として、希土類−ニッケル系合
金、チタニウム基合金、ジルコニウム−ニッケル系合
金、ジルコニウム−マンガン系合金、マグネシウム−ニ
ッケル系合金などを利用することが可能である。
（ト） 発明の効果 以上の様に本発明によれば加熱により水素ガスを放出
させる機構を備えているので、簡単な構造、機構で、水
素吸蔵合金膜中の水素ガスを効率よく放出するというセ
ンサ機能の再生過程を迅速に行うことができる。
させる機構を備えているので、簡単な構造、機構で、水
素吸蔵合金膜中の水素ガスを効率よく放出するというセ
ンサ機能の再生過程を迅速に行うことができる。
図面は本発明の実施例に関し、第１図及び第２図は各
々、歪ゲージ式水素ガスセンサの正面図と要部断面図で
ある。 （１）……絶縁性基板、（２）……歪素子膜、（３）…
…水素吸蔵合金膜、（４）……抵抗加熱用端子、（５）
……熱電対、（６）……表面保護層、（７）……電子冷
却素子。
々、歪ゲージ式水素ガスセンサの正面図と要部断面図で
ある。 （１）……絶縁性基板、（２）……歪素子膜、（３）…
…水素吸蔵合金膜、（４）……抵抗加熱用端子、（５）
……熱電対、（６）……表面保護層、（７）……電子冷
却素子。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−81117（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−165034（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−35352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−190905（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321348（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】応力を付与することにより電気抵抗値が変
化する歪素子膜と、該素子膜に機械的に関連付けられた
水素吸蔵合金膜とを同一基板上に被着してなり、前記水
素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えてな
ることを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項２】第１項記載の水素ガスセンサにおいて、該
センサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んだ水素ガ
スセンサ。 - 【請求項３】第２項記載の冷却機構は、ペルチェ効果を
利用したペルチェ素子で構成したことを特徴とする水素
ガスセンサ。 - 【請求項４】弾性表面波を伝播させる圧電体基板上に、
弾性表面波を励振する櫛型励振電極と、該電極から圧電
体基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受
信電極とを設けると共に、前記両電極板の基板表面に水
素吸蔵合金膜を被覆し、該水素吸蔵合金膜を抵抗加熱に
より加熱する機構を備えてなることを特徴とする水素ガ
スセンサ。 - 【請求項５】第４項記載の水素ガスセンサにおいて、該
センサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んだ水素ガ
スセンサ。 - 【請求項６】第５項記載の冷却機構は、ペルチェ効果を
利用したペルチェ素子であることを特徴とする水素ガス
センサ。 - 【請求項７】前記櫛型励振電極と櫛型受信電極との間に
帰還増幅回路を接続して発振回路を構成してなる第４
項、第５項または第６項記載の水素ガスセンサ。 - 【請求項８】基板上に水素を吸収することによって電気
抵抗が変化する水素吸蔵合金膜を設けてなり、前記水素
吸蔵合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えてなる
ことを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項９】第８項記載の水素ガスセンサにおいて、該
センサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んだことを
特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項１０】前記冷却機構はペルチェ効果を利用した
ペルチェ素子であることを特徴とする第９項記載の水素
ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071653A JP2740328B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071653A JP2740328B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 水素ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272444A JPH03272444A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2740328B2 true JP2740328B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=13466784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2071653A Expired - Fee Related JP2740328B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 水素ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2740328B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4047272B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2008-02-13 | アルプス電気株式会社 | 水素センサおよび水素濃度測定装置、水素濃度測定方法 |
| JP4575685B2 (ja) * | 2004-03-09 | 2010-11-04 | パナソニック電工株式会社 | Ｍｇ系非晶質水素吸蔵合金、水素感応体、及びそれを利用した水素センサ |
| JP2007024566A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| JP2007024568A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| JP2007024567A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Toppan Printing Co Ltd | 水素センサ，燃料電池およびそれらを備える車輌 |
| JP6685839B2 (ja) * | 2016-05-30 | 2020-04-22 | 株式会社東芝 | ガス検出装置 |
| CN112437873A (zh) * | 2018-09-03 | 2021-03-02 | 国立研究开发法人物质材料研究机构 | 表面应力传感器的受体层清洁方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2604228B2 (ja) * | 1989-03-30 | 1997-04-30 | 三洋電機株式会社 | 水素ガスセンサ |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP2071653A patent/JP2740328B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03272444A (ja) | 1991-12-04 |
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