JP2788888B2 - ガス感知装置及び感知方法 - Google Patents
ガス感知装置及び感知方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス感知装置に関
し、特に、加熱装置(heater) を別に設けることなし
に、感知膜の電流−電圧特性を用いて感知動作が行われ
る低電力の常温動作型ガス感知装置及び感知方法に関す
る。
し、特に、加熱装置(heater) を別に設けることなし
に、感知膜の電流−電圧特性を用いて感知動作が行われ
る低電力の常温動作型ガス感知装置及び感知方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】通常、ガス感知装置では、直接ガスを感
知するガス感知素子内にヒータが装着されている。従っ
て、ヒータに電圧を加えるとヒータより熱が発生し、こ
の熱が感知素子の感知膜を高温（２００〜５００℃）に
加熱する。
知するガス感知素子内にヒータが装着されている。従っ
て、ヒータに電圧を加えるとヒータより熱が発生し、こ
の熱が感知素子の感知膜を高温（２００〜５００℃）に
加熱する。
【０００３】このようにガス感知素子内にヒータを設置
して感知膜を加熱する理由は、次の通りである。ガス感
知素子の感知膜は、酸化物半導体を主原料とするが、前
記酸化物半導体ＳｎＯ2にＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属触
媒が添加される物質で構成され、酸化物半導体のガスに
対する電気伝導度の変化を測定することにより感知動作
が行われる。このような酸化物半導体は、常温で比較的
高い抵抗（数ＭΩ以上）をもっているが、２００℃以上
の比較的高い温度に加熱される場合、数十〜数百ＫΩの
抵抗を持つことになり、周囲空気中に存在する色々な還
元性ガスと敏感に反応する。このように、ガスと敏感に
反応するようにして、電気伝導度変化率を高くするため
にヒータが設置される。
して感知膜を加熱する理由は、次の通りである。ガス感
知素子の感知膜は、酸化物半導体を主原料とするが、前
記酸化物半導体ＳｎＯ2にＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属触
媒が添加される物質で構成され、酸化物半導体のガスに
対する電気伝導度の変化を測定することにより感知動作
が行われる。このような酸化物半導体は、常温で比較的
高い抵抗（数ＭΩ以上）をもっているが、２００℃以上
の比較的高い温度に加熱される場合、数十〜数百ＫΩの
抵抗を持つことになり、周囲空気中に存在する色々な還
元性ガスと敏感に反応する。このように、ガスと敏感に
反応するようにして、電気伝導度変化率を高くするため
にヒータが設置される。
【０００４】以下、このような従来のガス感知素子及び
ガス感知装置を添付図面を参照して説明する。図１は、
従来のガス感知素子の構造断面図であり、図２は、従来
のガス感知素子の構造平面図である。
ガス感知装置を添付図面を参照して説明する。図１は、
従来のガス感知素子の構造断面図であり、図２は、従来
のガス感知素子の構造平面図である。
【０００５】従来のガス感知素子において、まず、アル
ミナＡｌ2Ｏ3基板１に、スクリーン印刷(Screen Printi
ng)法によって感知膜を加熱するためのヒータ３と、感
知膜の電気伝導度の変化を測定するための２個の電極２
が形成される。そして、前記２個の電極２にわたって、
ガスを感知するための感知膜４が形成され、ガス感知素
子が製造される。感知膜４は、ＳｎＯ2にＰｔ、Ａｕ、
Ａｇ等の金属触媒が添加された酸化物半導体で形成され
る。ここで、ヒータ３は、図１に示されるように、アル
ミナ基板１の裏面に位置するか、或いは、図２に示され
るように電極と同じくアルミナ基板１上に位置する。
ミナＡｌ2Ｏ3基板１に、スクリーン印刷(Screen Printi
ng)法によって感知膜を加熱するためのヒータ３と、感
知膜の電気伝導度の変化を測定するための２個の電極２
が形成される。そして、前記２個の電極２にわたって、
ガスを感知するための感知膜４が形成され、ガス感知素
子が製造される。感知膜４は、ＳｎＯ2にＰｔ、Ａｕ、
Ａｇ等の金属触媒が添加された酸化物半導体で形成され
る。ここで、ヒータ３は、図１に示されるように、アル
ミナ基板１の裏面に位置するか、或いは、図２に示され
るように電極と同じくアルミナ基板１上に位置する。
【０００６】前記構成を有する従来のガス感知素子を備
えている、ガスを感知する従来のガス感知装置について
説明する。
えている、ガスを感知する従来のガス感知装置について
説明する。
【０００７】図３は、従来のガス感知装置の構成ブロッ
ク図である。従来のガス感知装置は、前記図１及び図２
で説明したガス感知素子１１と、前記ガス感知素子１１
のヒータ３を駆動するためのヒータ駆動部１２と、前記
ガス感知素子１１の電極２に電圧を供給するための電圧
供給部１３と、前記ガス感知素子１１がガスを感知する
にしたがって変化する電流を検出するための電流検出部
１４と、前記電圧供給部１３及びヒータ駆動部１２を制
御し、前記電流検出部１４からの電流値の入力を受けて
ガスを判断する制御及び判断部１５とから構成される。
ク図である。従来のガス感知装置は、前記図１及び図２
で説明したガス感知素子１１と、前記ガス感知素子１１
のヒータ３を駆動するためのヒータ駆動部１２と、前記
ガス感知素子１１の電極２に電圧を供給するための電圧
供給部１３と、前記ガス感知素子１１がガスを感知する
にしたがって変化する電流を検出するための電流検出部
１４と、前記電圧供給部１３及びヒータ駆動部１２を制
御し、前記電流検出部１４からの電流値の入力を受けて
ガスを判断する制御及び判断部１５とから構成される。
【０００８】次に、このように構成される従来のガス感
知装置の動作を説明する。制御及び判断部１５は、電圧
供給部１３及びヒータ駆動部１２の動作を制御すること
により、電圧供給部１３でガス感知素子１１の電極２に
電圧が供給されるようにし、ヒータ駆動部１２でガス感
知素子１１のヒータ３に電源を供給して感知膜４が２０
０℃以上の高温に加熱されるようにする。このような状
態で、ガス感知素子は、ガスを感知し、感知膜４の抵抗
値を変化させる。
知装置の動作を説明する。制御及び判断部１５は、電圧
供給部１３及びヒータ駆動部１２の動作を制御すること
により、電圧供給部１３でガス感知素子１１の電極２に
電圧が供給されるようにし、ヒータ駆動部１２でガス感
知素子１１のヒータ３に電源を供給して感知膜４が２０
０℃以上の高温に加熱されるようにする。このような状
態で、ガス感知素子は、ガスを感知し、感知膜４の抵抗
値を変化させる。
【０００９】この際、感知膜４がガス中に露出して反応
すると、空気中における感知膜４の抵抗値より一層低い
抵抗値に変化するので、電圧供給部１３でガス感知素子
１１に一定の電圧を供給していても、電流は高いレベル
で出力される。電流検出部１４は、前記感知膜４に流れ
る電流を検出して、制御及び判断部１５に入力する。制
御及び判断部１５は、前記電流検出部１４から入力され
た電流を比較して、ガス感知素子１１の感知膜４の電気
伝導度を測定することによりガスを感知する。つまり、
従来では、電圧供給部１３で一定電圧を供給し、電流検
出部１４で検出された電流値によってガス感知を行って
いた。
すると、空気中における感知膜４の抵抗値より一層低い
抵抗値に変化するので、電圧供給部１３でガス感知素子
１１に一定の電圧を供給していても、電流は高いレベル
で出力される。電流検出部１４は、前記感知膜４に流れ
る電流を検出して、制御及び判断部１５に入力する。制
御及び判断部１５は、前記電流検出部１４から入力され
た電流を比較して、ガス感知素子１１の感知膜４の電気
伝導度を測定することによりガスを感知する。つまり、
従来では、電圧供給部１３で一定電圧を供給し、電流検
出部１４で検出された電流値によってガス感知を行って
いた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
従来のガス感知装置には、次のような問題点がある。
従来のガス感知装置には、次のような問題点がある。
【００１１】１．感知膜を適正温度に加熱するためのヒ
ータとヒータ駆動部を別途に設けなければならないの
で、ガス感知装置の構成が複雑である。従って、生産性
が低下し、コストが上昇する。
ータとヒータ駆動部を別途に設けなければならないの
で、ガス感知装置の構成が複雑である。従って、生産性
が低下し、コストが上昇する。
【００１２】２．感知膜を高温に加熱しなければならな
いので、電力消費が増加するばかりではなく、熱衝撃に
よるガス感知素子の亀裂現象のため、ガス感知素子の信
頼性が低下する。
いので、電力消費が増加するばかりではなく、熱衝撃に
よるガス感知素子の亀裂現象のため、ガス感知素子の信
頼性が低下する。
【００１３】３．従来のガス感知装置では、ガスの濃度
を感知することができるが、ガスの種類を判断すること
ができない。
を感知することができるが、ガスの種類を判断すること
ができない。
【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、加熱装置（ヒー
タ）を設置せず、ガスと反応する感知膜の電流−電圧特
性を用いて、低電力にて常温でガスを感知するガス感知
装置及び感知方法を提供することにある。
であって、その目的とするところは、加熱装置（ヒー
タ）を設置せず、ガスと反応する感知膜の電流−電圧特
性を用いて、低電力にて常温でガスを感知するガス感知
装置及び感知方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によるガス感知装
置は、印加される電圧によってそれ自身が発熱し、ガス
との反応に応じて抵抗変化量が変化することによって、
ガスを感知するガス感知素子と、該ガス感知素子に電圧
を変化させながら供給する電圧供給部と、該ガス感知素
子がガスを感知するにしたがって変化する電流を検出す
る電流検出部と、該電圧供給部を制御して、該ガス感知
素子に供給される電圧の変化値を制御し、該電流検出部
から出力した電流値を受けて、電圧−電流特性を用いて
ガスの種類及びガスの濃度を判断する制御及び判断部
と、を備えており、そのことにより上記目的が達成され
る。
置は、印加される電圧によってそれ自身が発熱し、ガス
との反応に応じて抵抗変化量が変化することによって、
ガスを感知するガス感知素子と、該ガス感知素子に電圧
を変化させながら供給する電圧供給部と、該ガス感知素
子がガスを感知するにしたがって変化する電流を検出す
る電流検出部と、該電圧供給部を制御して、該ガス感知
素子に供給される電圧の変化値を制御し、該電流検出部
から出力した電流値を受けて、電圧−電流特性を用いて
ガスの種類及びガスの濃度を判断する制御及び判断部
と、を備えており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００１６】ある実施形態では、前記ガス感知素子は、
基板と、該基板に形成され、印加される電圧によってそ
れ自身が発熱して、ガスと反応する感知膜と、該感知膜
の両側に接続され、該感知膜へ電圧を供給し、且つ電流
を出力する電極と、を備えている。
基板と、該基板に形成され、印加される電圧によってそ
れ自身が発熱して、ガスと反応する感知膜と、該感知膜
の両側に接続され、該感知膜へ電圧を供給し、且つ電流
を出力する電極と、を備えている。
【００１７】ある実施形態では、前記ガス感知素子は、
基板上にＰｔペーストで形成される２つの電極と、該２
つの電極上にわたって形成され、ＳｎＯ2及びＷＯ3粉末
と有機化合物とを含む材料から形成される感知膜と、を
備えている。
基板上にＰｔペーストで形成される２つの電極と、該２
つの電極上にわたって形成され、ＳｎＯ2及びＷＯ3粉末
と有機化合物とを含む材料から形成される感知膜と、を
備えている。
【００１８】ある実施形態では、前記感知膜のＳｎＯ2
とＷＯ3粉末の混合比は、９５：５ｗｔ％である。
とＷＯ3粉末の混合比は、９５：５ｗｔ％である。
【００１９】ある実施形態では、前記ガス感知素子にお
いて、前記電圧供給部から供給される電圧によって、感
知膜自身が発熱する。
いて、前記電圧供給部から供給される電圧によって、感
知膜自身が発熱する。
【００２０】本発明によるガス感知方法は、印加される
電圧によって、それ自身が発熱してガスと反応する感知
膜を備えているガス感知素子を用いて、ガスを感知する
ガス感知方法において、ガスの種類及び濃度に応じた電
流−電圧特性データを格納するステップと、該ガス感知
素子へ電圧を線形的に変化させながら供給し、この時の
電流値を検出するステップと、該供給される電圧とその
時検出される電流値から電流−電圧特性を求め、予め格
納された電流−電圧特性データと比較してガスを感知す
るステップと、を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。
電圧によって、それ自身が発熱してガスと反応する感知
膜を備えているガス感知素子を用いて、ガスを感知する
ガス感知方法において、ガスの種類及び濃度に応じた電
流−電圧特性データを格納するステップと、該ガス感知
素子へ電圧を線形的に変化させながら供給し、この時の
電流値を検出するステップと、該供給される電圧とその
時検出される電流値から電流−電圧特性を求め、予め格
納された電流−電圧特性データと比較してガスを感知す
るステップと、を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付する図面を参照して、
本発明のガス感知装置及び感知方法をより詳細に説明す
る。図４は、本発明によるガス感知素子のレイアウト図
であり、図５は、図４のＡ−Ａ’線における構造断面図
である。
本発明のガス感知装置及び感知方法をより詳細に説明す
る。図４は、本発明によるガス感知素子のレイアウト図
であり、図５は、図４のＡ−Ａ’線における構造断面図
である。
【００２２】本発明によるガス感知素子において、外部
からヒータを介して、感知物質である酸化物半導体を加
熱しなくても、感知膜自身は、電気伝導度の変化を測定
するために感知膜に印加される電圧によって発熱する。
感知膜の発熱した部分が、ガスに敏感に反応して、ガス
感知素子として動作する。つまり、本発明によるガス感
知素子は、アルミナ基板２０の一定の領域に形成される
２個の電極２１と、前記２個の電極２１上にわたって形
成され、外部のガスと反応する感知膜２２とから構成さ
れる。
からヒータを介して、感知物質である酸化物半導体を加
熱しなくても、感知膜自身は、電気伝導度の変化を測定
するために感知膜に印加される電圧によって発熱する。
感知膜の発熱した部分が、ガスに敏感に反応して、ガス
感知素子として動作する。つまり、本発明によるガス感
知素子は、アルミナ基板２０の一定の領域に形成される
２個の電極２１と、前記２個の電極２１上にわたって形
成され、外部のガスと反応する感知膜２２とから構成さ
れる。
【００２３】前記のように構成される本発明のガス感知
素子の製造方法は、まず、アルミナ基板２０上に、Ｐｔ
ペーストを用いて、スクリーン印刷法で２個の電極２１
をパターニングする。感知されるガスを完全に酸化する
ように、感知膜の表面を活性化し、センシング感度を向
上させる。前記パターニングされた２個の電極２１を１
１００℃の温度で１時間にわたり焼成工程を行う。
素子の製造方法は、まず、アルミナ基板２０上に、Ｐｔ
ペーストを用いて、スクリーン印刷法で２個の電極２１
をパターニングする。感知されるガスを完全に酸化する
ように、感知膜の表面を活性化し、センシング感度を向
上させる。前記パターニングされた２個の電極２１を１
１００℃の温度で１時間にわたり焼成工程を行う。
【００２４】次に、前記電極２１上に、９５：５ｗｔ％
の比率で混合されたＳｎＯ2及びＷＯ3粉末と有機化合物
とを含む材料から形成される感知膜ペーストをスクリー
ン印刷して、感知膜２２を形成する。そして、前記感知
膜２２を６００℃で１時間焼成した後、電極２１パッド
に、リード線(Lead Wire)を接続して、パッケージング
(packaging)工程を行う。
の比率で混合されたＳｎＯ2及びＷＯ3粉末と有機化合物
とを含む材料から形成される感知膜ペーストをスクリー
ン印刷して、感知膜２２を形成する。そして、前記感知
膜２２を６００℃で１時間焼成した後、電極２１パッド
に、リード線(Lead Wire)を接続して、パッケージング
(packaging)工程を行う。
【００２５】以下、このようなガス感知素子を備えた本
発明のガス感知装置を説明する。図６は、本発明のガス
感知装置の構成図である。本発明のガス感知装置は、図
６に示すように、ヒータが設置されていないガス感知素
子３１と、前記ガス感知素子３１に電圧を可変させなが
ら供給する電圧供給部３２と、前記ガス感知素子３１が
ガスを感知するにしたがって変化する電流を検出する電
流検出部３３と、前記電圧供給部３２を制御してガス感
知素子３１に供給される電圧の変化値を制御し、前記電
流検出部３３から出力する電流値を受けて、電圧−電流
特性を用いてガスの種類とガスの濃度を判断する制御及
び判断部３４とからなる。
発明のガス感知装置を説明する。図６は、本発明のガス
感知装置の構成図である。本発明のガス感知装置は、図
６に示すように、ヒータが設置されていないガス感知素
子３１と、前記ガス感知素子３１に電圧を可変させなが
ら供給する電圧供給部３２と、前記ガス感知素子３１が
ガスを感知するにしたがって変化する電流を検出する電
流検出部３３と、前記電圧供給部３２を制御してガス感
知素子３１に供給される電圧の変化値を制御し、前記電
流検出部３３から出力する電流値を受けて、電圧−電流
特性を用いてガスの種類とガスの濃度を判断する制御及
び判断部３４とからなる。
【００２６】このような本発明のガス感知装置の動作
は、次に示すようである。まず、本発明のガス感知素子
の電圧−電流特性を説明する。図７（ａ）、（ｂ）及び
図８は、本発明のガス感知装置の動作特性図である。図
７（ａ）は、ガス感知素子に供給される電圧を変化させ
て、ガス感知素子を空気及びガス（２００ppmの濃度を
有するＣ2Ｈ5ＯＨガス、及び３００ppmの濃度を有する
Ｃ2Ｈ5ＯＨガス）中に露出させる場合の、検出される電
流値を示す。図７（ｂ）は、３０Ｖの電圧が印加される
状態で、ガス感知素子をエチルアルコール（２００pp
m）に露出させる場合の、時間と検出される電流値とを
比較したものである。図８は、ＣＯガスに対する電流−
電圧特性図である。
は、次に示すようである。まず、本発明のガス感知素子
の電圧−電流特性を説明する。図７（ａ）、（ｂ）及び
図８は、本発明のガス感知装置の動作特性図である。図
７（ａ）は、ガス感知素子に供給される電圧を変化させ
て、ガス感知素子を空気及びガス（２００ppmの濃度を
有するＣ2Ｈ5ＯＨガス、及び３００ppmの濃度を有する
Ｃ2Ｈ5ＯＨガス）中に露出させる場合の、検出される電
流値を示す。図７（ｂ）は、３０Ｖの電圧が印加される
状態で、ガス感知素子をエチルアルコール（２００pp
m）に露出させる場合の、時間と検出される電流値とを
比較したものである。図８は、ＣＯガスに対する電流−
電圧特性図である。
【００２７】ヒータが設置されていないガス感知素子を
用いて、ガスを感知する方法を説明する。制御及び判断
部３４は、電圧供給部３２を制御して、ガス感知素子に
供給される電圧を線形的に変化させ、この時点に検出さ
れた電流を判断する。このように、ガス感知素子に供給
される電圧を変化させ、そのときの電流を検出して、電
流変化量／電圧変化量からガスの種類及びガスの濃度を
判断する。即ち、印加電圧が高くなるほど、ガス感知素
子３１の感知膜２２では高い発熱が生じる。感知膜２２
に高い発熱が生ずるほど、感知膜２２の抵抗は低くなる
ので、検出される電流は供給電圧に比例して増加する。
用いて、ガスを感知する方法を説明する。制御及び判断
部３４は、電圧供給部３２を制御して、ガス感知素子に
供給される電圧を線形的に変化させ、この時点に検出さ
れた電流を判断する。このように、ガス感知素子に供給
される電圧を変化させ、そのときの電流を検出して、電
流変化量／電圧変化量からガスの種類及びガスの濃度を
判断する。即ち、印加電圧が高くなるほど、ガス感知素
子３１の感知膜２２では高い発熱が生じる。感知膜２２
に高い発熱が生ずるほど、感知膜２２の抵抗は低くなる
ので、検出される電流は供給電圧に比例して増加する。
【００２８】ところが、空気中では、電圧の変動量と電
流の変動量はほとんど一定である。これに対して、エチ
ルアルコールＣ2Ｈ5ＯＨ雰囲気では、空気中における特
性と対照的な特性を示す。つまり、低電圧（０〜１５
Ｖ）では、空気中での特性と類似するが、２０Ｖ以上で
は急激な電流の増加現象が現れる。このような現象は、
低電圧では、感知膜自身の発熱が大きくないので、アル
コールとの反応性が低く、高電圧では、感知膜自身の発
熱が大きくなるので、アルコールとの反応性が高いため
である。
流の変動量はほとんど一定である。これに対して、エチ
ルアルコールＣ2Ｈ5ＯＨ雰囲気では、空気中における特
性と対照的な特性を示す。つまり、低電圧（０〜１５
Ｖ）では、空気中での特性と類似するが、２０Ｖ以上で
は急激な電流の増加現象が現れる。このような現象は、
低電圧では、感知膜自身の発熱が大きくないので、アル
コールとの反応性が低く、高電圧では、感知膜自身の発
熱が大きくなるので、アルコールとの反応性が高いため
である。
【００２９】同じ種類のガスといっても、その濃度によ
って、電流の増加量は異なる。即ち、感知膜が、３００
ppmのエチルアルコールと反応する場合は、２００ppmの
エチルアルコールと反応する場合より電流増加量はさら
に大きい。このような電圧−電流特性を用いてガスを感
知することができる。
って、電流の増加量は異なる。即ち、感知膜が、３００
ppmのエチルアルコールと反応する場合は、２００ppmの
エチルアルコールと反応する場合より電流増加量はさら
に大きい。このような電圧−電流特性を用いてガスを感
知することができる。
【００３０】一方、図７（ｂ）に示すように、供給電圧
を３０Ｖに一定し、空気中もしくはガスにガス感知素子
を露出させる場合を考える。空気中では約５ｍＡ程度の
電流が流れるが、ガス感知素子を２００ppmのエチルア
ルコールに露出させる場合、３０ｍＡまでに電流が急激
に増加する。さらに、前記エチルアルコールを除去した
場合、ガス感知素子は、もとの状態に回復して、再び正
常に動作する。このようにガス感知素子の電流−電圧特
性は、ガス感知素子３１の感知膜２２の厚さ及び電極間
の距離等の影響を受けず、いつも同様に現れる（印加さ
れる電圧と電流の絶対値だけが変化する）。
を３０Ｖに一定し、空気中もしくはガスにガス感知素子
を露出させる場合を考える。空気中では約５ｍＡ程度の
電流が流れるが、ガス感知素子を２００ppmのエチルア
ルコールに露出させる場合、３０ｍＡまでに電流が急激
に増加する。さらに、前記エチルアルコールを除去した
場合、ガス感知素子は、もとの状態に回復して、再び正
常に動作する。このようにガス感知素子の電流−電圧特
性は、ガス感知素子３１の感知膜２２の厚さ及び電極間
の距離等の影響を受けず、いつも同様に現れる（印加さ
れる電圧と電流の絶対値だけが変化する）。
【００３１】本発明のガス感知素子の還元性ガスに対す
る電流−電圧特性は、図８に示される。図８は、ＣＯの
例を示すものであり、エチルアルコールの場合と異な
る。即ち、１５Ｖ付近で急激な電流の増加が示される
が、２０Ｖ以上の高電圧ではかえって電流が小幅に減少
することがわかる。これは、低電圧では電圧が増加する
にともなって発熱が増加して、温度が高くなるとともに
ＣＯとの反応性が高くなることにより、電流が急激に増
加するが、高電圧では発熱が多くなってＣＯとの反応性
がかえって低減するためである。このような特性は、Ｃ
Ｏガスと感知膜２２との反応性は低温（３００〜４００
℃以下）では温度の上昇に伴って高くなり、高温では低
減するという一般的な原理と一致することが分かる。
る電流−電圧特性は、図８に示される。図８は、ＣＯの
例を示すものであり、エチルアルコールの場合と異な
る。即ち、１５Ｖ付近で急激な電流の増加が示される
が、２０Ｖ以上の高電圧ではかえって電流が小幅に減少
することがわかる。これは、低電圧では電圧が増加する
にともなって発熱が増加して、温度が高くなるとともに
ＣＯとの反応性が高くなることにより、電流が急激に増
加するが、高電圧では発熱が多くなってＣＯとの反応性
がかえって低減するためである。このような特性は、Ｃ
Ｏガスと感知膜２２との反応性は低温（３００〜４００
℃以下）では温度の上昇に伴って高くなり、高温では低
減するという一般的な原理と一致することが分かる。
【００３２】上記のようなシミュレーション結果のデー
タを制御及び判断部３４に予め格納し、上述した方法
で、ガス感知素子に供給される電圧の変化量と、その時
ガス感知素子で検出された電流の変化量を認識し、予め
格納したシミュレーションデータと比較して、ガスの種
類及びガスの濃度を判断する。
タを制御及び判断部３４に予め格納し、上述した方法
で、ガス感知素子に供給される電圧の変化量と、その時
ガス感知素子で検出された電流の変化量を認識し、予め
格納したシミュレーションデータと比較して、ガスの種
類及びガスの濃度を判断する。
【００３３】
【発明の効果】本発明のガス感知装置及び感知方法によ
って、次の効果が得られる。
って、次の効果が得られる。
【００３４】１．本発明のガス感知素子は、感知膜に供
給される電圧を用いて感知膜自身を発熱させるので、ヒ
ータ及びヒータ駆動部等が不要である。従って、システ
ム設計を単純化し、低電力の感知素子を実現することが
でき、しかも、生産性を向上し、生産コストを減少する
ことができる。
給される電圧を用いて感知膜自身を発熱させるので、ヒ
ータ及びヒータ駆動部等が不要である。従って、システ
ム設計を単純化し、低電力の感知素子を実現することが
でき、しかも、生産性を向上し、生産コストを減少する
ことができる。
【００３５】２．ヒータを使用しないので熱衝撃による
エラーがなくなり、素子の信頼性を向上することができ
る。
エラーがなくなり、素子の信頼性を向上することができ
る。
【００３６】３．感知膜の電流−電圧特性がガスの種類
によって異なることを用いて、色々な種類のガスを感知
できるだけではなく、ガスの濃度も感知することができ
る。
によって異なることを用いて、色々な種類のガスを感知
できるだけではなく、ガスの濃度も感知することができ
る。
【図１】従来のガス感知素子の構造断面図である。
【図２】従来のガス感知素子の構造平面図である。
【図３】従来のガス感知装置の構成ブロック図である。
【図４】本発明のガス感知素子のレイアウト図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’線における構造断面図である。
【図６】本発明のガス感知装置の構成図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガス感知装置の
動作特性図である。
動作特性図である。
【図８】本発明のガス感知装置の動作特性図である。
２０ アルミナ基板 ２１ 電極 ２２ 感知膜 ３１ ガス感知素子 ３２ 電圧供給部 ３３ 電流検出部 ３４ 制御及び判断部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 洪 炯基 大韓民國，京畿▲道▼，果川市，富林 洞，41，主公エイピーティ．903−105 (72)発明者 朴 ▲ヒョン▼洙 大韓民國，ソウル市，永登浦區，大林２ 洞，1057−31 (72)発明者 申 鉉雨 大韓民國，京畿▲道▼，果川市，富林 洞，41，主公エイピーティ．805−708 (72)発明者 金 成泰 大韓民國，ソウル市，恩平區，應岩２ 洞，242−６ (56)参考文献 特開 昭49−11392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/12
Claims (6)
- 【請求項１】 印加される電圧によってそれ自身が発熱
し、ガスとの反応に応じて抵抗変化量が変化することに
よって、ガスを感知するガス感知素子と、 該ガス感知素子に電圧を変化させながら供給する電圧供
給部と、 該ガス感知素子がガスを感知するにしたがって変化する
電流を検出する電流検出部と、 該電圧供給部を制御して、該ガス感知素子に供給される
電圧の変化値を制御し、該電流検出部から出力した電流
値を受けて、電圧−電流特性を用いてガスの種類及びガ
スの濃度を判断する制御及び判断部と、を備えているガ
ス感知装置。 - 【請求項２】 前記ガス感知素子は、 基板と、 該基板に形成され、印加される電圧によってそれ自身が
発熱して、ガスと反応する感知膜と、 該感知膜の両側に接続され、該感知膜へ電圧を供給し、
且つ電流を出力する電極と、を備えている請求項１に記
載のガス感知装置。 - 【請求項３】 前記ガス感知素子は、 基板上にＰｔペーストで形成される２つの電極と、 該２つの電極上にわたって形成され、ＳｎＯ2及びＷＯ3
粉末と有機化合物とを含む材料から形成される感知膜
と、を備えている請求項１に記載のガス感知装置。 - 【請求項４】 前記感知膜のＳｎＯ2とＷＯ3粉末の混合
比は、９５：５ｗｔ％である、請求項３に記載のガス感
知装置。 - 【請求項５】 前記ガス感知素子において、前記電圧供
給部から供給される電圧によって、感知膜自身が発熱す
る、請求項１に記載のガス感知装置。 - 【請求項６】 印加される電圧によって、それ自身が発
熱してガスと反応する感知膜を備えているガス感知素子
を用いて、ガスを感知するガス感知方法において、 ガスの種類及び濃度に応じた電流−電圧特性データを格
納するステップと、 該ガス感知素子へ電圧を線形的に変化させながら供給
し、この時の電流値を検出するステップと、 該供給される電圧とその時検出される電流値から電流−
電圧特性を求め、予め格納された電流−電圧特性データ
と比較してガスを感知するステップと、を包含するガス
感知方法。
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| KR1019950003681A KR960031987A (ko) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 가스(gas) 센싱소자의 구조 및 제조방법 |
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| KR20030021612A (ko) * | 2001-09-07 | 2003-03-15 | 박진성 | 이종접합 후막센서 및 그의 제조 방법 |
| US7193187B2 (en) * | 2004-02-09 | 2007-03-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Feedback control system and method for maintaining constant resistance operation of electrically heated elements |
| US7737700B2 (en) * | 2005-11-23 | 2010-06-15 | Ust Umweltsensortechnik Gmbh | Arrangement and method for detecting air ingredients |
| US7827852B2 (en) * | 2007-12-20 | 2010-11-09 | General Electric Company | Gas sensor and method of making |
| GB2464516A (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-21 | Alireza Salehi | Self heated carbon monoxide sensor |
| DE102010001624A1 (de) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Verfahren zur Detektion von zwei oder mehr Gasspezies |
| TWI445958B (zh) | 2012-02-09 | 2014-07-21 | Ind Tech Res Inst | 氣體檢測系統、裝置及方法 |
| US20140260545A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Infineon Technologies Ag | Sensor and sensing method |
| DE102015200217A1 (de) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten sowie Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung |
| DE102016201193A1 (de) * | 2016-01-27 | 2017-07-27 | Technische Universität München | Gedruckte Sensorvorrichtung zum Detektieren von Medien |
| CN105928981A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-07 | 上海翰临电子科技有限公司 | 一种全天候空气质量监测方法及监测设备 |
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| US10329022B2 (en) * | 2016-10-31 | 2019-06-25 | Honeywell International Inc. | Adjustable sensor or sensor network to selectively enhance identification of select chemical species |
| CN107941895A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-04-20 | 中国人民解放军陆军防化学院 | 离子迁移谱检测仪 |
| CN109682858B (zh) * | 2018-12-19 | 2021-09-17 | 苏州慧闻纳米科技有限公司 | 一种利用气体传感器实时检测气体浓度的方法 |
| KR102641207B1 (ko) * | 2019-03-26 | 2024-02-28 | 엘지전자 주식회사 | 센서 모듈 |
| CN113511646A (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-19 | 中国石油化工股份有限公司 | 自加热气体传感器、气敏材料及其制备方法和应用 |
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| US4770027A (en) * | 1986-03-24 | 1988-09-13 | Katuo Ehara | Method of measuring concentrations of odors and a device therefor |
| US4911892A (en) * | 1987-02-24 | 1990-03-27 | American Intell-Sensors Corporation | Apparatus for simultaneous detection of target gases |
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-
1995
- 1995-02-24 KR KR1019950003681A patent/KR960031987A/ko not_active Application Discontinuation
-
1996
- 1996-02-23 US US08/605,889 patent/US5627305A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-23 JP JP8036961A patent/JP2788888B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-24 CN CN96104036A patent/CN1141433A/zh active Pending
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