JP2919873B2 - 水中塩素の検出装置 - Google Patents
水中塩素の検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は水中の塩素の検出に関し、特に水道水中の
塩素量の判定や、浄水器の塩素除去能力の判定等に用い
る。
塩素量の判定や、浄水器の塩素除去能力の判定等に用い
る。
［従来技術］ 特公昭53−43,320号は、金属酸化物半導体ガスセンサ
を高温域と低温域とに交互に加熱し、低温域で特定のガ
スを検出することを開示している。ここで検出対象とさ
れているガスは、主として一酸化炭素である。
を高温域と低温域とに交互に加熱し、低温域で特定のガ
スを検出することを開示している。ここで検出対象とさ
れているガスは、主として一酸化炭素である。
発酵の管理や水質の管理等のため、水中のエタノール
等の可燃性ガスを捕集し、ガスセンサで検出することも
周知である。可燃性ガスの捕集方法としては、水中に空
気をバブリングさせるもの、テフロンチューブ等の気体
透過膜を水中に通し可燃性ガスをチューブ内に透過させ
るもの、あるいは単に水面の上方にガスセンサを置き、
蒸発したガスと接触させるだけのものがある。これらの
検出の目的は、主としてエタノール等の有機溶媒であ
る。
等の可燃性ガスを捕集し、ガスセンサで検出することも
周知である。可燃性ガスの捕集方法としては、水中に空
気をバブリングさせるもの、テフロンチューブ等の気体
透過膜を水中に通し可燃性ガスをチューブ内に透過させ
るもの、あるいは単に水面の上方にガスセンサを置き、
蒸発したガスと接触させるだけのものがある。これらの
検出の目的は、主としてエタノール等の有機溶媒であ
る。
発明者らは、特公昭53−43,320号の方法で、水中の微
量塩素を高感度で検出し得ることを見出した（第１図、
第２図参照）。この方法では、水道水中の1ppm程度の塩
素でも高感度で検出できる。またセンサ出力のベースラ
インは安定で、検出精度も高い。
量塩素を高感度で検出し得ることを見出した（第１図、
第２図参照）。この方法では、水道水中の1ppm程度の塩
素でも高感度で検出できる。またセンサ出力のベースラ
インは安定で、検出精度も高い。
［発明の課題］ この発明の課題は、水道水中の塩素等の水中の微量の
塩素を高感度で検出することにあり、特に、検出時のデ
ッドタイムを短縮することにある。
塩素を高感度で検出することにあり、特に、検出時のデ
ッドタイムを短縮することにある。
［発明の構成］ この発明の水中塩素の検出装置では、ヒータに金属酸
化物半導体の薄膜を積層したガスセンサ、あるいは耐熱
絶縁性の薄膜上にヒータと金属酸化物半導体の薄膜とを
設けたガスセンサと、高低２つの電圧の出力を持ったヒ
ータ電源と、ガスセンサの金属酸化物半導体に直列に接
続した検出電源と負荷抵抗と、ヒータ電源の出力を、高
圧側と低圧側との間で周期的に切り替えるためのタイマ
と、負荷抵抗あるいは金属酸化物半導体へのガスセンサ
出力を、タイマからの信号に基づいてヒータ電源の出力
が低圧側にある期間内にA/D変換するためのA/Dコンバー
タと、A/D変換したガスセンサ出力から水中の塩素濃度
を検出するための手段とを設ける。
化物半導体の薄膜を積層したガスセンサ、あるいは耐熱
絶縁性の薄膜上にヒータと金属酸化物半導体の薄膜とを
設けたガスセンサと、高低２つの電圧の出力を持ったヒ
ータ電源と、ガスセンサの金属酸化物半導体に直列に接
続した検出電源と負荷抵抗と、ヒータ電源の出力を、高
圧側と低圧側との間で周期的に切り替えるためのタイマ
と、負荷抵抗あるいは金属酸化物半導体へのガスセンサ
出力を、タイマからの信号に基づいてヒータ電源の出力
が低圧側にある期間内にA/D変換するためのA/Dコンバー
タと、A/D変換したガスセンサ出力から水中の塩素濃度
を検出するための手段とを設ける。
金属酸化物半導体の薄膜を高温域と低温域とに交互に
加熱すると、抵抗値は低温域で塩素により大きく変化す
る。この変化は、水道水と気液平衡にある空気中の塩素
を容易に検出し得る程大きく、これから逆に水道水中の
塩素含有量の判定が可能になる。また浄水器の塩素除去
能力の判定も可能になる。センサ出力のベースラインは
安定で、センサは水蒸気への感度をほとんど示さない。
またセンサ出力のドリフトもほとんど見られない。
加熱すると、抵抗値は低温域で塩素により大きく変化す
る。この変化は、水道水と気液平衡にある空気中の塩素
を容易に検出し得る程大きく、これから逆に水道水中の
塩素含有量の判定が可能になる。また浄水器の塩素除去
能力の判定も可能になる。センサ出力のベースラインは
安定で、センサは水蒸気への感度をほとんど示さない。
またセンサ出力のドリフトもほとんど見られない。
ここでガスセンサは、できる限り小型のものとする。
小型のガスセンサは消費電力が小さく、熱時定数も短
い。熱時定数が短いことは、検出に要するデッドタイム
が短いことを意味する。例えば前記の特公昭53−43,320
号を実施化したガスセンサとして、出願人のTGS203（TG
S203は商品名）がある。このガスセンサの検出周期は15
0秒である。このガスセンサはSnO2のバルク状の焼結体
を用い、放熱時の時定数は数十秒程度である。このため
検出周期に150秒を要するのである。
小型のガスセンサは消費電力が小さく、熱時定数も短
い。熱時定数が短いことは、検出に要するデッドタイム
が短いことを意味する。例えば前記の特公昭53−43,320
号を実施化したガスセンサとして、出願人のTGS203（TG
S203は商品名）がある。このガスセンサの検出周期は15
0秒である。このガスセンサはSnO2のバルク状の焼結体
を用い、放熱時の時定数は数十秒程度である。このため
検出周期に150秒を要するのである。
この発明では、ガスセンサとしてヒータに金属酸化物
半導体の薄膜を積層したものを用いる。金属酸化物半導
体の薄膜はヒータに直接積層してもよいが、ヒータ材料
が金属酸化物半導体を汚染する可能性がある場合は、絶
縁膜を介して積層する。金属酸化物半導体の薄膜は厚さ
が５μｍ以下とし、好ましくは２μｍ以下とし、熱容量
が小さく、これをヒータに積層すると、ヒータからの伝
熱遅れが小さく、かつ放熱時の時定数が短い。このため
熱時定数数十msec程度のガスセンサが容易に得られる。
半導体の薄膜を積層したものを用いる。金属酸化物半導
体の薄膜はヒータに直接積層してもよいが、ヒータ材料
が金属酸化物半導体を汚染する可能性がある場合は、絶
縁膜を介して積層する。金属酸化物半導体の薄膜は厚さ
が５μｍ以下とし、好ましくは２μｍ以下とし、熱容量
が小さく、これをヒータに積層すると、ヒータからの伝
熱遅れが小さく、かつ放熱時の時定数が短い。このため
熱時定数数十msec程度のガスセンサが容易に得られる。
この発明ではまた、ガスセンサとして耐熱絶縁性の薄
膜上に、ヒータと金属酸化物半導体の薄膜とを設けたも
のを用いる。耐熱絶縁性の薄膜としては、シリコン基板
の空洞上に設けた厚さ１μｍ程度のシリカの薄膜のブリ
ッジ等がある。このセンサでは、熱容量が小さく、熱容
量当たりの放熱面積が大きいため、熱時定数十msec程度
のセンサが得られる。
膜上に、ヒータと金属酸化物半導体の薄膜とを設けたも
のを用いる。耐熱絶縁性の薄膜としては、シリコン基板
の空洞上に設けた厚さ１μｍ程度のシリカの薄膜のブリ
ッジ等がある。このセンサでは、熱容量が小さく、熱容
量当たりの放熱面積が大きいため、熱時定数十msec程度
のセンサが得られる。
［実施例］ 第１図に、水道水中の塩素の検出結果を示す。検出の
方法は、50ccの容器に25ccの水を入れ容器をふって塩素
を気化させた後、容器の蓋をあけてガスセンサを容器内
に差し込み、出力をモニターしたものである。用いた水
道水は箕面市のもので、浄水は活性炭型の浄水器で処理
した水である。これ以外の期間は、センサを周囲の空気
中においた。室温は約20℃であった。
方法は、50ccの容器に25ccの水を入れ容器をふって塩素
を気化させた後、容器の蓋をあけてガスセンサを容器内
に差し込み、出力をモニターしたものである。用いた水
道水は箕面市のもので、浄水は活性炭型の浄水器で処理
した水である。これ以外の期間は、センサを周囲の空気
中においた。室温は約20℃であった。
用いたガスセンサ２は第３図のもので、（特開昭63−
109,358号に記載）、ヒータ４の表面にアルミナの絶縁
膜６（膜厚１μｍ弱）を介して、In2O3−SnO2の薄膜８
を積層したものである。10,12は金電極である。ここで
ヒータ４は、直径20μｍのFe−Cr−Al合金線（スエーデ
ン カンタル社製のカンタル線，カンタルは登録商標）
である。またアルミナの絶縁膜６は、アルミナゾルを塗
布し熱分解して設けた。In2O3−SnO2の薄膜は、In:Snの
原子比を92:8mol％とし、In2O3をSnO2で原子価制御して
抵抗値を低下させた。これは塩素と接触すると薄膜８の
抵抗値が増加するので、低抵抗の薄膜を用いるためであ
る。金属酸化物半導体の薄膜８は、インジウムのエトキ
シドと２−エチルヘキサン酸Snのモル比92:8の混合溶液
を絶縁膜６上に塗布し、500℃で熱分解して形成した。
このセンサ２の放熱時の熱時定数は30msec程度、加熱時
の熱時定数はそれ以下である。
109,358号に記載）、ヒータ４の表面にアルミナの絶縁
膜６（膜厚１μｍ弱）を介して、In2O3−SnO2の薄膜８
を積層したものである。10,12は金電極である。ここで
ヒータ４は、直径20μｍのFe−Cr−Al合金線（スエーデ
ン カンタル社製のカンタル線，カンタルは登録商標）
である。またアルミナの絶縁膜６は、アルミナゾルを塗
布し熱分解して設けた。In2O3−SnO2の薄膜は、In:Snの
原子比を92:8mol％とし、In2O3をSnO2で原子価制御して
抵抗値を低下させた。これは塩素と接触すると薄膜８の
抵抗値が増加するので、低抵抗の薄膜を用いるためであ
る。金属酸化物半導体の薄膜８は、インジウムのエトキ
シドと２−エチルヘキサン酸Snのモル比92:8の混合溶液
を絶縁膜６上に塗布し、500℃で熱分解して形成した。
このセンサ２の放熱時の熱時定数は30msec程度、加熱時
の熱時定数はそれ以下である。
このセンサ２を用いたのは、小型で熱時定数の短いセ
ンサを用い検出周期を短縮するためである。なお金属酸
化物半導体薄膜８の種類は任意であり、ヒータ４は白金
線等の貴金属を用いる場合絶縁膜６は設けなくてもよ
い。更にセンサは、アルミナ基板にPt,RuO2等のヒータ
膜を設け、その上部に金属酸化物半導体の薄膜を積層し
たものとしてもよい。この場合ヒータと金属酸化物半導
体薄膜との間隔が僅かなので、ヒータを発熱させると、
金属酸化物半導体は直ちに加熱される。一方ヒータの発
熱時間を例えば１秒以下、好ましくは30〜300msec程度
と短くすると、基板が昇温する前に発熱周期が終了す
る。この結果発熱終了後ヒータは直ちに基板により冷却
され、センサの熱時定数を短くすることができる。
ンサを用い検出周期を短縮するためである。なお金属酸
化物半導体薄膜８の種類は任意であり、ヒータ４は白金
線等の貴金属を用いる場合絶縁膜６は設けなくてもよ
い。更にセンサは、アルミナ基板にPt,RuO2等のヒータ
膜を設け、その上部に金属酸化物半導体の薄膜を積層し
たものとしてもよい。この場合ヒータと金属酸化物半導
体薄膜との間隔が僅かなので、ヒータを発熱させると、
金属酸化物半導体は直ちに加熱される。一方ヒータの発
熱時間を例えば１秒以下、好ましくは30〜300msec程度
と短くすると、基板が昇温する前に発熱周期が終了す
る。この結果発熱終了後ヒータは直ちに基板により冷却
され、センサの熱時定数を短くすることができる。
用いた検出回路を第４図に示す。図において、20は出
力5Vの検出電源、22は高温側のヒータ電源で出力0.6V、
24は低温側の電源で出力0.2V、26,28はヒータの切り替
えスイッチである。30,32は負荷抵抗で、センサ抵抗に
応じて切り替えて用いた。34,36は切り替えスイッチ
で、38は出力のレコーダである。なお第１図の測定では
負荷抵抗を10KΩに固定した。
力5Vの検出電源、22は高温側のヒータ電源で出力0.6V、
24は低温側の電源で出力0.2V、26,28はヒータの切り替
えスイッチである。30,32は負荷抵抗で、センサ抵抗に
応じて切り替えて用いた。34,36は切り替えスイッチ
で、38は出力のレコーダである。なお第１図の測定では
負荷抵抗を10KΩに固定した。
サンプリングのタイミングを第５図に示す。検出周期
は５秒で、0.1秒間だけヒータ４に0.6Vの電圧を加え、
他は0.2Vのヒータ電圧とする。これに伴ってセンサ出力
は図の下部のように変化し、これを１秒間隔でサンプリ
ングし、レコーダ38で打点させた。サンプリングしたポ
イントを図に矢印で示す。サンプリングは高温側の終了
時と、低温側で１秒間隔の各時点とで行った。高温側の
最高温度は350〜400℃、低温側の温度は200〜250℃であ
る。
は５秒で、0.1秒間だけヒータ４に0.6Vの電圧を加え、
他は0.2Vのヒータ電圧とする。これに伴ってセンサ出力
は図の下部のように変化し、これを１秒間隔でサンプリ
ングし、レコーダ38で打点させた。サンプリングしたポ
イントを図に矢印で示す。サンプリングは高温側の終了
時と、低温側で１秒間隔の各時点とで行った。高温側の
最高温度は350〜400℃、低温側の温度は200〜250℃であ
る。
第１図に戻り、検出結果を説明する。図の上部の点線
は高温側の出力（第５図のP0点）をプロットしたもので
ある。浄水中や空気中で実線状になっている図の下部の
線は、低温側の出力（第５図のP1〜P4点）をプロットが
重なったものである。この線は水道水中では４本に分裂
し、下からP4点、P3点、P2点、P1点の順となる。即ちヒ
ートクリーニング（0.1秒間の0.6Vでの加熱）からの時
間が長いほど、水中の塩素への感度が高い。
は高温側の出力（第５図のP0点）をプロットしたもので
ある。浄水中や空気中で実線状になっている図の下部の
線は、低温側の出力（第５図のP1〜P4点）をプロットが
重なったものである。この線は水道水中では４本に分裂
し、下からP4点、P3点、P2点、P1点の順となる。即ちヒ
ートクリーニング（0.1秒間の0.6Vでの加熱）からの時
間が長いほど、水中の塩素への感度が高い。
低温側での塩素への感度は高く、P4点で数倍程度の抵
抗値の変化が得られる。なお水道水中の塩素含有量は１
〜2ppm程度で、これと気液平衡にある空気中の塩素含有
量は更に低い。高温側での塩素感度はほとんどない。ま
た水道水との接触で時間とともに塩素への出力が減少す
るのは、容器の空気が外気といれかわるためである。
抗値の変化が得られる。なお水道水中の塩素含有量は１
〜2ppm程度で、これと気液平衡にある空気中の塩素含有
量は更に低い。高温側での塩素感度はほとんどない。ま
た水道水との接触で時間とともに塩素への出力が減少す
るのは、容器の空気が外気といれかわるためである。
第２の特徴は、浄水中のセンサ出力と空気中のセンサ
出力がほとんど変わらず、またセンサ出力のベースが安
定していることである。このことは、センサの水蒸気感
度がほとんどないことを示している。一般にこのガスセ
ンサ２は高い水蒸気感度を示すし、低温側に放置すると
センサ抵抗は水蒸気感度によって減少する。このこと
は、高温側と低温側との周期を繰り返すことにより、セ
ンサの水蒸気感度を抑制できることを示している。次に
浄水中と空気中との出力の差が僅かなのは、空気中の雑
ガスへの感度もほとんどないことを意味している。更に
活性炭浄水器により塩素がほとんど除けていることも分
かる。
出力がほとんど変わらず、またセンサ出力のベースが安
定していることである。このことは、センサの水蒸気感
度がほとんどないことを示している。一般にこのガスセ
ンサ２は高い水蒸気感度を示すし、低温側に放置すると
センサ抵抗は水蒸気感度によって減少する。このこと
は、高温側と低温側との周期を繰り返すことにより、セ
ンサの水蒸気感度を抑制できることを示している。次に
浄水中と空気中との出力の差が僅かなのは、空気中の雑
ガスへの感度もほとんどないことを意味している。更に
活性炭浄水器により塩素がほとんど除けていることも分
かる。
水道水との接触で抵抗値が数倍程度変化することや、
ベースが安定して入ること、浄水中と空気中との出力差
が僅かなことから、この方法で水道水中の塩素含量を評
価できることがわかる。
ベースが安定して入ること、浄水中と空気中との出力差
が僅かなことから、この方法で水道水中の塩素含量を評
価できることがわかる。
第２図に、空気中の塩素濃度とセンサ出力との関係を
示す。図中の濃度表示は空気中の塩素濃度である。また
負荷抵抗は30KΩとし、1ppmの塩素の測定時にはセンサ
抵抗が極端に増加して出力がふりきれるため300KΩの負
荷抵抗を用いた。加熱条件は高温側を0.6Vの300msecと
した他は第１図と同様で、１周期が５秒、低温側のヒー
タ電圧が0.2Vである。図の上部の破線は高温側の区間の
終了直前でのセンサ出力、下部の破線は低温側の区間の
終了時のセンサ出力である。
示す。図中の濃度表示は空気中の塩素濃度である。また
負荷抵抗は30KΩとし、1ppmの塩素の測定時にはセンサ
抵抗が極端に増加して出力がふりきれるため300KΩの負
荷抵抗を用いた。加熱条件は高温側を0.6Vの300msecと
した他は第１図と同様で、１周期が５秒、低温側のヒー
タ電圧が0.2Vである。図の上部の破線は高温側の区間の
終了直前でのセンサ出力、下部の破線は低温側の区間の
終了時のセンサ出力である。
低温側でのセンサの抵抗値は0.1ppm程度の塩素で大き
く変化し、水道水と気液平衡にある空気中の塩素濃度は
0.1ppmよりも低い。加熱条件を0.6Vと0V（低温側を室
温）とした際には、塩素への感度は減少する。加熱条件
を0.6Vと0Vとした際の結果と共に、センサ出力の塩素濃
度依存性を表１に示す。
く変化し、水道水と気液平衡にある空気中の塩素濃度は
0.1ppmよりも低い。加熱条件を0.6Vと0V（低温側を室
温）とした際には、塩素への感度は減少する。加熱条件
を0.6Vと0Vとした際の結果と共に、センサ出力の塩素濃
度依存性を表１に示す。
この使用条件での他の特徴は、センサ抵抗のドリフト
が小さいことである。センサの抵抗は、350〜400℃に連
続加熱する場合も、200〜250℃に連続加熱する場合も安
定ではなく、放置したセンサの使用を再開するとドリフ
トが生じる。室温に放置したセンサを連続加熱すると、
センサ抵抗は高抵抗側に数日程度の間ドリフトする。そ
の大きさは最初の１日で350〜400℃程度では10倍以上、
200〜250℃では数倍である。しかし実施例の使用条件で
はドリフトは見られない。例えば0.6V/0.2Vの条件で
は、使用開始10分後の高温側の空気中の抵抗値は約４〜
6KΩ、１日後の抵抗は５〜8KΩであった。同様に低温側
の抵抗値は10分後が５〜7KΩ、１日後が６〜8KΩであっ
た。
が小さいことである。センサの抵抗は、350〜400℃に連
続加熱する場合も、200〜250℃に連続加熱する場合も安
定ではなく、放置したセンサの使用を再開するとドリフ
トが生じる。室温に放置したセンサを連続加熱すると、
センサ抵抗は高抵抗側に数日程度の間ドリフトする。そ
の大きさは最初の１日で350〜400℃程度では10倍以上、
200〜250℃では数倍である。しかし実施例の使用条件で
はドリフトは見られない。例えば0.6V/0.2Vの条件で
は、使用開始10分後の高温側の空気中の抵抗値は約４〜
6KΩ、１日後の抵抗は５〜8KΩであった。同様に低温側
の抵抗値は10分後が５〜7KΩ、１日後が６〜8KΩであっ
た。
第６図に検出装置の構造の例を示す。図において40は
水の容器、42は蓋、44は防水室で46は塩素透過用の気体
透過膜、48はガスセンサ２の付帯回路、50は水温補正用
のサーミスタ、52は塩素含有量の表示パネルである。即
ち容器40をふって水中の塩素を蒸発させ、塩素を透過膜
46から防水室44へ導き、ガスセンサ２で検出する。また
水温による塩素の蒸発速度の差は、サーミスタ50で補正
する。なお簡便な検出を目的とする場合、サーミスタ50
は設けなくても良い。
水の容器、42は蓋、44は防水室で46は塩素透過用の気体
透過膜、48はガスセンサ２の付帯回路、50は水温補正用
のサーミスタ、52は塩素含有量の表示パネルである。即
ち容器40をふって水中の塩素を蒸発させ、塩素を透過膜
46から防水室44へ導き、ガスセンサ２で検出する。また
水温による塩素の蒸発速度の差は、サーミスタ50で補正
する。なお簡便な検出を目的とする場合、サーミスタ50
は設けなくても良い。
第７図に、付帯回路48の例を示す。20は検出電源、2
2,24はヒータ電源で、26,28はそのスイッチである。30
はガスセンサ２の負荷抵抗、54はサーミスタ50の負荷抵
抗。56は信号処理用のマイクロコンピュータである。マ
イクロコンピュータ56は、A/Dコンバータ58と、演算論
理ユニット60、タイマ62、データ記録用のRAM64とを有
し、出力側には表示パネル54を接続する。タイマ62は例
えば５秒周期で動作し、0.1秒間スイッチ26をオンさ
せ、他はスイッチ28をオンさせる。またスイッチ28のオ
フ直前に、負荷抵抗30への出力をA/Dコンバータ58に読
み込ませる。タイマ62は、センサ出力の読み込みと重複
しないタイミングで、サーミスタ50の出力をA/Dコンバ
ータに読み込ませる。負荷抵抗30への出力に変えて、セ
ンサ２への印加電圧をセンサ出力としても良い。
2,24はヒータ電源で、26,28はそのスイッチである。30
はガスセンサ２の負荷抵抗、54はサーミスタ50の負荷抵
抗。56は信号処理用のマイクロコンピュータである。マ
イクロコンピュータ56は、A/Dコンバータ58と、演算論
理ユニット60、タイマ62、データ記録用のRAM64とを有
し、出力側には表示パネル54を接続する。タイマ62は例
えば５秒周期で動作し、0.1秒間スイッチ26をオンさ
せ、他はスイッチ28をオンさせる。またスイッチ28のオ
フ直前に、負荷抵抗30への出力をA/Dコンバータ58に読
み込ませる。タイマ62は、センサ出力の読み込みと重複
しないタイミングで、サーミスタ50の出力をA/Dコンバ
ータに読み込ませる。負荷抵抗30への出力に変えて、セ
ンサ２への印加電圧をセンサ出力としても良い。
読み込んだセンサ出力やサーミスタ50の信号はRAM64
に記憶し、水中の塩素濃度を求める。第１図から明らか
なように、浄水中と空気中とのセンサ出力の差は無視で
きる。そこで空気中でのセンサ出力を基準出力Vstdとし
て記憶し、これと水のある場合の出力Voutとの差や比等
から塩素濃度を求める。なお図示しないスイッチによ
り、容器40への水の有無をマイクロコンピュータ56に入
力するようにしておく。ここで求めた塩素濃度には水温
への依存性があるので、これをサーミスタ50で求めた水
温から補正する。勿論基準出力としては、空気中の出力
Voutの他に任意のものを用い得る。算術論理演算ユニッ
ト60とRAm64とが、塩素濃度の検出手段である。
に記憶し、水中の塩素濃度を求める。第１図から明らか
なように、浄水中と空気中とのセンサ出力の差は無視で
きる。そこで空気中でのセンサ出力を基準出力Vstdとし
て記憶し、これと水のある場合の出力Voutとの差や比等
から塩素濃度を求める。なお図示しないスイッチによ
り、容器40への水の有無をマイクロコンピュータ56に入
力するようにしておく。ここで求めた塩素濃度には水温
への依存性があるので、これをサーミスタ50で求めた水
温から補正する。勿論基準出力としては、空気中の出力
Voutの他に任意のものを用い得る。算術論理演算ユニッ
ト60とRAm64とが、塩素濃度の検出手段である。
ガスセンサ２で重要なことは、小型で熱時定数の短い
センサを用いることである。このようなセンサの他の例
を第８図、第９図に示す。図において80はガスセンサ、
82はSiO2等の耐熱絶縁性の薄膜で、厚さ１μm,幅20μｍ
程度のものを用いる。SiO2の薄膜82は、Si基板84上に設
けられ、空洞部上にブリッジとして存在する。86,88は
ヒータ薄膜、90,92は一対の電極、94はSnO2やIn2O3、Zn
O等の金属酸化物半導体の薄膜である。このセンサ80は
熱時定数が短く、同じ金属酸化物半導体材料を用いれ
ば、第３図のセンサ２と等価の特性を示す。そして用い
る装置は第６図、第７図のものでよい。
センサを用いることである。このようなセンサの他の例
を第８図、第９図に示す。図において80はガスセンサ、
82はSiO2等の耐熱絶縁性の薄膜で、厚さ１μm,幅20μｍ
程度のものを用いる。SiO2の薄膜82は、Si基板84上に設
けられ、空洞部上にブリッジとして存在する。86,88は
ヒータ薄膜、90,92は一対の電極、94はSnO2やIn2O3、Zn
O等の金属酸化物半導体の薄膜である。このセンサ80は
熱時定数が短く、同じ金属酸化物半導体材料を用いれ
ば、第３図のセンサ２と等価の特性を示す。そして用い
る装置は第６図、第７図のものでよい。
ここまでは特定の条件について説明したので、より一
般的な条件を説明する。高温側や低温側の温度は、金属
酸化物半導体薄膜の材料に応じて定める。ただし低温側
を室温とすると塩素感度が低いので、低温側も室温より
高い温度とする。加熱の周期は全体で１秒〜１分程度が
好ましいが、より好ましくは３秒〜20秒程度とする。低
温側が短いと塩素への感度が不十分で、長いと検出周期
が延びる。高温側の時間は例えば10msec〜１秒程度とす
ればよい。そして検出は低温側で、特に低温側の周期の
終了前に行えばよい。また金属酸化物半導体は薄膜型と
し、熱時定数を小さくする。
般的な条件を説明する。高温側や低温側の温度は、金属
酸化物半導体薄膜の材料に応じて定める。ただし低温側
を室温とすると塩素感度が低いので、低温側も室温より
高い温度とする。加熱の周期は全体で１秒〜１分程度が
好ましいが、より好ましくは３秒〜20秒程度とする。低
温側が短いと塩素への感度が不十分で、長いと検出周期
が延びる。高温側の時間は例えば10msec〜１秒程度とす
ればよい。そして検出は低温側で、特に低温側の周期の
終了前に行えばよい。また金属酸化物半導体は薄膜型と
し、熱時定数を小さくする。
［発明の効果］ この発明では、水道水中の含有塩素程度の微量の塩素
の検出ができる。このため水道水の水質検査、浄水器の
浄水能力の検査等の応用が可能になる。
の検出ができる。このため水道水の水質検査、浄水器の
浄水能力の検査等の応用が可能になる。
またこの発明では水蒸気への感度は僅かで、装置の使
用再開時のドリフトが小さく、装置を間欠的に使用して
もドリフトによる検出精度の低下がない。このため電池
電源で間欠的に検出を行うことも可能になる。さらに、
ガスセンサの熱時定数を小さくし、検出周期を短縮す
る。この結果例えば５秒程度の検出周期での検出が可能
になる。
用再開時のドリフトが小さく、装置を間欠的に使用して
もドリフトによる検出精度の低下がない。このため電池
電源で間欠的に検出を行うことも可能になる。さらに、
ガスセンサの熱時定数を小さくし、検出周期を短縮す
る。この結果例えば５秒程度の検出周期での検出が可能
になる。
第１図、第２図は、最初の実施例での検出結果を示す特
性図、第３図は用いたガスセンサの要部斜視図、第４図
は実験用の測定回路の回路図、第５図は検出信号のサン
プリング条件を示す波形図、第６図は検出装置の構造を
示す断面図、第７図は検出装置の回路図である。 第８図は第２の実施例に用いたガスセンサの平面図、第
９図はその断面図である。 図において、2,80……ガスセンサ、 4,86,88……ヒータ、 8,94……金属酸化物半導体薄膜、 20……検出電源、 22,24……ヒータ電源、 26,28……スイッチ、 58……A/Dコンバータ、62……タイマ。
性図、第３図は用いたガスセンサの要部斜視図、第４図
は実験用の測定回路の回路図、第５図は検出信号のサン
プリング条件を示す波形図、第６図は検出装置の構造を
示す断面図、第７図は検出装置の回路図である。 第８図は第２の実施例に用いたガスセンサの平面図、第
９図はその断面図である。 図において、2,80……ガスセンサ、 4,86,88……ヒータ、 8,94……金属酸化物半導体薄膜、 20……検出電源、 22,24……ヒータ電源、 26,28……スイッチ、 58……A/Dコンバータ、62……タイマ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−121743（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−80294（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−109954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/12
Claims (2)
- 【請求項１】ヒータに金属酸化物半導体の薄膜を積層し
たガスセンサと、 高低２つの電圧の出力を持ったヒータ電源と、 ガスセンサの金属酸化物半導体に直列に接続した検出電
源と負荷抵抗と、 ヒータ電源の出力を、高圧側と低圧側との間で周期的に
切り替えるためのタイマと、 負荷抵抗あるいは金属酸化物半導体へのガスセンサ出力
を、タイマからの信号に基づいてヒータ電源の出力が低
圧側にある期間内にA/D変換するためのA/Dコンバータ
と、 A/D変換したガスセンサ出力から水中の塩素濃度を検出
するための手段とを設けた、水中塩素の検出装置。 - 【請求項２】耐熱絶縁性の薄膜上にヒータと金属酸化物
半導体の薄膜とを設けたガスセンサと、 高低２つの電圧の出力を持ったヒータ電源と、 ガスセンサの金属酸化物半導体に直列に接続した検出電
源と負荷抵抗と、 ヒータ電源の出力を、高圧側と低圧側との間で周期的に
切り替えるためのタイマと、 負荷抵抗あるいは金属酸化物半導体へのガスセンサ出力
を、タイマからの信号に基づいてヒータ電源の出力が低
圧側にある期間内にA/D変換するためのA/Dコンバータ
と、 A/D変換したガスセンサ出力から水中の塩素濃度を検出
するための手段とを設けた、水中塩素の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28078089A JP2919873B2 (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 水中塩素の検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28078089A JP2919873B2 (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 水中塩素の検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03140855A JPH03140855A (ja) | 1991-06-14 |
| JP2919873B2 true JP2919873B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=17629854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28078089A Expired - Lifetime JP2919873B2 (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 水中塩素の検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2919873B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-26 JP JP28078089A patent/JP2919873B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03140855A (ja) | 1991-06-14 |
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