JP2949898B2 - ガス漏れ警報器 - Google Patents

ガス漏れ警報器

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JP2949898B2
JP2949898B2 JP11892991A JP11892991A JP2949898B2 JP 2949898 B2 JP2949898 B2 JP 2949898B2 JP 11892991 A JP11892991 A JP 11892991A JP 11892991 A JP11892991 A JP 11892991A JP 2949898 B2 JP2949898 B2 JP 2949898B2
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司 中村
正明 市嶋
孝 内木
真一 小知和
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は金属酸化物半導体を検
知部に用いるガス漏れ警報器に係り特に初期鳴動時間の
短いガス漏れ警報器に関する。
【0002】酸化スズ等の金属酸化物半導体を大気中で
約200℃以上に加熱するとその粒子表面に大気中の酸
素を吸着し、高抵抗化する。この状態でLPガスのよう
な可燃性ガスが接触するとこれが吸着酸素と反応し吸着
酸素が粒子表面から脱離し大気中の抵抗の1/10ない
し1/100に低下する。この電気抵抗値の変化により
可燃性ガスの有無が検知される。
【0003】
【従来の技術】図11は金属酸化物半導体を用いるガス
漏れ警報器の基本回路を示す結線図である。検知部1は
ヒータ5と金属酸化物半導体からなる感応体6を含み感
応体6の抵抗変化はこれと直列に接続された固定抵抗2
の両端電圧VL により検出される。VC は電源である。
【0004】図12は検知部の構造を示す断面図であ
る。基板10の主面の一つにヒータ5Aが他の主面には
電極13,14と金属酸化物半導体の厚膜からなる感応
体6Aが形成される。
【0005】図13は検知部の異なる構造を示す平面図
である。酸化スズの焼結体7の内部に一対の金属製コイ
ル8,9が埋め込まれている。一対の金属製コイル8,
9は酸化スズ焼結体7の抵抗値を検知する電極でこのう
ちの一つは焼結体7を200ないし400℃に加熱する
ヒータで、電極とヒーターが兼用される。
【0006】上述のようなガス漏れ警報器においては一
般に電源VC を数10V以上としガス検知時の感応体の
抵抗が変化して小さくなったときに感応体6A,7に流
れる電流によって自己発熱する方法がとられる。
【0007】この方法によれば検知部1の温度は監視時
には主としてヒータ5からの熱により維持されガス検知
時にはヒータ5からの熱と感応体6の自己発熱とにより
監視時よりも高い温度に維持される。
【0008】この方法は監視時における消費電力の低
減、ヒータの熱的負荷の軽減などの点で好ましく実用上
一般に採用される。
【0009】図14は酸化スズ半導体を感応体6に用い
る検知部の電源投入時における感応体抵抗の応答特性を
示す線図である。酸化スズは常温では103 kΩ以上の
高い抵抗値を示すが電源投入後一時的に電気抵抗値が数
kΩ以下に低下しついで数分で大気中の抵抗値が102
kΩに増大して安定化する。
【0010】ここで一時的に抵抗値が低下するするのは
感応体の温度上昇による半導体としての温度特性であり
それ以降の大気中での定常値に推移する過程は大気中の
酸素が酸化スズ表面に化学吸着する反応速度に関係する
ものと推定される。
【0011】このような応答特性を持つ金属酸化物半導
体を警報器の検知部に用いた場合感応体が警報設定電圧
を与える設定抵抗値RA 以下になっている期間はガス検
知時と同様に警報を発する。電源投入後センサ抵抗がR
A より低い時間は初期鳴動時間と称される。この初期鳴
動時間は一般に3ないし5分である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな初期鳴動時間は製造ラインにおける警報濃度調整作
業や警報器の保守点検時における動作チェック作業にお
ける待ち時間となるものであり前記作業を長期化すると
いう問題があった。この発明は上述の点に鑑みてなされ
その目的は初期鳴動時間を短くすることにより警報濃度
調整作業や保守点検作業のような動作チェック作業の容
易なガス漏れ警報器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述の目的は本発明の第
一形態によれば、 検知部と負荷回路とを有し、検知部
は基板上に金属酸化物半導体からなる感応体と、その抵
抗変化を測定する一対の電極と、感応体を加熱するヒー
タとを設けてなり、負荷回路は、固定抵抗と所定温度に
加熱される金属酸化物半導体を含むものであることを特
徴とする。
【0014】また本発明の第二形態によれば 検知部と
負荷回路と第一の切り換え回路とを有し、検知部は基板
上に金属酸化物半導体からなる感応体と、その抵抗変化
を測定する一対の電極と、感応体を加熱するヒータとを
設けてなり、第一の切り換え回路は電源投入より所定時
間後に動作するタイマとこれにより駆動される第一のス
イッチであり、負荷回路は第一のスイッチで切り換えら
れる高抵抗と低抵抗の固定抵抗であることを特徴とす
る。
【0015】また本発明の第三形態によれば、検知部と
負荷回路とを有し、検知部は基板上に金属酸化物半導体
からなる感応体と、その抵抗変化を測定する一対の電極
と、感応体を加熱するヒータとを設けてなり、この際ヒ
ータは主ヒータと補助ヒータを備えてなり、負荷回路は
固定抵抗よりなるものであることを特徴とする。
【0016】負荷回路の応答特性と感応体の応答特性と
は設定抵抗値RA に達するまではほとんど一致するよう
に負荷回路を選定するのがよい。設定抵抗値を越えると
負荷回路と感応体の応答特性は異なってもよい。負荷回
路と感応体の抵抗値はそれぞれ定常値に達する。
【0017】
【作用】図15は感応体の自己発熱量の感応体抵抗RS
依存性を示す線図である。本図はRS が負荷回路の抵抗
L に等しくなったとき自己発熱量が最大となることを
示している。このときの消費電力は1/4RL に比例す
る。これは負荷回路RLの小さい状態で抵抗値の整合が
図られると最大消費電力の絶対値も大きくなることを示
す。負荷回路の抵抗RL と感応体の抵抗RS とがほぼ等
しいときに感応体の昇温速度は最も大きく、従って酸素
の吸着速度は最大となる。
【0018】金属酸化物半導体を負荷回路に用いるとそ
の抵抗値の変化は検知部の金属酸化物半導体が示す抵抗
値の変化の挙動と一致する。補助ヒータである金属酸化
物半導体は電源投入後一時的にその抵抗値が低下して、
ヒータ電力が増大する。
【0019】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0020】図1は、請求項1で定義された発明の実施
例にかかるガス漏れ警報器の電気回路を示す結線図であ
る。検知部1は、ヒータ5と金属酸化物半導体よりなる
感応体6とにより構成される。気密素子33は、検知部
1と同じ構成素子、すなわち、ヒータ51と金属酸化物半
導体素子61とを気密パッケージに組み込んで構成さ
れ、金属酸化物半導体素子61が負荷回路の固定抵抗2
に並列に接続される。金属酸化物半導体素子61が気密
にされるのは、これが可燃性ガスの影響をうけるのを避
けるためである。図2は図1に示された発明の実施例に
かかるガス漏れ警報器につき感応体の応答特性34およ
び負荷回路の応答特性35を従来の感応体の特性21と
対比して示す線図である。検知部の1の感応体6と、負
荷回路の金属酸化物半導体素子とはどちらも金属酸化物
半導体から構成されるため両者の応答特性はほぼ同じで
あるので、負荷回路の応答特性は図2の特性線35のよ
うになる。このため、検知設定抵抗値を3kΩに設定す
ると、初期応答時間は従来の約1/5に短縮される。
【0021】図2は、請求項3で定義された発明の実施
例にかかるガス漏れ警報器の電気回路を示す結線図であ
る。負荷回路に低抵抗の固定抵抗17および高抵抗の固
定抵抗19と、さらに電源投入後5分以内にタイマーに
よって両方の固定抵抗を切り替えるスイッチ30とを設
け、負荷回路の抵抗を低抵抗から高抵抗に切り替える。
電源投入の時の初期の短時間は、低抵抗の固定抵抗17
が接続されるため、感応体6に流れる電流が大きくなり
感応体6の温度上昇が速くなり、感応体6の抵抗変化が
安定した後の監視状態になると負荷回路の抵抗値が高抵
抗となって、感応体6に流れる電流が小さくなる。
【0022】図4は図3に示された発明の実施例におけ
る感応体6の応答特性32を従来の感応体の特性21と
対比して示す線図である。固定抵抗切替えのタイミング
が一点鎖線で示される。電源投入時の初期に、低抵抗の
固定抵抗が接続されて、感応体6に大きな電流が供給さ
れることにより、初期応答時間が短縮され、例えば検知
設定抵抗値を3kΩに設定した場合、初期応答時間は約
1/5に短縮された。
【0023】図5は請求項4で定義された発明の実施例
にかかるガス漏れ警報器における補助ヒータ5Bを有す
る検知部を示す平面図,図6はその断面図である。アル
ミナなどの耐熱性絶縁基板10の一方に酸化スズからな
る感応体6Aの焼結体を形成し、他方の面に焼結体を加
熱するヒータ5Aと補助ヒータ5Bを形成する。主ヒー
タ5Aは酸化ルテニゥムからなり、補助ヒータ5Bは酸
化スズからなる。補助ヒータには電流制限抵抗が接続さ
れる。補助ヒータは気密にすることが好ましい。
【0024】図7は、図5に示された発明の実施例にか
かるガス漏れ警報器の電気回路を示す結線図である。補
助ヒータ5Bは酸化スズのため、感応体6と同じ抵抗応
答特性を示すので、電源投入の初期に低抵抗となり、こ
れに大きな加熱電流が流れる。このため、感応体6の温
度上昇が速くなり初期応答時間が短縮される。感応体6
の抵抗が安定すると補助ヒータの抵抗も大きくなり、加
熱電流が制限される。図8は図5に示された発明の実施
例にかかるガス漏れ警報器につき感応体の応答特性43
を従来の感応体の特性21と対比して示す線図である。
検知設定抵抗値を3kΩに設定すると、初期応答時間は
約1/5に短縮された。
【0025】図9は請求項4で定義された発明の異なる
実施例にかかるガス漏れ警報器につき補助ヒータ5Bを
有する検知部を示す平面図,図10は図9に示された発
明の異なる実施例にかかるガス漏れ警報器につき補助ヒ
ータ5Bを有する検知部を示す断面図である。アルミナ
などの耐熱性絶縁基板10の一方に酸化スズからなる感
応体6Aの焼結体を形成し、他方の面に焼結体を加熱す
るヒータ5Cと補助ヒータ5Bを形成する。主ヒータ5
Cは白金からなり、補助ヒータ5Bは酸化スズからな
る。この場合は補助ヒータの電流制限抵抗はセンサの外
付けとなる。
【0026】
【発明の効果】この発明の第一形態によればによれば、
検知部と負荷回路とを有し、検知部は基板上に金属酸化
物半導体からなる感応体と、その抵抗変化を測定する一
対の電極と、感応体を加熱するヒータとを設けてなり、
負荷回路は、固定抵抗と所定温度に加熱される金属酸化
物半導体を含むものであるように構成し、
【0027】本発明の第二形態によれば検知部と負荷回
路と第一の切り換え回路とを有し、検知部は基板上に金
属酸化物半導体からなる感応体と、その抵抗変化を測定
する一対の電極と、感応体を加熱するヒータとを設けて
なり、第一の切り換え回路は電源投入より所定時間後に
動作するタイマとこれにより駆動される第一のスイッチ
であり、負荷回路は第一のスイッチで切り換えられる高
抵抗と低抵抗の固定抵抗であることように構成し、
【0028】本発明の第三形態によれば検知部と負荷回
路とを有し、検知部は基板上に金属酸化物半導体からな
る感応体と、その抵抗変化を測定する一対の電極と、感
応体を加熱するヒータとを設けてなり、この際ヒータは
主ヒータと補助ヒータを備えてなり、負荷回路は固定抵
抗により構成したものであるので、検知部の温度が電源
投入時一時的に定常レベルより上昇し、その結果感応部
の酸素吸着速度が早まって初期鳴動時間が短く警報濃度
調整作業や保守点検作業の容易なガス漏れ警報器が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一形態の発明の実施例にかかるガス
漏れ警報器の電気回路を示す結線図
【図2】図1に示された発明の実施例にかかるガス漏れ
警報器につき感応体の応答特性34,負荷回路の特性3
5を従来の感応体の特性21と対比して示す線図
【図3】本発明の第二形態の発明の実施例に係るガス漏
れ警報器の電気回路を示す結線図
【図4】図3示された発明の実施例にかかるガス漏れ警
報器につき感応体の応答特性32を従来の感応体の特性
21と対比して示す線図
【図5】本発明の第二形態の発明の実施例にかかるガス
漏れ警報器につき補助ヒータ5Bを有する検知部を示す
平面図
【図6】図5に示された発明の実施例にかかるガス漏れ
警報器につき補助ヒータ5Bを有する検知部を示す断面
【図7】図5に示された発明の実施例にかかるガス漏れ
警報器の電気回路を示す結線図
【図8】図1に示されたれた発明の実施例にかかるガス
漏れ警報器につき感応体の応答特性43を従来の感応体
の特性21と対比して示す線図
【図9】本発明の第三形態の発明の異なる実施例にかか
るガス漏れ警報器につき補助ヒータ5Bを有する検知部
を示す平面図
【図10】図9に示された発明の異なる実施例にかかる
ガス漏れ警報器につき補助ヒー5Bを有する検知部を示
す断面図
【図11】金属酸化物半導体を用いるガス漏れ警報器の
基本回路を示す結線図
【図12】従来の検知部の構造を示す断面図
【図13】従来の検知部の異なる構造を示す平面図
【図14】酸化スズ半導体を感応体に用いる検知部の電
源投入時の感応体抵抗の応答特性を示す線図
【図15】感応体自己発熱量の感応体抵抗RS 依存性を
示す線図
【符号の説明】
1 検知部 2 固定抵抗 5 ヒータ 5A ヒータ 5B 補助ヒータ 5C ヒータ 6 感応体 6A 感応体 7 酸化スズの焼結体 8 コイル 9 コイル 10 基板 13 電極 14 電極 30 第一のスイッチ 31 タイマ 33 気密素子
フロントページの続き (72)発明者 内木 孝 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 小知和 真一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 長瀬 徳美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−155241(JP,A) 特開 昭54−82295(JP,A) 特開 昭49−96695(JP,A) 実開 昭49−19786(JP,U) 実開 昭52−151079(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検知部と負荷回路とを有し、 検知部は基板上に、金属酸化物半導体からなる感応体
    と、その抵抗変化を測定する一対の電極と、感応体を加
    熱するヒータとを設けてなり、 負荷回路は、固定抵抗と前記検知部と同一温度に加熱さ
    れる金属酸化物半導体を含むものであることを特徴とす
    るガス漏れ警報器。
  2. 【請求項2】検知部と負荷回路と第一の切り換え回路と
    を有し、 検知部は基板上に金属酸化物半導体からなる感応体と、
    その抵抗変化を測定する一対の電極と、感応体を加熱す
    るヒータとを設けてなり、 第一の切り換え回路は電源投入より所定時間後に動作す
    るタイマとこれにより駆動される第一のスイッチであ
    り、 負荷回路は第一のスイッチで切り換えられる高抵抗と低
    抵抗の固定抵抗であることを特徴とするガス漏れ警報
    器。
  3. 【請求項3】検知部と負荷回路とを有し、 検知部は基板上に金属酸化物半導体からなる感応体と、
    その抵抗変化を測定する一対の電極と、感応体を加熱す
    るヒータとを設けてなり、この際ヒータは主ヒータと補
    助ヒータを備えてなり、 負荷回路は固定抵抗よりなるものであることを特徴とす
    るガス漏れ警報器。
  4. 【請求項4】請求項3記載のガス漏れ警報器において、
    補助ヒータは酸化スズであることを特徴とするガス漏れ
    警報器。
  5. 【請求項5】請求項3記載のガス漏れ警報器において、
    主ヒータは酸化ルテニゥムであることを特徴とするガス
    漏れ警報器。
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JP3705875B2 (ja) * 1996-10-22 2005-10-12 株式会社リケン 加熱型センサの加熱制御回路

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