JP2992748B2 - Contact combustion type gas sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

Contact combustion type gas sensor and manufacturing method thereof

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性ガスを感知
可能な接触燃焼式ガスセンサ及びその製造方法に関し、
さらに具体的には、可燃性ガスに対する感度を高くして
低濃度ガスを感知でき、消費電力を節減できるように素
子のサイズを小さくするとともに、応答速度を向上さ
せ、振動及び衝撃に強い新たな構造の接触燃焼式ガスセ
ンサ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalytic combustion type gas sensor capable of detecting a combustible gas and a method of manufacturing the same.
More specifically, a new element that can increase the sensitivity to flammable gas to detect low-concentration gas, reduce the size of the element to reduce power consumption, improve the response speed, and resist vibration and shock. The present invention relates to a contact combustion type gas sensor having a structure and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】接触燃焼式ガスセンサは、可燃性ガスが
酸素と反応(燃焼)したとき発生する反応熱を電気的信
号に変換して感知するセンサである。従来の接触燃焼式
ガスセンサは、図1に示すように、可燃性ガスが燃焼す
る燃焼部1と、燃焼部を適当な温度で加熱してやるとと
もに、燃焼部1のガス燃焼熱により変化する抵抗を有す
るヒータ部2とから構成されている。
2. Description of the Related Art A catalytic combustion type gas sensor is a sensor which converts reaction heat generated when a combustible gas reacts (combustes) with oxygen into an electric signal and senses it. As shown in FIG. 1, the conventional contact combustion type gas sensor has a combustion section 1 in which combustible gas burns, a heating section that heats the combustion section at an appropriate temperature, and a resistance that changes due to the gas combustion heat of the combustion section 1. And a heater section 2.

【0003】燃焼部1は、アルミナ絶縁体にPd又はP
t等の貴金属触媒が含有され、可燃性ガスの燃焼を促進
するようになっている。ヒータ部2は、主に高温度抵抗
係数を有する白金線を利用している。このセンサを図3
のホイートストン・ブリッジの一部に接続して測定回路
とし、ガスの燃焼熱による白金線の抵抗変化を測定する
ことにより可燃性ガスを検出するようにしている。
[0003] The combustion section 1 is made of Pd or Pd on an alumina insulator.
A noble metal catalyst such as t is included to promote the combustion of combustible gas. The heater unit 2 mainly uses a platinum wire having a high temperature resistance coefficient. Fig. 3
Is connected to a part of the Wheatstone bridge to form a measurement circuit, and detects a flammable gas by measuring a change in resistance of a platinum wire due to heat of combustion of the gas.

【0004】すなわち、前記測定回路は、接触燃焼式セ
ンサをブリッジ回路の一辺に接続し、その接触燃焼式セ
ンサと温度・湿度の特性が殆ど同じであるが、触媒が含
有されていないため可燃性ガスに反応しない補償素子3
を、燃焼式センサの接続されているブリッジ回路の一辺
と隣接する一辺に接続し、ブリッジ回路の残りの2辺に
は固定抵抗4、5をそれぞれ接続し、これらにブリッジ
平衡調整可変抵抗6を並列に接続するように構成されて
いる。図においてVRは可変抵抗であり、スイッチ(S
W)を介して連結された電圧(E)を調整するように構
成されている。上述した測定回路は、可変抵抗6を調整
して、センサ素子が300〜600℃で加熱された状態
でブリッジ部分が平衡状態を維持するようにする。その
後、可燃性ガスがセンサ素子に触れると、ガスが燃焼
し、この燃焼熱によりセンサ素子の白金コイルの抵抗値
が増加する。一方、補償素子3は、可燃性ガスにより燃
焼しないため、これによる燃焼熱を発生せず、燃焼熱に
よる白金コイルの抵抗値の変化は無い。したがって、セ
ンサ素子と補償素子3との抵抗が差が生じ、ブリッジ電
圧が出力される。このブリッジ電圧は可燃性ガスの濃度
に比例して出力され、メタンガスに対する出力特性の例
を図示すると、図4の通りである。
That is, in the measurement circuit, a contact combustion type sensor is connected to one side of a bridge circuit, and the temperature and humidity characteristics are almost the same as those of the contact combustion type sensor. Compensating element 3 that does not react to gas
Is connected to one side adjacent to one side of the bridge circuit to which the combustion type sensor is connected, fixed resistors 4 and 5 are connected to the other two sides of the bridge circuit, and a bridge balance adjustment variable resistor 6 is connected to these. It is configured to be connected in parallel. In the figure, VR is a variable resistor, and a switch (S
It is configured to regulate the voltage (E) coupled via W). The measurement circuit described above adjusts the variable resistor 6 so that the bridge portion maintains an equilibrium state when the sensor element is heated at 300 to 600 ° C. Thereafter, when the combustible gas touches the sensor element, the gas burns, and the heat of combustion increases the resistance value of the platinum coil of the sensor element. On the other hand, since the compensating element 3 does not burn with the combustible gas, it does not generate combustion heat, and the resistance of the platinum coil does not change due to the combustion heat. Therefore, a difference occurs between the resistance of the sensor element and the resistance of the compensating element 3, and a bridge voltage is output. This bridge voltage is output in proportion to the concentration of the combustible gas, and FIG. 4 shows an example of the output characteristic with respect to the methane gas.

【0005】一方、上述した従来の接触燃焼式センサの
製造方法は、図2に示すように、白金線をコイル状に形
成してセンサのヒータ部を製造すると同時に、アルミナ
が主成分であるセラミック担体をゾル又はペースト状に
作った後、一定のサイズのビード形態に製造して、白金
コイルのヒータ部に取り付けて燃焼部を形成する。次い
で、形成されたビードを焼成炉に入れて熱処理を行った
後、このビードに白金(Pt)又はパラジウム(Pd)
等の触媒を含浸させる。次いで、焼成炉で熱処理して、
触媒がビード形態のアルミナ担体に含有された感知素子
を作成した後、パッケージのターミナルピンにボンディ
ングして封止する。
On the other hand, in the above-described conventional method for manufacturing a contact combustion type sensor, as shown in FIG. 2, a platinum wire is formed in a coil shape to manufacture a heater portion of the sensor, and at the same time, a ceramic containing alumina as a main component is used. After the carrier is made into a sol or paste form, it is manufactured in a bead shape of a certain size, and attached to a heater portion of a platinum coil to form a combustion portion. Next, the formed beads are placed in a firing furnace and subjected to a heat treatment, and then the beads are added to platinum (Pt) or palladium (Pd).
And the like. Then, heat treatment in a firing furnace,
After forming a sensing element in which a catalyst is contained in an alumina carrier in a bead form, it is sealed by bonding to a terminal pin of a package.

【0006】しかし、上述した従来の接触燃焼式ガスセ
ンサ及びその製造方法は、以下のような問題を有する。
すなわち、一般に、可燃性ガスの濃度をc、ガスの燃焼
熱による温度上昇分をΔTとすると、センサの抵抗増加
分ΔRは数学式1に示す通りである。 ΔR=a・ΔT=a・b・c・Q/h 但し、aはヒータコイルの抵抗温度係数、Qは可燃性ガ
スの燃焼熱、hは素子の熱容量、bは素子に添加された
触媒に起因する因子である。上記式から明らかなよう
に、高感度のセンサを得るためには、ヒータの抵抗温度
係数が大きく、素子の熱容量が小さくなければならな
い。又、外部へ損失する燃焼熱は、白金線に沿って電導
によって損失されるものと、空気中へ輻射により損失さ
れるものとが大分であるが、ヒータの抵抗変化に寄与す
る割合を高くしなければならない。これは、センサ感知
の以外に、ヒータ消費電力とも密接な関係がある。その
ため、損失する燃焼熱を低減させるためには、白金線の
直径を小さくし、燃焼部の嵩を小さくしなければならな
く、発生された燃焼熱がコイルによく伝達されるために
は、熱伝導度が高く、熱伝達の距離はできるだけ短くな
ければならない。しかし、従来のセンサは、燃焼部がビ
ード状(球形)になっており、この球型のビードが白金
コイルを覆う構造になっているため、ビードのサイズや
触媒の含有量がガスによるセンサの感度に大きく影響を
及ぼす。よって、ビードのサイズを小さくするのは限界
があり、一定のサイズ及び重さのビードを支持するため
に白金コイルの直径を小さくするのも限界があった。
However, the above-mentioned conventional catalytic combustion type gas sensor and its manufacturing method have the following problems.
That is, in general, assuming that the concentration of the combustible gas is c and the temperature rise due to the heat of combustion of the gas is ΔT, the resistance increase ΔR of the sensor is as shown in Equation 1. ΔR = a · ΔT = a · b · c · Q / h where a is the temperature coefficient of resistance of the heater coil, Q is the heat of combustion of the flammable gas, h is the heat capacity of the element, and b is the catalyst added to the element. Is the factor attributable to this. As is apparent from the above equation, in order to obtain a sensor with high sensitivity, the resistance temperature coefficient of the heater must be large and the heat capacity of the element must be small. In addition, the amount of combustion heat lost to the outside is largely lost by conduction along the platinum wire and loss due to radiation into the air. There must be. This has a close relationship with heater power consumption besides sensor sensing. Therefore, in order to reduce the loss of combustion heat, the diameter of the platinum wire must be reduced, and the volume of the combustion portion must be reduced. The conductivity must be high and the distance of the heat transfer must be as short as possible. However, the conventional sensor has a bead-shaped (spherical) combustion part, and the spherical bead has a structure covering the platinum coil. Significantly affects sensitivity. Therefore, there is a limit to reducing the size of the bead, and a limit to reducing the diameter of the platinum coil to support a bead of a fixed size and weight.

【0007】又、充分なセンサ感度を得るようにビード
のサイズと白金コイルの厚さを選択された従来のセンサ
は、比較的に衝撃及び振動に弱く、ビードを高温で加熱
してやるためのヒータの消費電力も高い。のみならず、
接触燃焼式ガスセンサは、ビードで可燃性ガスが燃焼さ
れ、その燃焼熱が白金コイルに伝達され、コイルの抵抗
が変化する構造であり、その伝達効果と距離とに基づい
てセンサ感度と応答速度に影響を及ぼすため、従来のガ
スセンサの構造では感度とガス応答速度を向上させるの
に限界があるという問題点があった。
Further, the conventional sensor in which the size of the bead and the thickness of the platinum coil are selected so as to obtain sufficient sensor sensitivity is relatively susceptible to shock and vibration, and the heater for heating the bead at a high temperature is used. Power consumption is also high. As well,
The contact combustion type gas sensor has a structure in which a combustible gas is burned by a bead, the heat of combustion is transmitted to a platinum coil, and the resistance of the coil changes.The sensor sensitivity and response speed are determined based on the transmission effect and distance. Therefore, there is a problem that the structure of the conventional gas sensor has a limit in improving the sensitivity and the gas response speed.

【0008】さらに、従来のセンサの製造方法は、ビー
ドを形成するために製造されたアルミナゾル又はペース
トをコイルに取付け乾燥及び焼成するが、その形成方法
が手作業及びそれと同様な方法により行われるため、各
素子のビードのサイズを微細に制御し難い。それだけで
なく、ビード形成後の焼成過程、触媒含浸過程、ワイヤ
ボンディング等の工程が素子単位で行われるため量産性
が低く、その上、補償素子は感知素子と別の工程により
製造されてパッケージに装着されるため製造工程面から
2倍に近い製造原価がかかるという問題点があった。
Further, in the conventional method for manufacturing a sensor, an alumina sol or paste manufactured for forming a bead is attached to a coil and dried and fired. However, the forming method is performed by a manual operation and a similar method. It is difficult to finely control the bead size of each element. In addition, mass production is low because the processes such as baking process after bead formation, catalyst impregnation process, and wire bonding are performed on a device basis, and the compensating device is manufactured in a separate process from the sensing device to form a package. There is a problem that the manufacturing cost is almost doubled from the manufacturing process because of the mounting.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたもので、センサ素子
を小型化してその駆動消費電力を節減し、振動及び衝撃
に強く、感度が高く、応答速度が早い、接触燃焼式ガス
センサを提供することをその目的とする。又、本発明の
他の目的は、再現性及び量産性あり、低コストで製造す
ることのできる接触燃焼式ガスセンサの製造方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made to reduce the driving power consumption of the sensor element by reducing the size thereof, is resistant to vibration and shock, and has a high sensitivity. It is an object of the present invention to provide a contact combustion type gas sensor having a high response speed and a high response speed. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a contact combustion type gas sensor which has reproducibility and mass productivity and can be manufactured at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の接触燃焼式ガスセンサは、コイル状の発熱
部と前記コイルの表面に触媒が分散された膜状の燃焼部
とを有する感知素子と、コイル状の発熱部と前記コイル
の表面に触媒を含まない膜状に構成される補償素子とが
同時にパッケージされることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a contact combustion type gas sensor having a coil-shaped heat generating portion and a film-shaped combustion portion in which a catalyst is dispersed on the surface of the coil. The sensing element, the coil-shaped heat generating portion, and the compensation element formed in a film shape without containing a catalyst on the surface of the coil are simultaneously packaged.

【0011】又、本発明の接触燃焼式ガスセンサの製造
方法は、コイル状に巻回された2つの白金又はその合金
をパッケージ電極にそれぞれボンディングする工程と、
白金又はその合金コイル上に電気メッキで金属膜を形成
する工程と、金属膜を熱酸化させて多孔性金属酸化物膜
を形成する工程と、感知素子として用いられる多孔性金
属酸化物膜に貴金属を含浸させる工程と、触媒含浸後に
乾燥及び焼成する工程と、からなることを特徴とする。
The method for manufacturing a contact combustion type gas sensor according to the present invention includes the steps of bonding two platinum or an alloy thereof wound in a coil shape to a package electrode, respectively.
A step of forming a metal film by electroplating on platinum or an alloy thereof, a step of thermally oxidizing the metal film to form a porous metal oxide film, and a step of forming a noble metal on the porous metal oxide film used as a sensing element. And a step of drying and calcining after impregnation of the catalyst.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面に基づいて詳細に説明する。図5aは、本実施
形態の接触燃焼式ガスセンサの構造を模式的に示す図で
あり、図5bは、感知素子及び補償素子の断面を模式的
に示す図であり、図6c及び図6dは、それぞれ本実施
形態のガスセンサをパッケージした際の断面及び平面を
模式的に示す図である。図5a及び図5bに示すよう
に、感知素子10は、白金又はその合金をコイル形状に
して巻かれているヒータ部11と、そのヒータ部11の
表面に、気孔を有する多孔性酸化物半導体の膜を形成さ
せ、その表面に白金又はパラジウムのような触媒を分散
させた燃焼部12とで形成する。一方、補償素子13
は、感知素子10と同様に白金又はその合金をコイル形
状に巻いてヒータ部14を形成し、そのヒータ部14の
表面に多孔性酸化物半導体膜15を形成させるが、その
表面には白金又はパラジウムのような触媒を含まないよ
うに構成されている。このように形成された感知素子1
0と補償素子13は、パッケージ16の2つの電極ター
ミナルピン17にそれぞれ結合され、前記コイル状の感
知素子10及び補償素子13とが一パッケージ内に並ん
で配置されて前記電極ターミナルピン17に電気的に接
続され、カバー18で覆われている(図6c、図6d参
照)。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 5A is a diagram schematically illustrating the structure of the catalytic combustion type gas sensor of the present embodiment, FIG. 5B is a diagram schematically illustrating the cross section of the sensing element and the compensating element, and FIGS. It is a figure which shows typically the cross section and plane at the time of packaging the gas sensor of this embodiment. As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the sensing element 10 includes a heater section 11 wound in a coil shape of platinum or an alloy thereof, and a porous oxide semiconductor having pores on the surface of the heater section 11. A film is formed, and the film is formed by the combustion unit 12 in which a catalyst such as platinum or palladium is dispersed on the surface. On the other hand, the compensating element 13
In the same manner as in the sensing element 10, platinum or an alloy thereof is wound in a coil shape to form a heater portion 14, and a porous oxide semiconductor film 15 is formed on the surface of the heater portion 14. It is configured not to include a catalyst such as palladium. Sensing element 1 thus formed
The coil 0 and the compensating element 13 are respectively coupled to two electrode terminal pins 17 of the package 16, and the coil-shaped sensing element 10 and the compensating element 13 are arranged side by side in one package, and are electrically connected to the electrode terminal pins 17. And are covered by a cover 18 (see FIGS. 6c and 6d).

【0013】このように構成された本実施形態のガスセ
ンサに2Vの電圧を印加し、素子の温度を500〜60
0℃で加熱し、図3のブリッジ回路の固定抵抗4、5を
それぞれ100オームにして、C410やCH4ガスに対
するセンサ出力を測定したが、図8に示すようにセンサ
の感度が高く、2000ppm 程度の可燃性ガスも高感度
で感知することができ、センサ応答速度も数秒以下と遥
かに早く、消費電力もセンサのサイズによって異なるが
数十mW以下に収めることができる。
A voltage of 2 V is applied to the gas sensor of the present embodiment configured as described above, and the temperature of the element is set to 500 to 60.
Heating was performed at 0 ° C., and the fixed resistors 4 and 5 of the bridge circuit in FIG. 3 were set to 100 ohms, respectively, and the sensor output for C 4 H 10 and CH 4 gas was measured. As shown in FIG. It is possible to detect highly flammable gas of about 2000 ppm with high sensitivity, the sensor response speed is much faster than several seconds, and the power consumption can be reduced to several tens mW or less depending on the size of the sensor.

【0014】このような測定結果は、以下のような理由
により得られる。燃焼部を熱伝導度がアルミナよりよい
酸化物半導体で構成しているうえに、燃焼部はコイルの
表面に配置され、ガスによる燃焼熱がコイルのほぼ全体
に直接伝達される構成となっている。これに対して、ア
ルミナに触媒を含有させた従来のビード型感知素子にお
いては、可燃性ガスがビードで一旦燃焼してその燃焼熱
がアルミナを介してコイルへ電導される。したがって、
本実施形態の場合場合、熱伝達効率が従来のものと比し
著しく高くなる。しかも、本実施形態では触媒が含有さ
れた燃焼部が、ガスに露出されると電気伝導度と熱伝導
度が高くなる酸化錫のようなn型酸化物半導体で形成さ
れるため、ガスが素子表面に触れるとき、燃焼されて燃
焼熱が発生するとともに、酸化物半導体の熱伝導度が増
加して発生された燃焼熱をコイルに伝達するようになる
ことから、熱伝達効率が非常に高く、センサの感度が高
い。さらに、コイルの表面に燃焼部が膜状に形成され、
燃焼熱がコイルに伝達する距離が短いため燃焼熱による
コイルの抵抗変化速度つまりセンサ応答速度が早く、且
つコイルの直径を小さくすることができるため電導によ
る熱損失が小さくて電力消費を低減することができる。
又、本実施形態は、感知素子10の燃焼部12が、その
コイル面上に皮膜された多孔性酸化物半導体膜で形成さ
れているため、重さと嵩が小さく、振動及び衝撃に強
い。
Such a measurement result is obtained for the following reasons. The combustion part is made of an oxide semiconductor having a thermal conductivity better than that of alumina, and the combustion part is arranged on the surface of the coil, so that heat of combustion by gas is directly transmitted to almost the entire coil. . On the other hand, in a conventional bead-type sensing element in which a catalyst is contained in alumina, the combustible gas is once burned in the bead, and the combustion heat is conducted to the coil through the alumina. Therefore,
In the case of the present embodiment, the heat transfer efficiency is significantly higher than that of the conventional one. Moreover, in the present embodiment, the combustion portion containing the catalyst is formed of an n-type oxide semiconductor such as tin oxide, which has a high electrical conductivity and a high thermal conductivity when exposed to the gas. When touching the surface, it is burned to generate heat of combustion, and the thermal conductivity of the oxide semiconductor increases to transfer the generated heat of combustion to the coil, so the heat transfer efficiency is extremely high, Sensor sensitivity is high. Furthermore, a combustion part is formed in the shape of a film on the surface of the coil,
Since the distance that the combustion heat is transmitted to the coil is short, the resistance change speed of the coil due to the combustion heat, that is, the sensor response speed is fast, and the diameter of the coil can be reduced, so that heat loss due to conduction is small and power consumption is reduced. Can be.
Further, in the present embodiment, since the burning portion 12 of the sensing element 10 is formed of the porous oxide semiconductor film coated on the coil surface, the weight and bulk are small, and the device is resistant to vibration and impact.

【0015】次に、本実施形態接触燃焼式ガスセンサの
製造方法を図6に基づき説明する。まず、巻線機を用い
て、直径が0.005〜0.06mmである白金線を、
0.1〜1mmのコイル内径、5〜20回の巻回数として
全体サイズが0.3〜1.2mmのコイル形態に巻く(S
101)。上記のように巻かれた2本の巻線コイルを、
それぞれの電極ピンとして使われる各2つのパッケージ
ターミナルピンに抵抗溶接法又は高周波融着法で取付
け、パッケージ内に並べて配置する(S102)。パッ
ケージに装着された2本のコイルを錫メッキ溶液に浸
け、コイルが接着されたターミナルピンには陰極電圧を
印加し、溶液内の錫(Sn)には陽極電圧を印加すると
同時に、印加電極とメッキ時間とを適切に調整して白金
コイルの表面に錫をメッキし、所定の厚さの膜を形成す
る(S103)。この際、メッキ層の厚さは、コイルの
サイズと白金線の直径とに基づいて異なるが、白金線の
直径の0.5〜5倍にすることが好ましい。
Next, a method of manufacturing the contact combustion type gas sensor according to this embodiment will be described with reference to FIG. First, using a winding machine, a platinum wire having a diameter of 0.005 to 0.06 mm,
The coil is wound into a coil having an inner diameter of 0.1 to 1 mm and an overall size of 0.3 to 1.2 mm as 5 to 20 turns (S
101). The two winding coils wound as above are
The two package terminal pins used as the respective electrode pins are attached by a resistance welding method or a high frequency fusion method, and are arranged side by side in the package (S102). The two coils mounted on the package are immersed in a tin plating solution, a cathodic voltage is applied to the terminal pins to which the coils are adhered, and an anodic voltage is applied to tin (Sn) in the solution, while simultaneously applying an applied electrode The plating time is appropriately adjusted, and the surface of the platinum coil is plated with tin to form a film having a predetermined thickness (S103). At this time, the thickness of the plating layer varies depending on the size of the coil and the diameter of the platinum wire, but is preferably 0.5 to 5 times the diameter of the platinum wire.

【0016】このようなメッキ工程後に洗浄し乾燥した
後、前記ターミナルピンの両端に電圧を印加して錫メッ
キされたコイルが数100℃で加熱された状態で維持さ
せてメッキされた錫を酸化させることにより酸化錫(S
nO2 )に相変化させる。酸化錫がそれぞれ形成された
2本の薄膜コイルのうち、感知素子として使われる白金
コイルの多孔性酸化膜に、塩化白金酸、塩化パラジウム
等の貴金属が含まれた化合物を適当な溶液に一定濃度に
溶かして定量吐出機(dispensor)で一定量を吐出する
(S105)。溶液が乾燥された後、酸化工程と同様に
コイルに一定の電圧を印加して加熱すると、化合物は分
解され、多孔性の酸化錫には貴金属だけが一定量残る。
貴金属含浸量は、溶液の濃度と吐出量とで調節する。こ
のときの加熱温度は800℃以上とする(S106)。
所定の工程が終わった後、パッケージにカバーを組み立
てることによりセンサ製造が完了する。
After washing and drying after the plating step, a voltage is applied to both ends of the terminal pins to maintain the tin-plated coil heated at several hundred degrees centigrade to oxidize the plated tin. The tin oxide (S
nO 2 ). Of the two thin-film coils formed with tin oxide, a compound containing a noble metal, such as chloroplatinic acid or palladium chloride, is added to a suitable solution at a constant concentration in the porous oxide film of a platinum coil used as a sensing element. And a fixed amount is discharged by a fixed amount discharger (dispensor) (S105). After the solution is dried, when a certain voltage is applied to the coil and heated as in the oxidation step, the compound is decomposed, and only a certain amount of noble metal remains in the porous tin oxide.
The noble metal impregnation amount is adjusted by the concentration of the solution and the discharge amount. The heating temperature at this time is 800 ° C. or higher (S106).
After completion of the predetermined process, the sensor is manufactured by assembling the cover on the package.

【0017】上記のような製造方法によれば、各センサ
が各素子別で焼成炉に入れて熱処理する従来の方法とは
異に、焼成炉無しにパッケージ状態で電圧を印加して熱
処理するため、熱処理方法が低コストで簡易に行われ
る。一般には、酸化物自体の焼結温度が高いため、酸化
錫自体は白金コイル上に膜状に形成しにくいのに対し
て、本実施形態では、錫(Sn)をメッキした後に酸化
させて酸化錫を形成する方法を使用するため、酸化錫を
容易に得られる。又、膜を形成するための別の蒸着法と
異なり、メッキ法を使用するため、量産性がよく、経済
的であり、厚い膜を容易に得られる。そして、形成され
た酸化錫は、相変化される際、嵩が増加されるため、錫
メッキ層の厚さより厚い状態で存し、多孔性である。
又、n型酸化物半導体の特性を示し、可燃性ガスに曝さ
れた時に熱伝導度が増加する性質がある。このように、
本実施形態の方法では、感知素子と補償素子とが一パッ
ケージ内で電気的方法を介して工程が行われるため、厚
さとサイズが一定であって、再現性、量産性、及び経済
性に優れ、熱処理が簡単であり、熱処理温度を微細に調
整することができる。
According to the manufacturing method as described above, unlike the conventional method in which each sensor is placed in a firing furnace for each element and heat-treated, the heat treatment is performed by applying a voltage in a package state without a firing furnace. In addition, the heat treatment method can be easily performed at low cost. In general, tin oxide itself is difficult to be formed in a film shape on a platinum coil because the sintering temperature of the oxide itself is high. On the other hand, in the present embodiment, tin (Sn) is oxidized after plating with tin (Sn). Since the method of forming tin is used, tin oxide can be easily obtained. Further, unlike another vapor deposition method for forming a film, a plating method is used, so that mass productivity is good, economical, and a thick film can be easily obtained. Then, the formed tin oxide increases its bulk when phase-changed, so that it is thicker than the thickness of the tin plating layer and is porous.
In addition, it exhibits the characteristics of an n-type oxide semiconductor, and has a property of increasing thermal conductivity when exposed to a combustible gas. in this way,
In the method of the present embodiment, since the sensing element and the compensating element are processed through an electrical method in one package, the thickness and the size are constant, and the reproducibility, mass productivity, and economy are excellent. The heat treatment is simple and the heat treatment temperature can be finely adjusted.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように、本発明の接触燃焼式ガス
センサは、コイルの表面に燃焼部を膜状に形成させてあ
るので、その膜全体でガスに接触し、燃焼し、直接コイ
ルにその熱を伝えるので、ガスセンサとしての感度が非
常に高く、センサの応答速度が早く、消費電力が低い。
のみならず、燃焼部は、厚さと嵩が小さいため、小型化
に適合し、振動及び衝撃にも非常に強い。また、膜を多
孔性膜とすると、より軽量とすることができ、より小型
化に適し、振動、衝撃により強くなる。このようなセン
サを製造するための本発明の製造方法は、感知素子と補
償素子が、金属メッキ法によりその酸化物半導体膜が得
られるとともに、一パッケージ内で電気的方法を介して
工程が行われるため、厚さとサイズが一定であって、再
現性、量産性及び経済性に優れ、又、熱処理方法も低コ
ストで簡易に行われ、熱処理温度を微細に調整すること
ができるという優れた効果がある。
As described above, in the contact combustion type gas sensor of the present invention, since the combustion portion is formed in a film shape on the surface of the coil, the entire film comes into contact with the gas, burns, and directly contacts the coil. Since the heat is transferred, the sensitivity as a gas sensor is very high, the response speed of the sensor is fast, and the power consumption is low.
Not only that, the combustion part is small in thickness and bulk, so it is suitable for miniaturization and is very resistant to vibration and impact. When the membrane is a porous membrane, the membrane can be made lighter, more suitable for miniaturization, and more resistant to vibration and impact. According to the manufacturing method of the present invention for manufacturing such a sensor, the sensing element and the compensating element can be obtained by an oxide semiconductor film obtained by metal plating, and the steps can be performed in one package via an electrical method. Therefore, the thickness and size are constant, the reproducibility, mass productivity, and economic efficiency are excellent. Also, the heat treatment method can be easily performed at low cost, and the heat treatment temperature can be finely adjusted. There is.

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

【図1】従来の接触燃焼式ガスセンサの構造を示す図、FIG. 1 is a diagram showing the structure of a conventional catalytic combustion type gas sensor.

【図2】従来の接触燃焼式ガスセンサの製造工程を示す
フローチャート、
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of a conventional catalytic combustion type gas sensor;

【図3】接触燃焼式ガスセンサを利用して可燃性ガスを
測定するための回路図、
FIG. 3 is a circuit diagram for measuring a combustible gas using a contact combustion type gas sensor,

【図4】図3の回路を使用してメタンガスを測定すると
きの感度特性を示すグラフ、
FIG. 4 is a graph showing sensitivity characteristics when measuring methane gas using the circuit of FIG. 3;

【図5】aは本発明実施形態のガスセンサの構造を模式
的に示す図、bは感知素子と補償素子の断面を模式的に
示す図、
5A is a diagram schematically showing the structure of the gas sensor according to the embodiment of the present invention, FIG. 5B is a diagram schematically showing a cross section of the sensing element and the compensating element,

【図6】本発明実施形態のガスセンサをパッケージした
際の断面及び平面を模式的に示す図、
FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section and a plane when the gas sensor according to the embodiment of the present invention is packaged;

【図7】本発明のガスセンサの製造工程図、FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the gas sensor of the present invention,

【図8】本発明のガスセンサに対するセンサ出力を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing a sensor output for the gas sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 感知素子 11、14 ヒータ部 12 燃焼部 13 補償素子 15 多孔性酸化物半導体膜 16 パッケージ 17 ターミナルピン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensing element 11, 14 Heater part 12 Burning part 13 Compensation element 15 Porous oxide semiconductor film 16 Package 17 Terminal pin

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュ・ジェン・イ 大韓民国・ソウル・ソチョ−ク・バンポ 4−ドン・(番地なし)・ミド アパー トメント 309−601 (72)発明者 ヒョン・ギ・ホン 大韓民国・ギョンギ−ド・ガチョン− シ・ブリム−ドン・41・ズゴン アパー トメント 903−105 (72)発明者 スン・リョル・キム 大韓民国・ソウル・ガンアァ−ク・ボン チェン11−ドン・196−151 (56)参考文献 特開 昭61−246660(JP,A) 特開 平7−190980(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/16 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Gyu Jen Lee South Korea, Seoul, Seochoek, Bampo 4-Don (No Address) Mid Apartment 309-601 (72) Inventor Hyun Gi Hong South Korea, Gyeonggi-do Gacheon-Shi-Brim-Dong-41-Sugong-Apartment 903-105 (56) References JP-A-61-246660 (JP, A) JP-A-7-190980 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 27/16

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 コイル状の発熱部の表面に触媒が分散さ
れた多孔性酸化物半導体膜から成る燃焼部を形成させた
感知素子と、 コイル状の発熱部の表面を触媒を含んでない膜で覆った
形状の補償素子と、が同時にパッケージされる接触燃焼
式ガスセンサ。
1. A sensing element in which a combustion section made of a porous oxide semiconductor film in which a catalyst is dispersed is formed on the surface of a coil-shaped heating section, and the surface of the coil-shaped heating section is a film containing no catalyst. A catalytic combustion type gas sensor in which a compensating element having a covered shape is packaged simultaneously.
【請求項2】 前記コイルは、白金又はその合金で、直
径が0.005〜0.06mmである請求項1に記載の接
触燃焼式ガスセンサ。
2. The catalytic combustion type gas sensor according to claim 1, wherein the coil is made of platinum or an alloy thereof and has a diameter of 0.005 to 0.06 mm.
【請求項3】 前記多孔性酸化物半導体膜から成る燃焼
部は、金属から熱酸化された厚さ0.01〜0.2mmの
で形成される請求項1に記載の接触燃焼式ガスセン
サ。
3. The combustion section made of the porous oxide semiconductor film has a thickness of 0.01 to 0.2 mm thermally oxidized from a metal.
The contact combustion type gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is formed of a film .
【請求項4】 多孔性酸化物半導体膜は、ガスにより熱
伝導度が増加される酸化錫、酸化亜鉛等のn型酸化物又
はその混合物で構成される請求項3に記載の接触燃焼式
ガスセンサ。
4. The catalytic combustion type gas sensor according to claim 3, wherein the porous oxide semiconductor film is made of an n-type oxide such as tin oxide or zinc oxide whose thermal conductivity is increased by a gas or a mixture thereof. .
【請求項5】 コイル状に巻かれた2つの白金又はその
合金をパッケージ電極にそれぞれボンディングする工程
と、 前記白金又はその合金コイル上に電気メッキで金属膜を
形成する工程と、前記金属膜を熱酸化させて多孔性金属
酸化物膜を形成する工程と、感知素子として用いられる
白金又はその合金の多孔性金属酸化物膜に貴金属を含浸
させる工程と、 前記貴金属触媒含浸後に乾燥及び焼成する工程と、 からなる接触燃焼式ガスセンサの製造方法。
5. A step of bonding two platinum or an alloy thereof wound in a coil shape to a package electrode, a step of forming a metal film on the platinum or alloy alloy coil by electroplating, and A step of forming a porous metal oxide film by thermal oxidation, a step of impregnating the porous metal oxide film of platinum or its alloy used as a sensing element with a noble metal, and a step of drying and firing after the impregnation of the noble metal catalyst A method for manufacturing a contact combustion type gas sensor comprising:
【請求項6】 前記貴金属触媒含浸工程は、前記感知素
子として用いられる多孔性金属酸化物膜に、塩化白金
酸、塩化パラジウム等の貴金属の含まれた化合物を適当
な溶液に一定濃度に溶かして定量吐出機で一定量を吐出
するようにしてなる請求項5に記載の接触燃焼式ガスセ
ンサの製造方法。
6. The noble metal catalyst impregnating step comprises dissolving a compound containing a noble metal such as chloroplatinic acid or palladium chloride in a suitable solution at a predetermined concentration in a porous metal oxide film used as the sensing element. 6. The method for manufacturing a contact combustion type gas sensor according to claim 5, wherein a fixed amount is discharged by a fixed amount discharger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4588327B2 (en) * 2004-01-13 2010-12-01 東京瓦斯株式会社 Calorific value calculation device and method
WO2006090433A1 (en) * 2005-02-22 2006-08-31 Fis Inc. Hydrogen gas sensor and process for producing the same
US8293179B2 (en) 2006-07-14 2012-10-23 Fis Inc. Gas detection apparatus
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JP5138404B2 (en) * 2008-02-05 2013-02-06 アズビル株式会社 Gas sensor chip and gas sensor having the same
US10578573B2 (en) * 2013-03-12 2020-03-03 Msa Technology, Llc Diagnostics for catalytic structures and combustible gas sensors including catalytic structures
CN105301064B (en) * 2015-12-10 2018-08-24 郑州大学 In with environment epidemic disaster self compensation ability2O3Base hot wire type semiconductor gas sensor
CN108107082A (en) * 2017-12-18 2018-06-01 哈尔滨佳启科技开发有限公司 A kind of detection middle and high concentration integrated gas sensors and preparation method and application
CN108313972B (en) * 2018-03-16 2024-03-08 苏州芯镁信电子科技有限公司 Hydrogen sensor and processing method and application thereof
CN108614009B (en) * 2018-05-23 2021-02-26 哈尔滨工程大学 Manufacturing method of tubular spoke type nanotube array carrier gas sensor, sensor and application of sensor
CN108732212B (en) * 2018-05-23 2020-12-15 哈尔滨工程大学 Manufacturing method of multi-effect detection integrated gas sensor, sensor and application of sensor
CN108956718B (en) * 2018-09-05 2024-02-09 华霆(合肥)动力技术有限公司 Combustible gas detection device, power supply device and electric automobile
CN114280101A (en) * 2020-09-28 2022-04-05 中国科学院理化技术研究所 Combustion wave velocity detection device and method of temperature response variable resistance mechanism

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