JP3023832B2 - 低濃度用アルコールセンサ及びその応用機器 - Google Patents
低濃度用アルコールセンサ及びその応用機器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低濃度メチルアルコール
を高精度で検出するセンサ及び該センサを組込んでなる
応用機器に関する。
を高精度で検出するセンサ及び該センサを組込んでなる
応用機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機物合成の中間体、溶剤又は燃料系と
して使用されるメチルアルコールは、毒性が強いため、
労働安全衛生法、有機溶剤中毒予防規則等では２００ｐ
ｐｍを環境許容濃度と定めているが、この規定濃度を正
確にかつ簡単にしかも連続的に計測でき、しかも廉価に
入手できる装置は殆んど身受けられない。
して使用されるメチルアルコールは、毒性が強いため、
労働安全衛生法、有機溶剤中毒予防規則等では２００ｐ
ｐｍを環境許容濃度と定めているが、この規定濃度を正
確にかつ簡単にしかも連続的に計測でき、しかも廉価に
入手できる装置は殆んど身受けられない。
【０００３】即ち、ガスクロマトグラフは比較的正確で
はあっても、大型で取扱が面倒であり、かつ高価である
ので誰にでも使用できるものではなく、しかも、連続的
に正確な測定値を得られない点で問題がある。また、半
導体センサは、比較的低濃度の感度はあるが、再現性、
信頼性の点で問題があり、メータ表示が困難である。さ
らに、従来の接触燃焼式のアルコールセンサは、２０μ
ｍＰｔ線を６Ｖで使用する比較的高感度のものであって
も、２００ｐｐｍを３ｍＶ程度の出力で検出するのがせ
い一杯であり、通常ＣＨ3 ＯＨ ０．１％雰囲気中で２
〜３ｍＶの出力しかなく殆んど使用されていない。
はあっても、大型で取扱が面倒であり、かつ高価である
ので誰にでも使用できるものではなく、しかも、連続的
に正確な測定値を得られない点で問題がある。また、半
導体センサは、比較的低濃度の感度はあるが、再現性、
信頼性の点で問題があり、メータ表示が困難である。さ
らに、従来の接触燃焼式のアルコールセンサは、２０μ
ｍＰｔ線を６Ｖで使用する比較的高感度のものであって
も、２００ｐｐｍを３ｍＶ程度の出力で検出するのがせ
い一杯であり、通常ＣＨ3 ＯＨ ０．１％雰囲気中で２
〜３ｍＶの出力しかなく殆んど使用されていない。
【０００４】本発明者らは、さきに有機溶剤濃度計を提
供しているが、その際トルエン、ＭＥＫ等の如く比較的
分子燃焼熱が大で、しかも環境基準値の比較的高いもの
は、２０μｍＰｔ線で６Ｖタイプのセンサでも十分処理
できた。しかし、メチルアルコールについては十分満足
できる結果が得られなかった。
供しているが、その際トルエン、ＭＥＫ等の如く比較的
分子燃焼熱が大で、しかも環境基準値の比較的高いもの
は、２０μｍＰｔ線で６Ｖタイプのセンサでも十分処理
できた。しかし、メチルアルコールについては十分満足
できる結果が得られなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の実状に
鑑みてなされたもので、メチルアルコールについて、２
００ｐｐｍで１０ｍＶ以上の出力を有し、また、エチル
アルコールについては１００ｐｐｍで１０ｍＶ以上の出
力を有する低濃度用アルコールセンサの開発に鋭意努力
し、遂に所期の目的を達成し得たものである。
鑑みてなされたもので、メチルアルコールについて、２
００ｐｐｍで１０ｍＶ以上の出力を有し、また、エチル
アルコールについては１００ｐｐｍで１０ｍＶ以上の出
力を有する低濃度用アルコールセンサの開発に鋭意努力
し、遂に所期の目的を達成し得たものである。
【０００６】通常の有機溶剤の分子燃焼熱と環境基準濃
度は下記のとおりである。 物質名 分子燃焼熱 環境基準濃度 アセトン ４２９キロカロリ ２００ｐｐｍ トルエン ９５７キロカロリ １００ｐｐｍ ＭＥＫ ５９６キロカロリ ２００ｐｐｍ メタノール １５８キロカロリ ２００ｐｐｍ これに対し、一般の接触燃焼式ガスセンサにおけるＣＨ
3 ＯＨの感度は ａ．ブリッジ電圧２Ｖの４０μｍＰｔ線の所謂２Ｖセン
サでは、濃度０．１％で３ｍＶであり０．０２％では全
く使用不可能であり、 ｂ．また、ブリッジ電圧３Ｖの４０μｍＰｔ線の所謂３
Ｖセンサでは、濃度０．１％で、４ｍＶが出力するが、
０．０２％では全く使用不可能となり、 ｃ．さらに、ブリッジ電圧６Ｖの２０μｍＰｔ線の所謂
６Ｖセンサでは、濃度０．１％で１２ｍＶ、濃度２００
ｐｐｍで３ｍＶであるに過ぎなかった。
度は下記のとおりである。 物質名 分子燃焼熱 環境基準濃度 アセトン ４２９キロカロリ ２００ｐｐｍ トルエン ９５７キロカロリ １００ｐｐｍ ＭＥＫ ５９６キロカロリ ２００ｐｐｍ メタノール １５８キロカロリ ２００ｐｐｍ これに対し、一般の接触燃焼式ガスセンサにおけるＣＨ
3 ＯＨの感度は ａ．ブリッジ電圧２Ｖの４０μｍＰｔ線の所謂２Ｖセン
サでは、濃度０．１％で３ｍＶであり０．０２％では全
く使用不可能であり、 ｂ．また、ブリッジ電圧３Ｖの４０μｍＰｔ線の所謂３
Ｖセンサでは、濃度０．１％で、４ｍＶが出力するが、
０．０２％では全く使用不可能となり、 ｃ．さらに、ブリッジ電圧６Ｖの２０μｍＰｔ線の所謂
６Ｖセンサでは、濃度０．１％で１２ｍＶ、濃度２００
ｐｐｍで３ｍＶであるに過ぎなかった。
【０００７】本発明は、比抵抗及び温度係数が、従来使
用されているＰｔ線よりも大なるＦｅ−Ｐｄ系合金線材
を使用するものである。Ｆｅ−Ｐｄ線は、耐熱性がＰｔ
線より幾分劣るが、温度−抵抗性が２４０℃位までは十
分であると思われたので、ＣＨ3 ＯＨによる酸化温度に
ついて調査を行った。山中龍雄氏著の「触媒化学の進
歩」によれば、貴金属触媒による無触媒着火温度及び触
媒着火温度並びに完全酸化温度は下記のとおりであると
述べておられる。 物質名 無触媒着火温度 触媒着火温度 完全酸化温度 トルエン ５５２℃ １６０℃ ２４０℃ キシレン ４８２℃ １６０℃ ２７０℃ メタノール ４６４℃ ２０℃ １５０℃ ブタノール ３４３℃ １５０℃ ２５０℃ ＭＥＫ ５１６℃ １４５℃ ３００℃ アセトン ６５０℃ １３０℃ ２５０℃
用されているＰｔ線よりも大なるＦｅ−Ｐｄ系合金線材
を使用するものである。Ｆｅ−Ｐｄ線は、耐熱性がＰｔ
線より幾分劣るが、温度−抵抗性が２４０℃位までは十
分であると思われたので、ＣＨ3 ＯＨによる酸化温度に
ついて調査を行った。山中龍雄氏著の「触媒化学の進
歩」によれば、貴金属触媒による無触媒着火温度及び触
媒着火温度並びに完全酸化温度は下記のとおりであると
述べておられる。 物質名 無触媒着火温度 触媒着火温度 完全酸化温度 トルエン ５５２℃ １６０℃ ２４０℃ キシレン ４８２℃ １６０℃ ２７０℃ メタノール ４６４℃ ２０℃ １５０℃ ブタノール ３４３℃ １５０℃ ２５０℃ ＭＥＫ ５１６℃ １４５℃ ３００℃ アセトン ６５０℃ １３０℃ ２５０℃
【０００８】
【０００９】本発明に係る接触燃焼式センサにあって
は、 ΔＶ＝（ΔＲ／４Ｒ）・Ｖｉ， ΔＲ＝ｋ・α・ｍ・Ｑ／ｃ （但し、ΔＶはガス感度、ΔＲはアルコールがコイルに
触れた場合のコイル抵抗変化値、Ｒは活性部コイル抵抗
値、Ｖｉはブリッジ電圧、ｋは定着、αは線材の温度係
数、ｍはガス濃度、Ｑは分子燃焼熱、ｃはセンサの熱容
量である。）の理論式が成立する。この式から推定する
と、ＣＯの分子燃焼熱Ｑは６８．６５ｋｃａｌ，ＣＨ3
ＯＨの分子燃焼熱Ｑは１５８．４ｋｃａｌであるから、
ＣＯの場合では、５００ｐｐｍで２０〜２５ｍＶの感度
を有し、また、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨの場合では、５００ｐｐｍ
で４６〜５７ｍＶ，ＣＨ3 ＯＨの場合は２００ｐｐｍで
１８〜２３ｍＶの感度を有することになる。
は、 ΔＶ＝（ΔＲ／４Ｒ）・Ｖｉ， ΔＲ＝ｋ・α・ｍ・Ｑ／ｃ （但し、ΔＶはガス感度、ΔＲはアルコールがコイルに
触れた場合のコイル抵抗変化値、Ｒは活性部コイル抵抗
値、Ｖｉはブリッジ電圧、ｋは定着、αは線材の温度係
数、ｍはガス濃度、Ｑは分子燃焼熱、ｃはセンサの熱容
量である。）の理論式が成立する。この式から推定する
と、ＣＯの分子燃焼熱Ｑは６８．６５ｋｃａｌ，ＣＨ3
ＯＨの分子燃焼熱Ｑは１５８．４ｋｃａｌであるから、
ＣＯの場合では、５００ｐｐｍで２０〜２５ｍＶの感度
を有し、また、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨの場合では、５００ｐｐｍ
で４６〜５７ｍＶ，ＣＨ3 ＯＨの場合は２００ｐｐｍで
１８〜２３ｍＶの感度を有することになる。
【００１０】メチルアルコールを使用する職場は比較的
多く存在する。しかし、大抵の場合、大型でかつ高価な
ガスクロマトグラフ等は殆んど使用できず、また、検知
管では、アルコール濃度の連続測定は不可能であり、さ
らに、臭覚では２，０００ｐｐｍ以上でなければその存
在を感覚し得ない。従って、上記の感度が得られるセン
サが提供されれば、僅かの増幅操作により、信頼性の高
い濃度計又は警報器等が製造でき、労働衛生上の安全性
を満足しうるものと思料される。
多く存在する。しかし、大抵の場合、大型でかつ高価な
ガスクロマトグラフ等は殆んど使用できず、また、検知
管では、アルコール濃度の連続測定は不可能であり、さ
らに、臭覚では２，０００ｐｐｍ以上でなければその存
在を感覚し得ない。従って、上記の感度が得られるセン
サが提供されれば、僅かの増幅操作により、信頼性の高
い濃度計又は警報器等が製造でき、労働衛生上の安全性
を満足しうるものと思料される。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【実施例】図１は、本発明に係る低濃度用アルコールセ
ンサの回路図、図２はＦｅ−Ｐｄ合金線とＰｔ線の温度
−抵抗特性を示すグラフ、図３は本発明に係るセンサの
ＣＨ3 ＯＨに対する感度を示すグラフである。
ンサの回路図、図２はＦｅ−Ｐｄ合金線とＰｔ線の温度
−抵抗特性を示すグラフ、図３は本発明に係るセンサの
ＣＨ3 ＯＨに対する感度を示すグラフである。
【００１４】まず、本センサの製法について説明する。
センサの中核をなす活性部及び補償部のコイルは、１０
〜４０μｍのＦｅ−Ｐｄ系合金線であるが、本例では、
ρ0が４０〜５０μΩｃｍで、Ｔ．Ｃ．Ｒ（０〜５０
℃）６００〜７０００ｐｐｍ／℃の３０μｍＦｅ−Ｐｄ
系合金線を、内径０．８〜１．０φで２０〜２４ターン
のコイルとし、分離型ＴＯ−５の如きステムにコイルを
水平に溶接し、コイルの長さを２．５〜３．０ｍｍ程度
にして、センサ温度が目的値になるように調節した。つ
いで、エチルアルコール系の有機溶剤でコイルを洗滌
し、乾燥後、電着塗装法でＡｌ2 Ｏ3 をコイルに付着
し、コイルを絶縁固定する。電着後、ヒビ割れの入らぬ
ように乾燥仕上げる。ついで、４００℃位で赤外線加熱
し、樹脂分を分解焼成し除去する。
センサの中核をなす活性部及び補償部のコイルは、１０
〜４０μｍのＦｅ−Ｐｄ系合金線であるが、本例では、
ρ0が４０〜５０μΩｃｍで、Ｔ．Ｃ．Ｒ（０〜５０
℃）６００〜７０００ｐｐｍ／℃の３０μｍＦｅ−Ｐｄ
系合金線を、内径０．８〜１．０φで２０〜２４ターン
のコイルとし、分離型ＴＯ−５の如きステムにコイルを
水平に溶接し、コイルの長さを２．５〜３．０ｍｍ程度
にして、センサ温度が目的値になるように調節した。つ
いで、エチルアルコール系の有機溶剤でコイルを洗滌
し、乾燥後、電着塗装法でＡｌ2 Ｏ3 をコイルに付着
し、コイルを絶縁固定する。電着後、ヒビ割れの入らぬ
ように乾燥仕上げる。ついで、４００℃位で赤外線加熱
し、樹脂分を分解焼成し除去する。
【００１５】活性部となるコイルは、Ｈ2 ＰｔＣｌ6 ・
６Ｈ2 Ｏ（１：１０）溶液の０．１ｃｃを先に塗布され
ているＡｌ2 Ｏ3 上部に塗布し、乾燥後、４００℃位の
赤外線スポットを当てて加熱分解しＰｔ−ブラックを生
成する。水洗乾燥して仕上げる。また、金属パラジウム
を強熱して酸化せしめてなるＰｄＯとＡｌ2 Ｏ3 の樹脂
液を電着させ自然乾燥、真空乾燥を経て、Ｎ2 ガス炉中
で焼結後、保護膜を塗着し、エージング後、キャップを
被着して完成する。このほか、ほぼ同様の方法でＰｔブ
ラックとＰｄＯとの混合物を塗布することができる。い
ずれも良好な結果が得られる。
６Ｈ2 Ｏ（１：１０）溶液の０．１ｃｃを先に塗布され
ているＡｌ2 Ｏ3 上部に塗布し、乾燥後、４００℃位の
赤外線スポットを当てて加熱分解しＰｔ−ブラックを生
成する。水洗乾燥して仕上げる。また、金属パラジウム
を強熱して酸化せしめてなるＰｄＯとＡｌ2 Ｏ3 の樹脂
液を電着させ自然乾燥、真空乾燥を経て、Ｎ2 ガス炉中
で焼結後、保護膜を塗着し、エージング後、キャップを
被着して完成する。このほか、ほぼ同様の方法でＰｔブ
ラックとＰｄＯとの混合物を塗布することができる。い
ずれも良好な結果が得られる。
【００１６】補償部となるコイルは、所謂ダミイコイル
であってＡｌ2 Ｏ3 のみでもよいが、機械的強度をあげ
るために、アルミナゾル又はシリカゲルを塗布乾燥して
仕上げられる。
であってＡｌ2 Ｏ3 のみでもよいが、機械的強度をあげ
るために、アルミナゾル又はシリカゲルを塗布乾燥して
仕上げられる。
【００１７】でき上った活性部及び補償部のコイルは、
Ｔ−Ｒ（温度−抵抗）特性の類似したものを組合せて一
対とする。理想的には全く同一なものが好ましいが、現
実には困難であるので、補償部のやや抵抗大なるものを
選択する。このようにして、でき上った活性部及び補償
物の各コイルは、図１に示す如き回路に組入れられる。
活性部Ｓと補償部Ｄとは直列に配置され、その対辺にブ
リッジ抵抗ｒ1 ，ｒ2及びｒ3 が直列に配置される。活
性部１と補償部２との中間点３と、抵抗ｒ3 との間に、
電圧値（ｍＶ）が表示される感度計Ｖ0 を設け、さら
に、活性部１、補償部２及びブリッジ抵抗ｒ1 ，ｒ2 ，
ｒ3 に直流電圧を印加するブリッジ電源Ｖｉを配して形
成される。
Ｔ−Ｒ（温度−抵抗）特性の類似したものを組合せて一
対とする。理想的には全く同一なものが好ましいが、現
実には困難であるので、補償部のやや抵抗大なるものを
選択する。このようにして、でき上った活性部及び補償
物の各コイルは、図１に示す如き回路に組入れられる。
活性部Ｓと補償部Ｄとは直列に配置され、その対辺にブ
リッジ抵抗ｒ1 ，ｒ2及びｒ3 が直列に配置される。活
性部１と補償部２との中間点３と、抵抗ｒ3 との間に、
電圧値（ｍＶ）が表示される感度計Ｖ0 を設け、さら
に、活性部１、補償部２及びブリッジ抵抗ｒ1 ，ｒ2 ，
ｒ3 に直流電圧を印加するブリッジ電源Ｖｉを配して形
成される。
【００１８】上記のアルコールセンサでブリッジ電源６
Ｖにより、ＣＨ3 ＯＨの１００ｐｐｍでは感度１１ｍＶ
が得られ、また５００ｐｐｍでは５６ｍＶであった。な
お、センサ温度は１５５℃であった。エチルアルコール
の場合でも、良好な感度が得られた。センサ温度はＣＨ
3 ＯＨでは、１５０〜２００℃を、また、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ
では１４０〜１６０℃を設定温度とする。
Ｖにより、ＣＨ3 ＯＨの１００ｐｐｍでは感度１１ｍＶ
が得られ、また５００ｐｐｍでは５６ｍＶであった。な
お、センサ温度は１５５℃であった。エチルアルコール
の場合でも、良好な感度が得られた。センサ温度はＣＨ
3 ＯＨでは、１５０〜２００℃を、また、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ
では１４０〜１６０℃を設定温度とする。
【００１９】図２には、Ｆｅ−Ｐｄ系合金線とＰｔ線と
の温度−抵抗特性の比較を示すもので、Ｆｅ−Ｐｄ系合
金線が好ましいことがわかる。
の温度−抵抗特性の比較を示すもので、Ｆｅ−Ｐｄ系合
金線が好ましいことがわかる。
【００２０】図３は、ＣＨ3 ＯＨにおける感度を示すカ
ーブであり、出力（ｍＶ）はガス濃度（ｐｐｍ）に概ね
比例してあらわれる。
ーブであり、出力（ｍＶ）はガス濃度（ｐｐｍ）に概ね
比例してあらわれる。
【００２１】
【発明の効果】以上の如く、本発明に係る低濃度メチル
アルコール用センサは、活性部及び補償部のいずれのコ
イルにも、Ｆｅ−Ｐｄ合金線が使用されるので、比抵抗
及び温度係数が従来のＰｔ線等に較べて格段に大とな
り、メチルアルコールに対するセンサ感度が良好であ
り、かつ、コイルの均一性、量産性が優れて製作が容易
なる等、多くの利点を有するものであり、低濃度メチル
アルコールに適用して優れたセンサを形成するものであ
る。
アルコール用センサは、活性部及び補償部のいずれのコ
イルにも、Ｆｅ−Ｐｄ合金線が使用されるので、比抵抗
及び温度係数が従来のＰｔ線等に較べて格段に大とな
り、メチルアルコールに対するセンサ感度が良好であ
り、かつ、コイルの均一性、量産性が優れて製作が容易
なる等、多くの利点を有するものであり、低濃度メチル
アルコールに適用して優れたセンサを形成するものであ
る。
【図１】本発明に係る低濃度用アルコールセンサの回路
図である。
図である。
【図２】Ｆｅ−Ｐｄ合金線とＰｔ線の温度−抵抗特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】本発明に係るセンサのＣＨ3 ＯＨに対する感度
を示すグラフである。
を示すグラフである。
Ｓ 活性部 Ｄ 補償部 ｒ1 ブリッジ抵抗 ｒ2 ブリッジ抵抗 ｒ3 ブリッジ抵抗 ３ 中間点 Ｖ0 感度計（ｍＶ表示） Ｖｉ ブリッジ電源
Claims (2)
- 【請求項１】 １０〜４０μｍのＦｅ−Ｐｄ合金線に、
Ｐｔブラック−Ａｌ２Ｏ３又はＰｄＯ−Ａｌ２Ｏ３或い
はＰｔブラック・ＰｄＯ−Ａｌ２Ｏ３の触媒を電着して
なる 接触燃焼式センサであって、１４０〜１６０℃を
設定温度として使用することを特徴とする低濃度用メチ
ルアルコールセンサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のメチルアルコール用セ
ンサが組込まれる環境許容濃度測定用機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7188165A JP3023832B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 低濃度用アルコールセンサ及びその応用機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7188165A JP3023832B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 低濃度用アルコールセンサ及びその応用機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0915185A JPH0915185A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3023832B2 true JP3023832B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=16218895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7188165A Expired - Lifetime JP3023832B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 低濃度用アルコールセンサ及びその応用機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3023832B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4375336B2 (ja) * | 2003-08-11 | 2009-12-02 | 株式会社日立製作所 | ガスセンサ及びガス検知方法 |
| JP5028453B2 (ja) * | 2009-07-27 | 2012-09-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | ガスセンサ及びガス検知方法 |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP7188165A patent/JP3023832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0915185A (ja) | 1997-01-17 |
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