JP3032168B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】抵抗性ガスセンサは特定のガスに感応す
る材料の特性に基づいている。その電気特性は所定のガ
スが存在するとその濃度に応じて再現可能な固有の方法
で変化する。ガス感応膜の導電率変化の検出は一般に電
気的方法で行われる。このためにガス感応材料は測定電
極によって例えば電源に接続され、それにより電流回路
が構成される。
る材料の特性に基づいている。その電気特性は所定のガ
スが存在するとその濃度に応じて再現可能な固有の方法
で変化する。ガス感応膜の導電率変化の検出は一般に電
気的方法で行われる。このためにガス感応材料は測定電
極によって例えば電源に接続され、それにより電流回路
が構成される。
【０００３】所定のガスの存在を検出するために、抵抗
性ガスセンサが燃焼式原動機の排ガス路内に設置される
場合、この抵抗性ガスセンサは機械的及び化学的影響か
ら保護されなければならない。このことはガス感応素子
上に設けられた少なくとも部分的にガスを透過させる保
護膜（犠牲膜）によって達成することができる（ドイツ
連邦共和国特許第４３３９７３７号公報参照）。この保
護膜は導電性を有するとともにそれ自体がガスに感応し
てしまうので、本来のセンサ抵抗に対してコントロール
しにくい並列抵抗を形成する。さらに、この保護膜は化
学作用の強い媒体の影響を受けてその化学的組成ならび
にその導電率を変化させるので付加的にセンサの特性線
がドリフトを含んだ変化をするようになる。しかも保護
膜の抵抗は温度に大きく依存する。従って測定精度への
保護膜の影響は同様に温度に大きく左右される。
性ガスセンサが燃焼式原動機の排ガス路内に設置される
場合、この抵抗性ガスセンサは機械的及び化学的影響か
ら保護されなければならない。このことはガス感応素子
上に設けられた少なくとも部分的にガスを透過させる保
護膜（犠牲膜）によって達成することができる（ドイツ
連邦共和国特許第４３３９７３７号公報参照）。この保
護膜は導電性を有するとともにそれ自体がガスに感応し
てしまうので、本来のセンサ抵抗に対してコントロール
しにくい並列抵抗を形成する。さらに、この保護膜は化
学作用の強い媒体の影響を受けてその化学的組成ならび
にその導電率を変化させるので付加的にセンサの特性線
がドリフトを含んだ変化をするようになる。しかも保護
膜の抵抗は温度に大きく依存する。従って測定精度への
保護膜の影響は同様に温度に大きく左右される。
【０００４】安定なすなわちドリフトを含まないセンサ
信号を得るためには、センサ温度は厳密に一定に保持さ
れなければならないが、このことは標準的な周囲条件の
下では、例えば排ガス路内の高速ガス流の場合には特別
困難であり、いずれにせよ高速でしかも精密な温度調整
を必要とする。
信号を得るためには、センサ温度は厳密に一定に保持さ
れなければならないが、このことは標準的な周囲条件の
下では、例えば排ガス路内の高速ガス流の場合には特別
困難であり、いずれにせよ高速でしかも精密な温度調整
を必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ドリ
フトが最小になるようなガスセンサを提供することにあ
る。
フトが最小になるようなガスセンサを提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、ガス感応膜と、このガス感応膜の一方の側面に設
けられた少なくとも１つの測定電極パターンと、この測
定電極パターンに対向してガス感応膜の他方の側面に設
けられた導電膜と、ガス感応膜及び導電膜を覆う保護膜
とから構成されることによって解決される。
れば、ガス感応膜と、このガス感応膜の一方の側面に設
けられた少なくとも１つの測定電極パターンと、この測
定電極パターンに対向してガス感応膜の他方の側面に設
けられた導電膜と、ガス感応膜及び導電膜を覆う保護膜
とから構成されることによって解決される。
【０００７】本発明のガスセンサでは、例えば外部電界
の変化のような事象はもはや測定精度に影響しなくな
る。
の変化のような事象はもはや測定精度に影響しなくな
る。
【０００８】測定精度への保護膜の影響は同様に最小に
なる。
なる。
【０００９】本発明の実施態様は請求項２以降に記載さ
れている。
れている。
【００１０】請求項２記載のガスセンサは高い機械的安
定性の利点を有する。
定性の利点を有する。
【００１１】測定精度への基板の影響を軽減するため
に、請求項３によれば測定電極パターンと基板との間に
絶縁膜が設けられる。
に、請求項３によれば測定電極パターンと基板との間に
絶縁膜が設けられる。
【００１２】化学的影響からガス感応膜を保護するため
に、保護膜が設けられている。
に、保護膜が設けられている。
【００１３】請求項５記載のガスセンサは、ガスセンサ
の特性すなわち所定のガス種類に対する感度及び横感度
を触媒の適当な選択によって的確に変えしかも調整する
ことができるという利点を有する。さらに触媒によって
センサ特性線の勾配をコントロールすることができる。
の特性すなわち所定のガス種類に対する感度及び横感度
を触媒の適当な選択によって的確に変えしかも調整する
ことができるという利点を有する。さらに触媒によって
センサ特性線の勾配をコントロールすることができる。
【００１４】請求項６記載のガスセンサは普遍性が大き
いという利点を有している。というのは、通常純粋な金
属から成る導電膜の代わりに、例えば金属酸化物及びセ
ラミックス又はフタロシアニンのような有機物質も使用
することができるからである。金属酸化物及びセラミッ
クスは例えば非常に高い耐熱性を有する。また有機材料
を使用することによって化学反応が的確に触媒作用し、
その反応生成物がガス感応膜によって検出される。被覆
電極は同様にフィルタ作用を有し、それゆえ所定の種類
のガスのみが被覆電極を透過してガス感応膜によって検
知される。これによって例えばセンサの選択性が改善さ
れる。
いという利点を有している。というのは、通常純粋な金
属から成る導電膜の代わりに、例えば金属酸化物及びセ
ラミックス又はフタロシアニンのような有機物質も使用
することができるからである。金属酸化物及びセラミッ
クスは例えば非常に高い耐熱性を有する。また有機材料
を使用することによって化学反応が的確に触媒作用し、
その反応生成物がガス感応膜によって検出される。被覆
電極は同様にフィルタ作用を有し、それゆえ所定の種類
のガスのみが被覆電極を透過してガス感応膜によって検
知される。これによって例えばセンサの選択性が改善さ
れる。
【００１５】請求項７記載のガスセンサは測定速度を高
めるために有利である。ガス感応膜へのガスの通過が高
められる。
めるために有利である。ガス感応膜へのガスの通過が高
められる。
【００１６】請求項１０記載のガスセンサは測定精度を
高めしかも感度を向上させるために有利である。
高めしかも感度を向上させるために有利である。
【００１７】請求項１１、１２、１３及び１４記載のガ
スセンサでは、長い電流路の利点の他に、遮蔽電極、基
本電極の個々の水平層のためにならびに個々のガス感応
膜のために種々の材料を選択することができるという利
点が得られる。
スセンサでは、長い電流路の利点の他に、遮蔽電極、基
本電極の個々の水平層のためにならびに個々のガス感応
膜のために種々の材料を選択することができるという利
点が得られる。
【００１８】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
説明する。
【００１９】図１に断面を示された本発明によるガスセ
ンサは電気絶縁膜Ｉを設けられた基板Ｓを有する。電気
絶縁膜Ｉを設けることは選択的なものであり、基板Ｓが
障害となる真性導電率を持つ場合にのみ必要である。図
１から分かるように、絶縁膜Ｉ上には測定電極Ｄ及びガ
ス感応膜Ｇが配置されている。ガス感応膜Ｇは一部分に
（図１の場合）又は全体に遮蔽電極Ｖ（以下においては
導電膜とも称する）を備えている。これらの上には保護
膜Ｚが設けられている。
ンサは電気絶縁膜Ｉを設けられた基板Ｓを有する。電気
絶縁膜Ｉを設けることは選択的なものであり、基板Ｓが
障害となる真性導電率を持つ場合にのみ必要である。図
１から分かるように、絶縁膜Ｉ上には測定電極Ｄ及びガ
ス感応膜Ｇが配置されている。ガス感応膜Ｇは一部分に
（図１の場合）又は全体に遮蔽電極Ｖ（以下においては
導電膜とも称する）を備えている。これらの上には保護
膜Ｚが設けられている。
【００２０】
【００２１】用途例に応じてセンサは加熱装置を備え
る。この加熱装置は図１には示されていない。
る。この加熱装置は図１には示されていない。
【００２２】遮蔽電極Ｖ（以下においては遮蔽膜とも称
する）は測定電極Ｄ（同様に基本電極とも称する）上の
電界Ｅに対する等電位面として使われる。遮蔽電極Ｖは
電界Ｅを外側空間に対して、特に保護膜Ｚが設けられて
いる場合この保護膜Ｚの領域に対して遮蔽する（＝ファ
ラデー遮蔽）。遮蔽電極Ｖは電気端子を持たない。
する）は測定電極Ｄ（同様に基本電極とも称する）上の
電界Ｅに対する等電位面として使われる。遮蔽電極Ｖは
電界Ｅを外側空間に対して、特に保護膜Ｚが設けられて
いる場合この保護膜Ｚの領域に対して遮蔽する（＝ファ
ラデー遮蔽）。遮蔽電極Ｖは電気端子を持たない。
【００２３】本発明によるガスセンサの動作態様を明ら
かにするために、図２はガスセンサの測定電極Ｄ及び遮
蔽電極Ｖの斜視図を示す。なおＬは測定電極Ｄのリード
である。これらのリードＬは電圧Ｕ0 を発生する供給電
源と電流測定器ＳＭＧとに接続されている。測定電極Ｄ
と遮蔽電極Ｖとの間には電圧Ｕ0 を印加すると電界Ｅが
形成される。
かにするために、図２はガスセンサの測定電極Ｄ及び遮
蔽電極Ｖの斜視図を示す。なおＬは測定電極Ｄのリード
である。これらのリードＬは電圧Ｕ0 を発生する供給電
源と電流測定器ＳＭＧとに接続されている。測定電極Ｄ
と遮蔽電極Ｖとの間には電圧Ｕ0 を印加すると電界Ｅが
形成される。
【００２４】基本電極Ｄ及び遮蔽電極Ｖの配置は板間隔
ｄ及びガス感応導電性誘電体（この場合ガス感応膜Ｇ）
を有する２つの直列に接続された板コンデンサの配置に
ほぼ相当する。それゆえ電界Ｅは測定電極Ｄと遮蔽電極
Ｖとの間の領域に制限され、これによって電界強度Ｅの
ベクトルは（無視し得る縁部領域を除いて）電極表面に
垂直に位置する。電源によって電気回路内に生ぜしめら
れた電流はガス濃度及びその変化の尺度となり、電流測
定器ＳＭＧによって表示される。
ｄ及びガス感応導電性誘電体（この場合ガス感応膜Ｇ）
を有する２つの直列に接続された板コンデンサの配置に
ほぼ相当する。それゆえ電界Ｅは測定電極Ｄと遮蔽電極
Ｖとの間の領域に制限され、これによって電界強度Ｅの
ベクトルは（無視し得る縁部領域を除いて）電極表面に
垂直に位置する。電源によって電気回路内に生ぜしめら
れた電流はガス濃度及びその変化の尺度となり、電流測
定器ＳＭＧによって表示される。
【００２５】図３にセンサの平面図が示されている。平
面状の測定電極Ｄは基板Ｓの表面上に設けられ、この基
板Ｓは必要に応じて絶縁膜Ｉを備える（図３には示され
ていない）。測定電極Ｄに接続された導体路Ｌが電流供
給に使われる。測定電極Ｄとこの測定電極Ｄ上に配置さ
れたガス透過性遮蔽電極Ｖとの間にはガス感応膜Ｇが存
在している。
面状の測定電極Ｄは基板Ｓの表面上に設けられ、この基
板Ｓは必要に応じて絶縁膜Ｉを備える（図３には示され
ていない）。測定電極Ｄに接続された導体路Ｌが電流供
給に使われる。測定電極Ｄとこの測定電極Ｄ上に配置さ
れたガス透過性遮蔽電極Ｖとの間にはガス感応膜Ｇが存
在している。
【００２６】センサを保護するために、活性センサ領域
はガス透過性保護膜Ｚによって被覆されている。
はガス透過性保護膜Ｚによって被覆されている。
【００２７】センサ加熱装置は基板Ｓの背面で活性セン
サ材料Ｇの領域に配置され、この領域は出来る限り均一
な温度分布が得られるように設計されるのが好ましい。
サ材料Ｇの領域に配置され、この領域は出来る限り均一
な温度分布が得られるように設計されるのが好ましい。
【００２８】例えば酸化、化学的及び機械的作用からリ
ードＬを保護するために、導体路Ｌは補助被覆膜を備え
ることができる（図示されないない）。
ードＬを保護するために、導体路Ｌは補助被覆膜を備え
ることができる（図示されないない）。
【００２９】測定電極Ｄの上方に遮蔽電極Ｖを設けるこ
とによって次の利点が生ずる。
とによって次の利点が生ずる。
【００３０】まず第一に、センサは非常に低抵抗に設計
することができる。これにより電気的干渉及び電気的並
列抵抗によって惹き起こされる問題は著しく低減する。
することができる。これにより電気的干渉及び電気的並
列抵抗によって惹き起こされる問題は著しく低減する。
【００３１】測定電極Ｄの相互間の横方向間隔ｂ（図２
参照）が間隔ｄより著しく大きい、すなわちｂ＞＞ｄと
いう条件の下ではセンサ抵抗ＲS には次式が当てはま
る。
参照）が間隔ｄより著しく大きい、すなわちｂ＞＞ｄと
いう条件の下ではセンサ抵抗ＲS には次式が当てはま
る。
【００３２】
【数１】ＲS ＝ρ・ｄ／Ａ 〔Ω〕 但し、ρ＝ガス感応材料Ｇの抵抗率〔Ωｍ〕 Ａ＝測定電極Ｄの上側の面積〔ｍ2 〕
【００３３】第二に、センサ面積を著しく小さくするこ
とができる。これにより加熱電力を減少させることがで
き、しかもガス感応材料Ｇの領域に均一な温度分布を形
成することが著しく容易になる。
とができる。これにより加熱電力を減少させることがで
き、しかもガス感応材料Ｇの領域に均一な温度分布を形
成することが著しく容易になる。
【００３４】第三に、製造技術上の要求は現在可能な粗
い電極パターンに基づいて明らかに少なくなる。これに
より、例えば低いクリーンルーム等級及び簡単なパター
ン化技術（例えばリフト・オフ技術）を用いることが可
能になる。
い電極パターンに基づいて明らかに少なくなる。これに
より、例えば低いクリーンルーム等級及び簡単なパター
ン化技術（例えばリフト・オフ技術）を用いることが可
能になる。
【００３５】第四に、連続作動時に保護膜に徐々に生ず
る化学的変化（酸化、窒化等）によって、機械的摩耗に
よって、又は表面汚染（例えば摩耗粒子、凝結水）によ
って惹き起こされる保護膜Ｚの導電率の変化はセンサ電
気信号に影響しなくなる。
る化学的変化（酸化、窒化等）によって、機械的摩耗に
よって、又は表面汚染（例えば摩耗粒子、凝結水）によ
って惹き起こされる保護膜Ｚの導電率の変化はセンサ電
気信号に影響しなくなる。
【００３６】第五に、遮蔽電極Ｖのための触媒活性材料
によってセンサのガス感応特性を的確にコントロールす
ることができる。この場合電気的遮蔽作用は場合によっ
てはあまり重要ではなくなる。
によってセンサのガス感応特性を的確にコントロールす
ることができる。この場合電気的遮蔽作用は場合によっ
てはあまり重要ではなくなる。
【００３７】第六に、遮蔽電極Ｖのために金属及び金属
化合物ばかりでなく、一般に導電率が保護膜Ｚの導電率
に比較して充分なファラデー遮蔽を得られる大きさを持
つ材料を使用することもできる。この材料としては充分
な大きさの導電率を有する全ての無機（例えば金属酸化
物、セラミックス、半導体）及び有機の元素及び化合物
（例えばフタロシアニン）が挙げられる。
化合物ばかりでなく、一般に導電率が保護膜Ｚの導電率
に比較して充分なファラデー遮蔽を得られる大きさを持
つ材料を使用することもできる。この材料としては充分
な大きさの導電率を有する全ての無機（例えば金属酸化
物、セラミックス、半導体）及び有機の元素及び化合物
（例えばフタロシアニン）が挙げられる。
【００３８】第七に、遮蔽電極Ｖは多層構造体、例えば
ファラデー遮蔽として使われる導電層と触媒活性層とか
ら成る多層構造体から構成することができる。
ファラデー遮蔽として使われる導電層と触媒活性層とか
ら成る多層構造体から構成することができる。
【００３９】充分な大きさのガス透過度を持つ遮蔽電極
Ｖは以下Ｉ〜ＩＶに記載するように種々の様式で実現す
ることができる。
Ｖは以下Ｉ〜ＩＶに記載するように種々の様式で実現す
ることができる。
【００４０】Ｉ．全面に亘って析出された遮蔽膜Ｖを
（光技術又は及びエッチング技術によって）パターン化
し、それによりガス通過及びガス拡散が行われる自由領
域（多孔状、格子状又は条帯状パターン）を形成する
（図４及び図５参照）。
（光技術又は及びエッチング技術によって）パターン化
し、それによりガス通過及びガス拡散が行われる自由領
域（多孔状、格子状又は条帯状パターン）を形成する
（図４及び図５参照）。
【００４１】ＩＩ．多孔状、格子状又は条帯状パターン
の形で、例えばスクリーン印刷技術によって、遮蔽電極
Ｖをパターン化して設ける（図４及び図５参照）。
の形で、例えばスクリーン印刷技術によって、遮蔽電極
Ｖをパターン化して設ける（図４及び図５参照）。
【００４２】ＩＩＩ．遮蔽電極Ｖとして、例えばスパッ
タ又は蒸着によって、この遮蔽電極Ｖを通るガス分子の
充分な拡散を可能にする薄膜を全面に亘って設ける。
タ又は蒸着によって、この遮蔽電極Ｖを通るガス分子の
充分な拡散を可能にする薄膜を全面に亘って設ける。
【００４３】ＩＶ．遮蔽電極Ｖとして、例えばスクリー
ン印刷によって作られたガス感応膜Ｇの表面トポグラフ
ィーに関連して薄く、一体ではあるがエッジ被覆が不良
なため非常にガス透過性の良いパターンを生じる薄膜
を、例えばスパッタ又は蒸着によって全面に亘って設け
る（図６参照）。
ン印刷によって作られたガス感応膜Ｇの表面トポグラフ
ィーに関連して薄く、一体ではあるがエッジ被覆が不良
なため非常にガス透過性の良いパターンを生じる薄膜
を、例えばスパッタ又は蒸着によって全面に亘って設け
る（図６参照）。
【００４４】特に低抵抗のセンサ抵抗は、この場合にも
同様に測定電極Ｄのためにいわゆるインターディジタル
パターン、すなわち櫛状に互いに嵌まり込んだパターン
を得ることができる。このインターディジタル電極はこ
の場合電流供給ならびに電位取出しのために使うことが
できる。電極のフィンガー間隔は一般に１μｍ〜１００
μｍである。
同様に測定電極Ｄのためにいわゆるインターディジタル
パターン、すなわち櫛状に互いに嵌まり込んだパターン
を得ることができる。このインターディジタル電極はこ
の場合電流供給ならびに電位取出しのために使うことが
できる。電極のフィンガー間隔は一般に１μｍ〜１００
μｍである。
【００４５】測定電極Ｄのために低抵抗の金属元素又は
金属化合物が使用される。
金属化合物が使用される。
【００４６】遮蔽膜Ｖは同様に閉鎖することができる
（図示されていない）。この遮蔽膜Ｖを通る拡散はこの
場合にもガス感応膜Ｇへのガス通過が可能である。
（図示されていない）。この遮蔽膜Ｖを通る拡散はこの
場合にもガス感応膜Ｇへのガス通過が可能である。
【００４７】図７に示された実施例の場合、導電性遮蔽
電極Ｖは条帯状導体路を有する。この導体路は基本電極
Ｄ上に配置され、それにより、遮蔽電極Ｖの個々の各導
体路によって基本電極Ｄの広い領域が被覆され、電流が
基本電極Ｄの一方の部分からガス感応膜Ｇを通って遮蔽
電極Ｖの条帯状導体内へ流入し、そこから再びガス感応
膜Ｇを通って基本電極Ｄの他方の部分内へ流入する。さ
らに遮蔽電極Ｖの個々の条帯状導体路は或る一定の間隔
をもって配置されており、それゆえ遮蔽電極の個々の導
体路間の間隙はその下に配置されているガス感応膜への
良好なガス通過を可能にする。パターンが単純である他
に、図７に示された構成はさらに良好な応答特性を示
す。
電極Ｖは条帯状導体路を有する。この導体路は基本電極
Ｄ上に配置され、それにより、遮蔽電極Ｖの個々の各導
体路によって基本電極Ｄの広い領域が被覆され、電流が
基本電極Ｄの一方の部分からガス感応膜Ｇを通って遮蔽
電極Ｖの条帯状導体内へ流入し、そこから再びガス感応
膜Ｇを通って基本電極Ｄの他方の部分内へ流入する。さ
らに遮蔽電極Ｖの個々の条帯状導体路は或る一定の間隔
をもって配置されており、それゆえ遮蔽電極の個々の導
体路間の間隙はその下に配置されているガス感応膜への
良好なガス通過を可能にする。パターンが単純である他
に、図７に示された構成はさらに良好な応答特性を示
す。
【００４８】図８に示されているように、基本電極Ｄの
導体路及び遮蔽電極Ｖの導体路をオーパーラップした形
で順次配置することによって、図１乃至図３に示された
実施例に比べてガス感応材料内への電流路を著しく短く
することが可能である。これによって簡単に高いセンサ
抵抗を実現することができ、このことはガス感応膜Ｇの
ためのガス感応材料が非常に低抵抗である場合有利であ
る。同時に遮蔽電極Ｖを条帯状に中断して配置すること
によって、ガス感応膜への良好なガス通過が保証され
る。
導体路及び遮蔽電極Ｖの導体路をオーパーラップした形
で順次配置することによって、図１乃至図３に示された
実施例に比べてガス感応材料内への電流路を著しく短く
することが可能である。これによって簡単に高いセンサ
抵抗を実現することができ、このことはガス感応膜Ｇの
ためのガス感応材料が非常に低抵抗である場合有利であ
る。同時に遮蔽電極Ｖを条帯状に中断して配置すること
によって、ガス感応膜への良好なガス通過が保証され
る。
【００４９】図９は図８に示された原理に基づいて構成
されたガスセンサを示し、このガスセンサは４つの導体
路を有する基本電極Ｄを備えている。遮蔽電極Ｖは条帯
状の導体路（＝導体）から構成された３つの領域に分割
されている。機能は図３で説明した装置と同じである。
されたガスセンサを示し、このガスセンサは４つの導体
路を有する基本電極Ｄを備えている。遮蔽電極Ｖは条帯
状の導体路（＝導体）から構成された３つの領域に分割
されている。機能は図３で説明した装置と同じである。
【００５０】基本電極Ｄと遮蔽電極Ｖの個々の領域とを
水平配置する種々の構成の他に、今までの実施例で説明
したように、遮蔽電極Ｖは種々の様式で垂直に積層する
ことができる。このための実施例が図１０に示されてい
る。電極Ｄ、Ｗ、Ｖのために種々の材料を使用し、特に
膜Ｇ１、Ｇ２のために種々のガス感応材料を使用し、し
かもこの膜Ｇ１、Ｇ２の厚さを種々異ならせることによ
って、センサの特性を広範囲に変えるか、又は要求に的
確に整合させることができる。
水平配置する種々の構成の他に、今までの実施例で説明
したように、遮蔽電極Ｖは種々の様式で垂直に積層する
ことができる。このための実施例が図１０に示されてい
る。電極Ｄ、Ｗ、Ｖのために種々の材料を使用し、特に
膜Ｇ１、Ｇ２のために種々のガス感応材料を使用し、し
かもこの膜Ｇ１、Ｇ２の厚さを種々異ならせることによ
って、センサの特性を広範囲に変えるか、又は要求に的
確に整合させることができる。
【００５１】単一のセンサにおいて種々のガス感応膜を
組み合わせることによって、全く新規なセンサ特性を有
するガスセンサを製造することができる。
組み合わせることによって、全く新規なセンサ特性を有
するガスセンサを製造することができる。
【００５２】既に示したやり方（図７及び図９参照）で
遮蔽電極Ｖの個々の導体路を条帯状に形成することによ
って、この場合も同様にガスの通過を改善し、それによ
って応答速度を高めることができる。
遮蔽電極Ｖの個々の導体路を条帯状に形成することによ
って、この場合も同様にガスの通過を改善し、それによ
って応答速度を高めることができる。
【００５３】基本電極Ｄ及び種々の遮蔽電極Ｖ、Ｗ１、
Ｗ２のオーバーラップした導体路を垂直方向に段状に配
置することによって、図１１に示されているような装置
を実現することができる。これによって、長い電流路の
利点の他に、良好なガス通過性の利点と、遮蔽電極Ｗ
１、Ｗ２、基本電極Ｄ及びトップ電極Ｖの個々の水平層
のために並びに個々のガス感応膜Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のた
めに種々の材料を選択できるという利点が得られる。
Ｗ２のオーバーラップした導体路を垂直方向に段状に配
置することによって、図１１に示されているような装置
を実現することができる。これによって、長い電流路の
利点の他に、良好なガス通過性の利点と、遮蔽電極Ｗ
１、Ｗ２、基本電極Ｄ及びトップ電極Ｖの個々の水平層
のために並びに個々のガス感応膜Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のた
めに種々の材料を選択できるという利点が得られる。
【００５４】図１０に示された実施例に比べて、段状配
置によって、特に下側のガス感応膜Ｇ１、Ｇ２へのガス
の通過が著しく改善される。
置によって、特に下側のガス感応膜Ｇ１、Ｇ２へのガス
の通過が著しく改善される。
【００５５】さらに、個々のガス感応膜Ｇ１、Ｇ２、Ｇ
３のオーバーラップは、それぞれの上側の膜がその下側
に位置するガス感応膜のための保護膜として役立つよう
に選定される。すなわち、膜Ｚはガス感応膜Ｇ３の活性
領域を保護するのに役立つ。一方このガス感応膜Ｇ３は
ガス感応膜Ｇ２の活性領域を保護するのに役立ち、この
ガス感応膜Ｇ２はガス感応膜Ｇ１の活性領域を保護する
のに役立つ。
３のオーバーラップは、それぞれの上側の膜がその下側
に位置するガス感応膜のための保護膜として役立つよう
に選定される。すなわち、膜Ｚはガス感応膜Ｇ３の活性
領域を保護するのに役立つ。一方このガス感応膜Ｇ３は
ガス感応膜Ｇ２の活性領域を保護するのに役立ち、この
ガス感応膜Ｇ２はガス感応膜Ｇ１の活性領域を保護する
のに役立つ。
【００５６】応答速度をより一層高めるためにこの実施
例においても同様に個々の遮蔽電極Ｖ、Ｗ２、Ｗ１は既
に示したやり方で条帯状に実施することができる。
例においても同様に個々の遮蔽電極Ｖ、Ｗ２、Ｗ１は既
に示したやり方で条帯状に実施することができる。
【００５７】図１０及び図１１に示された実施例におけ
る個々のガス感応膜の個数は原理上制限されない。
る個々のガス感応膜の個数は原理上制限されない。
【００５８】同様に、上述の全ての実施例において、外
部電界に対するガス感応材料の活性領域のファラデー遮
蔽が保証される。単一のセンサにおいて種々のガス感応
膜を組み合わせることによって、全く新規なセンサ特性
を持つガスセンサを製造することができる。例えば、種
々の温度でガスセンサを作動させることによって、混合
ガス内の種々のガス成分を選択的に求めるために、種々
のガス感応膜（この場合ガス感応膜Ｇ）の測定感度及び
測定特性の異なった温度依存性を利用することができ
る。そのために電界Ｅは測定電極Ｄと遮蔽電極Ｖとの間
の領域に制限され、これによって電界Ｅのベクトルは
（無視し得る縁部領域を除いて）電極表面に垂直に位置
する。電源Ｕ0 により電気回路内に生ぜしめられた電流
はガス濃度及びその変化の尺度になり、電流測定器ＳＭ
Ｇによって表示される。
部電界に対するガス感応材料の活性領域のファラデー遮
蔽が保証される。単一のセンサにおいて種々のガス感応
膜を組み合わせることによって、全く新規なセンサ特性
を持つガスセンサを製造することができる。例えば、種
々の温度でガスセンサを作動させることによって、混合
ガス内の種々のガス成分を選択的に求めるために、種々
のガス感応膜（この場合ガス感応膜Ｇ）の測定感度及び
測定特性の異なった温度依存性を利用することができ
る。そのために電界Ｅは測定電極Ｄと遮蔽電極Ｖとの間
の領域に制限され、これによって電界Ｅのベクトルは
（無視し得る縁部領域を除いて）電極表面に垂直に位置
する。電源Ｕ0 により電気回路内に生ぜしめられた電流
はガス濃度及びその変化の尺度になり、電流測定器ＳＭ
Ｇによって表示される。
【図１】本発明によるセンサの原理構成を示す断面図。
【図２】本発明によるセンサの電極を示す斜視図。
【図３】本発明によるセンサを示す平面図。
【図４】遮蔽膜の第１の実施例を示す概略図。
【図５】遮蔽膜の第２の実施例を示す概略図。
【図６】遮蔽膜の第３の実施例を示す概略図。
【図７】被覆電極を条帯状に形成した本発明によるセン
サを示す平面図。
サを示す平面図。
【図８】基本電極ならびに被覆電極が複数の導体路を有
するガスセンサの他の実施例を示す断面図。
するガスセンサの他の実施例を示す断面図。
【図９】図８に示されたガスセンサを示す平面図。
【図１０】ガス感応膜を２層に構成し、両層間に第２の
遮蔽電極を設けたガスセンサの他の実施例を示す断面
図。
遮蔽電極を設けたガスセンサの他の実施例を示す断面
図。
【図１１】３層に構成されたガス感応膜を段状に配置
し、層間にそれぞれ遮蔽電極を設けたガスセンサの他の
実施例を示す断面図。
し、層間にそれぞれ遮蔽電極を設けたガスセンサの他の
実施例を示す断面図。
Ｇ ガス感応膜 Ｄ 測定電極（基本電極） Ｖ 遮蔽電極（導電膜、遮蔽膜） Ｚ 保護膜 Ｉ 絶縁膜 Ｓ 基板 Ｌ リード Ｅ 電界 Ｕ0 電圧 ＳＭＧ 電流測定器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランドルフ モツク ドイツ連邦共和国 81739 ミユンヘン ルートヴイツヒ‐エルハルト‐アレー 29 (72)発明者 ハンス マイクスナー ドイツ連邦共和国 85540 ハール マ ツクス‐プランク‐シユトラーセ ５ (56)参考文献 特開 平３−170045（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322818（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270282（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/12
Claims (15)
- 【請求項１】 ガス感応膜（Ｇ）と、このガス感応膜
（Ｇ）の一方の側面に設けられた少なくとも１つの測定
電極パターン（Ｄ）と、この測定電極パターン（Ｄ）に
対向してガス感応膜（Ｇ）の他方の側面に設けられた導
電膜（Ｖ）と、ガス感応膜（Ｇ）及び導電膜（Ｖ）を覆
う保護膜（Ｚ）とから構成されていることを特徴とする
ガスセンサ。 - 【請求項２】 測定電極パターン（Ｄ）、ガス感応膜
（Ｇ）、導電膜（Ｖ）及び保護膜（Ｚ）を担持する基板
（Ｓ）が設けられていることを特徴とする請求項１記載
のガスセンサ。 - 【請求項３】 測定電極パターン（Ｄ）と基板（Ｓ）と
の間に絶縁膜（Ｉ）が設けられていることを特徴とする
請求項１又は２記載のガスセンサ。 - 【請求項４】 ガス感応膜（Ｇ）はチタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸バリウム、酸化バナジウム、酸化ガリウ
ム、酸化セリウム、スズ酸バリウム又は酸化亜鉛から成
ることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のガス
センサ。 - 【請求項５】 導電膜（Ｖ）は触媒活性材料から成るこ
とを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のガスセン
サ。 - 【請求項６】 導電膜（Ｖ）は金属酸化物、セラミック
ス又は有機材料から成ることを特徴とする請求項１乃至
５の１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項７】 導電膜（Ｖ）は多孔性パターンを有する
ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のガスセ
ンサ。 - 【請求項８】 保護膜（Ｚ）はチタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウム、酸化バナジウム、酸化ガリウ
ム、酸化セリウム、スズ酸バリウム又は酸化亜鉛から成
ることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のガス
センサ。 - 【請求項９】 保護膜（Ｚ）及びガス感応膜（Ｇ）は同
じ材料から成ることを特徴とする請求項１乃至８の１つ
に記載のガスセンサ。 - 【請求項１０】 加熱手段が設けられていることを特徴
とする請求項１乃至９の１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項１１】 導電膜（Ｖ）の上に少なくとも１つの
別のガス感応膜（Ｇ２、Ｇ３）が配置され、この別のガ
ス感応膜（Ｇ２、Ｇ３）の上に少なくとも１つの別の導
電膜（Ｗ１、Ｗ２）が配置されることを特徴とする請求
項１乃至７、９の１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項１２】 導電膜（Ｖ）と保護膜（Ｚ）との間に
少なくとも１つの別のガス感応膜（Ｇ２、Ｇ３）と少な
くとも１つの別の導電膜（Ｗ１、Ｗ２）とが設けられて
いることを特徴とする請求項８記載のガスセンサ。 - 【請求項１３】 別のガス感応膜（Ｇ２、Ｇ３）はチタ
ン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化バナジウ
ム、酸化ガリウム、酸化セリウム、スズ酸バリウム又は
酸化亜鉛から成ることを特徴とする請求項１１又は１２
記載のガスセンサ。 - 【請求項１４】 別の導電膜（Ｗ１、Ｗ２）は金属酸化
物、セラミックス又は有機材料から成ることを特徴とす
る請求項１１乃至１３の１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項１５】 別の導電膜（Ｗ１、Ｗ２）は多孔性パ
ターンを有することを特徴とする請求項１１乃至１４の
１つに記載のガスセンサ。
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|---|---|---|---|
| DE19549146A DE19549146A1 (de) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Gassensor |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3032168B2 (ja) |
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| EP1067377A3 (de) * | 1999-06-23 | 2001-09-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor |
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| DE19960798C2 (de) * | 1999-12-16 | 2001-11-29 | Siemens Ag | Elektrisch beheizter Hochtemperaturgassensor |
| FR2835316B1 (fr) * | 2002-01-28 | 2004-09-17 | Dgtec | Detecteur de gaz sur substrat mince |
| JP2006528767A (ja) * | 2003-07-25 | 2006-12-21 | パラゴン アクチエンゲゼルシャフト | マイクロ構造化された化学的なセンサ |
| US20050069457A1 (en) * | 2003-09-30 | 2005-03-31 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Gas sensor with zinc oxide layer and method for forming the same |
| DE102011010767A1 (de) * | 2011-02-09 | 2012-08-09 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Nachweis eines Analyten sowie Vorrichtung und deren Verwendung |
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| CN114384124A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-22 | 四方光电股份有限公司 | 一种抗漂移的双气敏膜气体传感器 |
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| US4387165A (en) * | 1982-04-22 | 1983-06-07 | Youngblood James L | H2 S Detector having semiconductor and noncontinuous inert film deposited thereon |
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| CH665908A5 (de) * | 1983-08-30 | 1988-06-15 | Cerberus Ag | Vorrichtung zum selektiven detektieren der gasfoermigen bestandteile von gasgemischen in luft mittels eines gassensors. |
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| JPH0695082B2 (ja) * | 1987-10-08 | 1994-11-24 | 新コスモス電機株式会社 | 吸引式オゾンガス検知器 |
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| DE4134783A1 (de) * | 1991-10-22 | 1993-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Elektrisch leitende poroese anorganische materialien |
| US5372785A (en) * | 1993-09-01 | 1994-12-13 | International Business Machines Corporation | Solid-state multi-stage gas detector |
| DE4334410C3 (de) * | 1993-10-08 | 2002-05-29 | Fraunhofer Ges Forschung | Dünnschicht-Gassensor |
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-
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- 1996-12-18 EP EP96120427A patent/EP0781993B1/de not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|
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