JP3171663B2 - Semiconductor type odor gas sensor - Google Patents

Semiconductor type odor gas sensor

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JP3171663B2
JP3171663B2 JP15714792A JP15714792A JP3171663B2 JP 3171663 B2 JP3171663 B2 JP 3171663B2 JP 15714792 A JP15714792 A JP 15714792A JP 15714792 A JP15714792 A JP 15714792A JP 3171663 B2 JP3171663 B2 JP 3171663B2
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清 福井
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、原子価制御された酸化
スズ半導体を主成分とする金属酸化物半導体部を備えた
半導体式悪臭ガスセンサに関し、アンモニア(N
3)、トリメチルアミン(( CH3)3N)、硫化水素
(H2S)、メタンチオール(CH3SH)、酪酸(C3
7COOH)等を成分とするガスで、例えば、化学肥
料製造業、へい獣処理場、畜産業、配合肥料工場、廃棄
物処理場、下水処理場等から発生する、特にアンモニア
を主成分とし、水素ガス等も含んでいるような悪臭ガス
を検知する半導体式悪臭ガスセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor type malodor gas sensor provided with a metal oxide semiconductor portion containing a valence-controlled tin oxide semiconductor as a main component, and relates to ammonia (N).
H 3), trimethylamine ((CH 3) 3 N) , hydrogen sulfide (H 2 S), methanethiol (CH 3 SH), butyric acid (C 3
H 7 COOH), etc., which are generated from chemical fertilizer manufacturing industry, slaughterhouse, livestock industry, compound fertilizer factory, waste treatment plant, sewage treatment plant, etc. The present invention relates to a semiconductor type malodor gas sensor for detecting malodor gas containing hydrogen gas and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体式悪臭ガスセンサにおい
ては、悪臭ガスが半導体表面に吸着すると、前記悪臭ガ
スは酸化されると同時に、前記半導体表面は還元作用を
受ける。この際前記半導体の抵抗値が変わるので、この
抵抗値の変化を測定することによって悪臭ガスの存在が
検知出来る。また、還元作用を受けた前記半導体表面
は、空気酸化作用を受け、元の検知機能を再生する。こ
の際、前記抵抗値の変化は、ブリッジ回路を用いて検出
することが出来る。従来、この種の酸化スズを主成分と
する半導体式ガスセンサとしては、酸化カルシウムのみ
を担持させたものや、パラジウムを担持させたものがあ
った。
2. Description of the Related Art Generally, in a semiconductor type malodor gas sensor, when a malodor gas is adsorbed on a semiconductor surface, the malodor gas is oxidized and the semiconductor surface undergoes a reducing action. At this time, since the resistance value of the semiconductor changes, the presence of the odorous gas can be detected by measuring the change in the resistance value. Further, the semiconductor surface which has undergone the reducing action is subjected to the air oxidizing action and reproduces the original detection function. At this time, the change in the resistance value can be detected using a bridge circuit. Heretofore, as a semiconductor type gas sensor containing tin oxide as a main component, there have been ones which carry only calcium oxide and those which carry palladium.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの半導
体式ガスセンサは、例えば、酸化カルシウムのみを添加
したものでは、臭いの強い分子に対し、感度が高く、臭
いの弱い分子に感度が低い、いわゆる臭い検知特性に優
れたガスセンサであるが、特にアンモニアに対しての感
度は低く、アンモニアを主成分とする悪臭の検知に問題
があり、また、パラジウムを添加したものでは、アンモ
ニアに対しての感度は高いが、水素など、無臭ガスに対
する感度も高いため、いずれも化学肥料製造業、へい獣
処理場、畜産業、配合肥料工場、工場廃棄物処理場、し
尿処理場、下水処理場などから発生する、アンモニア、
トリメチルアミン、硫化水素、メタンチオール、酪酸等
の成分からなり、かつ、アンモニアが主成分で、水素ガ
ス等の無臭ガスも含んでいるような悪臭ガスを発生する
場所での悪臭検知に対しては問題があった。
However, these semiconductor-type gas sensors, for example, in which only calcium oxide is added, have a high sensitivity to molecules having a strong odor and a low sensitivity to molecules having a weak odor. Although it is a gas sensor with excellent odor detection characteristics, it has low sensitivity especially to ammonia, and has a problem in detecting odors containing ammonia as a main component. But high sensitivity to odorous gases such as hydrogen, all of which are generated from chemical fertilizer manufacturers, slaughterhouses, livestock industry, compound fertilizer factories, factory waste treatment plants, human waste treatment plants, sewage treatment plants, etc. Ammonia,
It is a problem for odor detection in places where odorous gas is generated, which is composed of components such as trimethylamine, hydrogen sulfide, methanethiol, and butyric acid, and is mainly composed of ammonia and also contains odorless gas such as hydrogen gas. was there.

【0004】そこで、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、アンモニアを主成分とする悪臭に対しての感度が高
く、しかも水素ガス等の無臭ガスに対する感度の低い、
半導体式悪臭ガスセンサを提供しようとするものであ
る。
[0004] In view of the above drawbacks, an object of the present invention is to provide a high sensitivity to an odor containing ammonia as a main component and a low sensitivity to an odorless gas such as hydrogen gas.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor type odor gas sensor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の半導体式悪臭ガスセンサの特徴構成は、金属
酸化物半導体部に塩基性の強い金属酸化物と、酸性の強
い金属酸化物をともに担持させてあるものである。尚、
前記塩基性の強い金属酸化物を酸化ランタンとし、前記
酸性の強い金属酸化物を酸化クロムとし、また、前記金
属酸化物の添加量の割合を、酸化ランタンと酸化クロム
の添加量の比をランタン対クロムが8:2から1:9と
なるように設定し、ランタン・クロムの総添加量を酸化
スズのスズに対して0.03〜10.0atm%として
あればよく、それらから得られる作用効果は、以下の通
りである。
In order to achieve this object, a semiconductor type malodor gas sensor according to the present invention is characterized in that a metal oxide semiconductor portion comprises a strongly basic metal oxide and a strongly acidic metal oxide. Both are carried. still,
The strongly basic metal oxide is lanthanum oxide, the strongly acidic metal oxide is chromium oxide, and the ratio of the added amount of the metal oxide is lanthanum oxide. The ratio of chromium to 8: 2 to 1: 9 and the total amount of lanthanum and chromium may be set to 0.03 to 10.0 atm% with respect to tin of tin oxide. The effects are as follows.

【0006】[0006]

【作用】つまり、酸化ランタン等の、塩基性が強く酸化
活性が低い金属酸化物を半導体表面に担持させることに
より、還元力を持つ無臭ガスに対する活性を下げること
が出来ると考えられ、また、酸化クロム等の酸性が強く
酸化活性が高い金属酸化物を、前記半導体部に担持させ
ることにより、電子供与性ガスに対する吸着と吸着に後
続する酸化反応に対して高い活性を持たせることが出来
ると考えられる。しかし、電子供与性ガスであるアンモ
ニアを主成分とする悪臭ガスに対するに対する感度を向
上させるために、それぞれ単独の作用のみでは実現でき
ず、これら二種類の金属酸化物をともに担持させたこと
により、以下のような反応により悪臭ガス検知が円滑に
行われるようになったと考えられる。
In other words, it is considered that by supporting a metal oxide having a high basicity and a low oxidation activity, such as lanthanum oxide, on the semiconductor surface, the activity against an odorless gas having a reducing power can be reduced. By supporting a metal oxide having high acidity and high oxidizing activity, such as chromium, on the semiconductor portion, it is considered that the metal oxide can have a high activity with respect to adsorption to an electron donating gas and an oxidation reaction subsequent to the adsorption. Can be However, in order to improve sensitivity to a malodorous gas containing ammonia as an electron donating gas as a main component, each of them cannot be realized only by a single action, and by carrying these two types of metal oxides together, It is considered that the foul odor gas detection has been smoothly performed by the following reaction.

【0007】金属酸化物の表面は、金属イオンと酸化物
イオンが露出された状態にあり、酸化物イオンは、水と
の吸着平衡により、一部が水酸化物イオンとなってい
る。ところで、高温に加熱された金属酸化物の表面で
は、隣接する水酸基からの脱水により、酸化物イオンが
生成する。ここで、酸性金属酸化物の表面では露出した
金属イオンが電子供与性の分子(孤立電子対やπ結合を
有する分子)を吸着し易く、この電子供与性の分子から
金属イオンに電子が移動すると考えられる。一方、塩基
性金属酸化物の場合、表面に生成した酸化物イオンが反
応分子から水素を引き抜く脱水素反応を起こし易いと考
えられる。これらの反応が、相互に働き合い、アンモニ
ア等の反応分子が分解等を経て完全に酸化された状態に
なるものと推定される。
The surface of the metal oxide is in a state where the metal ion and the oxide ion are exposed, and the oxide ion is partially a hydroxide ion due to the adsorption equilibrium with water. By the way, on the surface of a metal oxide heated to a high temperature, oxide ions are generated by dehydration from an adjacent hydroxyl group. Here, on the surface of the acidic metal oxide, the exposed metal ion easily adsorbs an electron donating molecule (a lone electron pair or a molecule having a π bond), and when an electron moves from the electron donating molecule to the metal ion. Conceivable. On the other hand, in the case of a basic metal oxide, it is considered that an oxide ion generated on the surface easily causes a dehydrogenation reaction in which hydrogen is extracted from a reactive molecule. It is presumed that these reactions interact with each other and the reaction molecules such as ammonia are completely oxidized through decomposition and the like.

【0008】つまりこの反応機構にしたがって考える
と、この半導体式悪臭ガスセンサにはアンモニアを含め
たアミン類やチオール類等の悪臭ガスに対して良好な検
出条件が備わっているといえる。
In other words, considering this reaction mechanism, it can be said that this semiconductor type malodor gas sensor has good detection conditions for malodorous gases such as amines and thiols including ammonia.

【0009】[0009]

【発明の効果】従って、本発明の半導体式悪臭ガスセン
サによれば、アンモニア等の悪臭ガスに対する反応性を
上げ、水素等の無臭ガスに対する検知能力を下げたの
で、悪臭ガスに対する検知能力をあげることが出来、そ
の応答性も改善される。また、長期安定性、高温での高
い感度特性を得られるので、より信頼性の高い半導体式
悪臭ガスセンサを提供できるようになった。また、アン
モニアに対する感度特性を最大にしたことにより、アン
モニアを主成分とする悪臭に対して特に高い感度での悪
臭検知が可能になった。
Thus, according to the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present invention, the reactivity with respect to odorous gas such as ammonia is increased, and the detection capability with respect to odorless gas such as hydrogen is reduced. And its responsiveness is also improved. In addition, since long-term stability and high sensitivity characteristics at high temperatures can be obtained, a more reliable semiconductor odor gas sensor can be provided. Further, by maximizing the sensitivity characteristic to ammonia, it becomes possible to detect malodor with particularly high sensitivity to malodor containing ammonia as a main component.

【0010】[0010]

【実施例】以下に、本願の半導体式悪臭ガスセンサの実
施例を図面に基づいて説明する。説明にあたっては、セ
ンサの構造、酸化スズ半導体の調製方法、金属酸化物を
担持させる方法、センサ回路、センサの特性の順に説明
する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor type of offensive odor gas sensor according to an embodiment of the present invention. In the description, the structure of the sensor, the method for preparing the tin oxide semiconductor, the method for supporting the metal oxide, the sensor circuit, and the characteristics of the sensor will be described in this order.

【0011】〔センサの構造〕図1に本願の熱線型の半
導体式悪臭ガスセンサの構造を示す。図においては、こ
のセンサの内部構成を示すために、一部が断面で表示さ
れている。図示されているように、このセンサは、貴金
属線コイル1としての白金コイル上に、金属酸化物半導
体部を備え、この金属酸化物半導体部には、ランタンと
クロムの酸化物がともに担持されている。さらに詳しく
説明すれば、金属酸化物半導体部は、酸化スズを焼結さ
せたものであり、酸化ランタンと、酸化クロムをともに
担持させてある。
[Structure of Sensor] FIG. 1 shows the structure of a hot-wire type semiconductor odor gas sensor according to the present invention. In the figure, a part of the sensor is shown in cross section to show the internal configuration of the sensor. As shown in the figure, the sensor includes a metal oxide semiconductor portion on a platinum coil as the noble metal wire coil 1, and the metal oxide semiconductor portion supports both lanthanum and chromium oxide. I have. More specifically, the metal oxide semiconductor portion is formed by sintering tin oxide, and carries both lanthanum oxide and chromium oxide.

【0012】〔酸化スズ半導体層の調製方法〕市販の四
塩化スズを一定濃度にした水溶液を調製し、これに適当
な電導度を得るために五塩化アンチモンを、五塩化アン
チモンのアンチモンが四塩化スズのスズに対して0.6
atm%添加する。この溶液にアンモニア水を滴下する
と、加水分解により、水酸化スズが沈澱してくる。これ
を蒸留水で洗浄、乾燥すると、ゲル状の水酸化スズが得
られる。この水酸化スズを、電気炉において、600
℃、4時間の焼成条件で、熱分解すると、酸化スズのか
たまりが得られる。この様にして得た、水酸化スズを、
粉砕機によって、微粉体とする。これに蒸留水を加え
て、ペースト状にして、図1に示すように白金等の貴金
属線コイル(20μmφ)の周囲を被うように直径0、
45mmφの球状に付着させ、乾燥後、前記コイルに電
流を流して、その発熱により、600℃、1時間焼成さ
せる。こうして、本件の半導体式悪臭ガスセンサの金属
酸化物半導体部のもととなる層が出来る。
[Preparation of Tin Oxide Semiconductor Layer] A commercially available aqueous solution containing tin tetrachloride at a constant concentration is prepared, and antimony pentachloride is added to obtain an appropriate electric conductivity. 0.6 for tin tin
Atm% is added. When aqueous ammonia is added dropwise to this solution, tin hydroxide precipitates due to hydrolysis. This is washed with distilled water and dried to obtain a gelled tin hydroxide. This tin hydroxide is placed in an electric furnace at 600
When pyrolysis is performed at 4 ° C. for 4 hours, a lump of tin oxide is obtained. The tin hydroxide obtained in this way is
It is made into fine powder by a crusher. Distilled water was added to this to form a paste, and as shown in FIG. 1, a diameter of 0 mm was applied so as to cover the periphery of a noble metal wire coil (20 μmφ) of platinum or the like.
After being adhered in a 45 mmφ spherical shape and dried, an electric current is applied to the coil, and the coil is baked at 600 ° C. for 1 hour by the heat generated. Thus, a layer serving as a base of the metal oxide semiconductor portion of the semiconductor type offensive odor gas sensor of the present invention is formed.

【0013】〔金属酸化物を担持させる方法〕まず、市
販の硝酸ランタン、硝酸クロムを水溶液にし、これらの
混合水溶液を調製する。この混合水溶液を、前記酸化ス
ズ半導体に含浸、乾燥し、さらに再度コイルに電流を流
して加熱し、600℃、1時間の焼成条件で、熱分解
し、焼成することによって、それぞれの金属塩を酸化物
として、酸化スズの表面に担持させることが出来、この
酸化ランタン、酸化クロムを担持した前記酸化スズ半導
体が金属酸化物半導体部2となる。
[Method of Supporting Metal Oxide] First, commercially available lanthanum nitrate and chromium nitrate are made into an aqueous solution, and a mixed aqueous solution thereof is prepared. This mixed aqueous solution is impregnated into the tin oxide semiconductor, dried, heated again by applying a current to the coil, and thermally decomposed and fired at 600 ° C. for 1 hour, whereby each metal salt is decomposed. The oxide can be supported on the surface of tin oxide, and the tin oxide semiconductor supporting the lanthanum oxide and chromium oxide becomes the metal oxide semiconductor portion 2.

【0014】〔センサ回路〕このセンサ3は図2に示さ
れるホイートストンブリッジ回路に組み込まれて使用さ
れる。図中4aは、このセンサ3のための負荷抵抗とし
てこれに直列に接続された抵抗であり、抵抗4b、4c
はこの回路の基準電位を定めるために互いに直列に接続
された基準抵抗である。センサ3と直列抵抗4aは他の
基準抵抗4b、4cにたいして電源4dに関して並列と
され、各々抵抗の中間点A、Bの間の電位差により、こ
のセンサの出力を電圧(mV)の形で得ることが出来
る。
[Sensor Circuit] The sensor 3 is used by being incorporated in a Wheatstone bridge circuit shown in FIG. In the figure, reference numeral 4a denotes a resistance connected in series as a load resistance for the sensor 3;
Are reference resistors connected in series with each other to determine the reference potential of this circuit. The sensor 3 and the series resistor 4a are paralleled with respect to the power supply 4d with respect to the other reference resistors 4b and 4c, and the output of this sensor is obtained in the form of a voltage (mV) by the potential difference between the intermediate points A and B of the resistors. Can be done.

【0015】〔センサの特性〕以下に本願の半導体式悪
臭ガスセンサの性能特性について述べてゆく。以下ラン
タン・クロムの添加量依存性、組成依存性、感度特性に
ついて順次述べることにする。ここではアンモニアに対
する特性を最大に設定する実施例について説明を行う。
[Characteristics of the Sensor] The performance characteristics of the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present invention will be described below. Hereinafter, the dependence of the amount of lanthanum / chromium added, the composition, and the sensitivity characteristics will be described in order. Here, an embodiment will be described in which the characteristics for ammonia are set to the maximum.

【0016】(1)ランタン・クロムの添加量依存性(1) Dependence of added amount of lanthanum / chromium

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】表1は、ランタン・クロムの組成{以下
(La:Cr)として組成比をLa、Crそれぞれのa
tm%の比として表す}を(La:Cr)=(50:5
0)とした、ランタン・クロムのそれぞれの添加量を、
酸化スズのスズに対して、0.01atm%〜5atm
%まで変化させたときのアンモニア(50ppm)、水
素(1000ppm)それぞれの感度、それらの感度比
(アンモニア/水素)及び、清浄空気中でのセンサ抵抗
のランタンクロムの添加量依存性を示したものである
(センサ温度は、400℃)。アンモニア感度は、ラン
タン・クロムそれぞれの添加量が0.01atm%〜3
atm%程度までは高く維持され、それ以上で低下する
傾向をしめした。また、水素感度は、ランタン・クロム
それぞれの添加量が0.01atm%〜0.1atm%
程度までの範囲で著しく低下し、それ以上では、低い値
で推移した。
Table 1 shows that the composition ratio of La and Cr is less than or equal to the composition of lanthanum and chromium (La: Cr).
} expressed as a ratio of tm% (La: Cr) = (50: 5)
0), lanthanum and chromium, respectively,
0.01 atm% to 5 atm with respect to tin of tin oxide
%, The sensitivity of ammonia (50 ppm) and hydrogen (1000 ppm), their sensitivity ratio (ammonia / hydrogen), and the dependence of the sensor resistance in clean air on the amount of lanthanum chromium added. (The sensor temperature is 400 ° C.). Ammonia sensitivity is 0.01atm% to 3% for lanthanum and chromium.
It was maintained high up to about atm%, and tended to decrease above that. In addition, the hydrogen sensitivity is such that the addition amount of each of lanthanum and chromium is 0.01 atm% to 0.1 atm%.
In the range up to the extent, it declined remarkably, and after that, it remained at a low value.

【0019】感度比として最低限0.5以上あれば実用
上用いることが出来るから、この結果表1より酸化ラン
タン、酸化クロムの添加量をスズに対してランタン、ク
ロムがそれぞれ0.015atm%以上であれば良いこ
とになる。また、それぞれの添加量が5atm%でも感
度比の面からは高く維持されているが、アンモニア感度
が低くなることと、生産工程、費用の面からこの程度の
添加量にとどめることが望ましい。結果として、ランタ
ン・クロムの総添加量は、0.03atm%から10a
tm%に設定することが望ましいことになる。
Since the sensitivity ratio can be practically used as long as the sensitivity ratio is at least 0.5 or more, as shown in Table 1, the addition amount of lanthanum oxide and chromium oxide is 0.015 atm% or more with respect to tin. That would be good. Further, although the addition amount of each is 5 atm%, it is maintained high from the viewpoint of the sensitivity ratio, but it is desirable to keep the addition amount at this level from the viewpoint of lowering the ammonia sensitivity and the production process and cost. As a result, the total amount of lanthanum and chromium is from 0.03 atm% to 10 a
It would be desirable to set it to tm%.

【0020】(2)ランタン・クロムの組成依存性(2) Composition dependence of lanthanum / chromium

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表2は、ランタン・クロムの全添加量を、
酸化スズに対して、1.20atm%としたときのアン
モニア(50ppm)、水素(1000ppm)それぞ
れの感度、それらの感度比(アンモニア/水素)及び、
清浄空気中のセンサ抵抗の、ランタン・クロムの組成
(La:Cr)依存性を表したものである(センサ温度
は、400℃)。つまり、アンモニアの感度は、(L
a:Cr)の変化に対して一つのピークをもち、その最
大値は、ランタン・クロムが(La:Cr)=(60:
40)の組成の場合であった。一方水素感度は、組成に
ほとんど関係なく低く抑えることが出来た。また、感度
比は、ランタン・クロムの組成比が(La:Cr)=
(80:20)〜(10:90)までは高く維持される
と共に、アンモニア感度も、実用上使用に耐える30m
v程度にとどまる。この結果を図示したものが図3であ
る。図3より、ランタン・クロムの組成比は、(La:
Cr)=(80:20)〜(10:90)でこの半導体
式悪臭ガスセンサは、高い性能を得ることが出来た。
Table 2 shows the total amount of lanthanum and chromium added.
With respect to tin oxide, the sensitivity of ammonia (50 ppm) and hydrogen (1000 ppm) at 1.20 atm%, their sensitivity ratio (ammonia / hydrogen), and
It shows the dependence of the sensor resistance in clean air on the composition (La: Cr) of lanthanum and chromium (sensor temperature is 400 ° C.). That is, the sensitivity of ammonia is (L
a: Cr) has one peak with respect to the change, and the maximum value of the peak is that (La: Cr) = (60:
40). On the other hand, the hydrogen sensitivity could be kept low irrespective of the composition. The sensitivity ratio is such that the composition ratio of lanthanum / chromium is (La: Cr) =
From (80:20) to (10:90), it is kept high, and the ammonia sensitivity is 30 m which is practically usable.
v or so. FIG. 3 illustrates the result. From FIG. 3, the composition ratio of lanthanum / chromium is (La:
(Cr) = (80:20) to (10:90), the semiconductor type of offensive odor gas sensor was able to obtain high performance.

【0023】(3)感度特性 感度特性としては、センサ温度依存性、悪臭ガス選択
性、応答性、経時安定性の順で説明する。
(3) Sensitivity Characteristics Sensitivity characteristics will be described in the order of sensor temperature dependence, odor gas selectivity, response, and stability over time.

【0024】(イ)センサ温度依存性 図4は、(La:Cr)=(60:40)で総担持量
が、酸化スズのスズに対して、1.2atm%としたと
き、図2における抵抗4aの値が10Ωの場合のアンモ
ニア(50ppm)、水素(1000ppm)それぞれ
の感度のセンサ電圧依存性及びセンサ温度依存性を示す
ものである。これにより、アンモニア感度は、センサの
温度の上昇と共に、低下するが、水素感度が低く抑えら
れていることから、センサ温度360℃から470℃の
範囲で高いアンモニア選択性が維持されている。
(A) Sensor Temperature Dependence FIG. 4 shows that, when (La: Cr) = (60:40) and the total amount of supported is 1.2 atm% with respect to tin of tin oxide, FIG. It shows the sensor voltage dependence and sensor temperature dependence of the sensitivity of ammonia (50 ppm) and hydrogen (1000 ppm) when the value of the resistor 4a is 10Ω. As a result, the ammonia sensitivity decreases with an increase in the temperature of the sensor. However, since the hydrogen sensitivity is kept low, a high ammonia selectivity is maintained in the sensor temperature range of 360 ° C. to 470 ° C.

【0025】(ロ)アンモニア選択性 図5は、(La:Cr)=(60:40)で総担持量
が、酸化スズに対して、1.2atm%としたとき、代
表的な悪臭ガスとしてアンモニア、トリメチルアミン、
硫化水素、メタンチオール、酪酸、さらに代表的な無臭
ガスとして、水素、メタン、一酸化炭素それぞれのセン
サ感度を、ガス濃度の対数に対してプロットしたもので
ある。(センサ温度は、400℃)両者ともに良い直線
性を示していることが分かる。また、水素感度は、低く
抑えられているため、アンモニアの許容濃度5ppmに
おけるガス感度より、高いアンモニア選択性があるもの
といえる。また、他の悪臭ガス成分についても、許容濃
度1ppmにおけるガス感度は、高い値を維持している
ので高い感度特性をもっているといえる。
(B) Ammonia selectivity FIG. 5 shows that when (La: Cr) = (60:40) and the total carried amount is 1.2 atm% with respect to tin oxide, a typical odorous gas is obtained. Ammonia, trimethylamine,
FIG. 6 is a graph plotting the sensor sensitivities of hydrogen sulfide, methanethiol, butyric acid, and hydrogen, methane, and carbon monoxide as typical odorless gases with respect to the logarithm of the gas concentration. (The sensor temperature is 400 ° C.) It can be seen that both exhibit good linearity. Further, since the hydrogen sensitivity is kept low, it can be said that there is a higher ammonia selectivity than the gas sensitivity at an allowable concentration of ammonia of 5 ppm. In addition, the gas sensitivity of the other odorous gas components at the allowable concentration of 1 ppm is maintained at a high value, so that it can be said that the gas has high sensitivity characteristics.

【0026】(ハ)応答性 図6は、(La:Cr)=(60:40)で総担持量
が、酸化スズに対して、1.2atm%としたときのア
ンモニアにたいする応答波形である。これにより、実用
上望ましい応答速度を有した、センサとなっていること
が分かる。
(C) Responsiveness FIG. 6 is a response waveform to ammonia when (La: Cr) = (60:40) and the total amount of supported is 1.2 atm% with respect to tin oxide. This indicates that the sensor has a practically desirable response speed.

【0027】(ニ)経時安定性 図7は、(La:Cr)=(60:40)で総担持量
が、酸化スズに対して、1.2atm%としたときのア
ンモニア(50ppm)、水素(1000ppm)それ
ぞれの感度と清浄空気中での、センサ出力の経時変化を
示したものである(センサ温度は、400℃)。これに
より、実用上安定した性能が長期に渡って維持されるこ
とが分かる。
(D) Stability over time FIG. 7 shows that ammonia (50 ppm) and hydrogen when (La: Cr) = (60:40) and the total supported amount is 1.2 atm% with respect to tin oxide. (1000 ppm) shows changes in sensor output with time in respective sensitivities and clean air (sensor temperature is 400 ° C.). This shows that practically stable performance is maintained for a long period of time.

【0028】上述した、ランタン・クロムの組成、添加
量依存性と感度特性を、前述した触媒効果と合わせて考
えると(La:Cr)=(50:50)付近で最良の対
アンモニア活性が得られることが理論的にも実験的にも
示されたことになり、その実用範囲も実験的に示すこと
が出来た。また、その添加量についても応答性、経時安
定性を阻害しない程度に、アンモニア感度をあげるため
の適量が実験的に示されたことになる。
Considering the above-described lanthanum / chromium composition, addition amount dependency, and sensitivity characteristics together with the above-mentioned catalytic effect, the best ammonia activity can be obtained near (La: Cr) = (50:50). This was demonstrated both theoretically and experimentally, and the practical range was also demonstrated experimentally. In addition, an appropriate amount for increasing the ammonia sensitivity has been experimentally shown to the extent that the responsiveness and the stability over time are not impaired.

【0029】〔別実施例〕本発明においては、熱線形半
導体センサの金属酸化物半導体部の主成分を酸化スズと
したが、別の金属酸化物、例えば酸化インジウム等を用
いてもよい。
Another Embodiment In the present invention, the main component of the metal oxide semiconductor portion of the thermal linear semiconductor sensor is tin oxide, but another metal oxide, for example, indium oxide may be used.

【0030】また、貴金属線コイルについても本実施例
では、白金線としたが、金、白金ロジウム合金線、白金
イリジウム合金線等に変えて実施してもよい。
In this embodiment, the noble metal wire coil is also made of platinum wire, but may be replaced with gold, platinum-rhodium alloy wire, platinum-iridium alloy wire or the like.

【0031】また、本実施例では、酸性の強い金属酸化
物と、塩基性の強い金属酸化物を、それぞれ、ランタン
・クロムとしたが、酸化活性が高く酸性の強い金属酸化
物を酸化クロムとし、塩基性の強い金属酸化物を、アル
カリ土類金属(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)やアル
カリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)の酸化物ある
いは、それらと酸化ランタンの混合物等とする等の組合
せにし、同様の触媒効果を奏する金属酸化物の組合せを
選べば、同様のガスセンサとして用いることが出来る。
In this embodiment, the strongly acidic metal oxide and the strongly basic metal oxide are lanthanum and chromium, respectively. A highly basic metal oxide, an oxide of an alkaline earth metal (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) or an alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs) or a mixture of these and lanthanum oxide The same gas sensor can be used by selecting a combination of metal oxides having the same catalytic effect as in the above-mentioned combinations.

【0032】例えば、原子組成比が1:2のランタンと
カルシウムとの各金属酸化物の混合物をスズに対して
1.2atm%としその添加量の割合を固定した状態
で、酸化クロムの添加量をスズに対して0.004at
m%から1.2atm%に変化させた時、(センサ温度
は、400℃)アンモニア(50ppm)、水素(10
00ppm)それぞれの感度と、それらの感度比(アン
モニア/水素)は、表3のようになる。
For example, a mixture of lanthanum and calcium metal oxides having an atomic composition ratio of 1: 2 is set to 1.2 atm% with respect to tin, and the addition amount of chromium oxide is fixed. 0.004at for tin
m% to 1.2 atm% (sensor temperature is 400 ° C.), ammonia (50 ppm), hydrogen (10 ppm)
Table 3 shows the respective sensitivities and their sensitivity ratio (ammonia / hydrogen).

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】上述の実施例に従えば、本実施例の場合よ
りも、高い感度比が得られると共に、初期安定性や、応
答波形も良くなる傾向にある。
According to the above-described embodiment, a higher sensitivity ratio can be obtained, and the initial stability and the response waveform tend to be better than those of the present embodiment.

【0035】さらに、アンモニア以外のガスが主成分と
なっている悪臭ガスに対しても、本実施例と同様の過程
で、特性を決めることが出来る。
Further, the characteristics of a malodorous gas containing a gas other than ammonia as a main component can be determined in the same process as in this embodiment.

【0036】さらに本実施例においては、図1に示すよ
うな、熱線型センサとしたが、これ以外の型でもよく、
基板型センサとしてもよい。図8にその例を示す。図8
aは、本実施例における貴金属線コイル1に代え、矩形
波状の電極1bをアルミナ等の基板5に蒸着したものを
利用し、本実施例のように金属酸化物半導体部2を球状
に焼結させる代わりに、本実施例と同様の方法で前記基
板5上に金属酸化物半導体部2が電極1bを覆うように
焼結させたものであり、本実施例と同様に前記電極1b
の発熱がセンサの加熱に用いられる構造となっている。
図8bは、図8aの構成においてさらに、加熱用ヒータ
を設け、センサの加熱を行えるようにしたものであ
る。
Further, in the present embodiment, a hot wire sensor as shown in FIG. 1 is used, but other types may be used.
It may be a substrate type sensor. FIG. 8 shows an example. FIG.
As for a, instead of the noble metal wire coil 1 in the present embodiment, a rectangular wave-shaped electrode 1b deposited on a substrate 5 of alumina or the like is used, and the metal oxide semiconductor portion 2 is sintered in a spherical shape as in the present embodiment. Instead, the metal oxide semiconductor portion 2 is sintered on the substrate 5 so as to cover the electrode 1b in the same manner as in the present embodiment.
Is used to heat the sensor.
FIG. 8B shows a configuration in which the heater of FIG.
6 is provided so that the sensor can be heated.

【0037】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。
In the claims, reference numerals are provided for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the configuration shown in the attached drawings.

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

【図1】本願の半導体式悪臭ガスセンサの一部破断斜視
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a semiconductor type offensive odor gas sensor of the present invention.

【図2】本願のセンサの基本電気回路図FIG. 2 is a basic electric circuit diagram of the sensor of the present application.

【図3】本願の半導体式悪臭ガスセンサの(La:C
r)依存性を示す図
FIG. 3 shows the (La: C) of the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present invention.
r) Diagram showing dependency

【図4】本願の半導体式悪臭ガスセンサの濃度依存特性
を示す図
FIG. 4 is a graph showing the concentration-dependent characteristics of the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present application.

【図5】本願の半導体式悪臭ガスセンサのセンサ電圧依
存性を示す図
FIG. 5 is a diagram showing the sensor voltage dependence of the semiconductor type offensive odor gas sensor of the present application.

【図6】本願の半導体式悪臭ガスセンサのアンモニアに
対する応答波形を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a response waveform to ammonia of a semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present application.

【図7】本願の半導体式悪臭ガスセンサの経時安定性を
示す図
FIG. 7 is a diagram showing the stability over time of the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present invention.

【図8】本願の半導体式悪臭ガスセンサの別実施例図FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the semiconductor type of offensive odor gas sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 金属酸化物半導体部 2 Metal oxide semiconductor section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−26045(JP,A) 特開 昭59−26044(JP,A) 特開 昭59−26041(JP,A) 特開 昭54−39197(JP,A) 特開 昭51−94599(JP,A) 特開 昭49−66191(JP,A) 実開 昭52−3591(JP,U) 実開 昭51−44993(JP,U) 実開 昭51−44994(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-26045 (JP, A) JP-A-59-26044 (JP, A) JP-A-59-26041 (JP, A) JP-A 54-26041 39197 (JP, A) JP-A-51-94599 (JP, A) JP-A-49-66191 (JP, A) Japanese Utility Model Application 52-3591 (JP, U) Japanese Utility Model Application No. 51-44993 (JP, U) (Japanese) 51-44994 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 原子価制御された酸化スズ半導体を主成
分とする、金属酸化物半導体部(2)を備えた半導体式
悪臭ガスセンサであって、前記金属酸化物半導体部
(2)に、塩基性の強い金属酸化物と、酸性の強い金属
酸化物を共に担持させてある半導体式悪臭ガスセンサ。
1. A semiconductor type malodor gas sensor comprising a metal oxide semiconductor part (2) containing a tin oxide semiconductor whose valence is controlled as a main component, wherein a base is added to the metal oxide semiconductor part (2). A semiconductor-type odor gas sensor that carries both a highly acidic metal oxide and a strongly acidic metal oxide.
【請求項2】 前記塩基性の強い金属酸化物が酸化ラン
タン(La23)であり、前記酸性の強い金属酸化物が
酸化クロム(Cr23)である請求項1に記載の半導体
式悪臭ガスセンサ。
2. The semiconductor according to claim 1, wherein said strongly basic metal oxide is lanthanum oxide (La 2 O 3 ), and said strongly acidic metal oxide is chromium oxide (Cr 2 O 3 ). Type odor gas sensor.
【請求項3】 前記酸化ランタンの添加量と酸化クロム
の添加量のランタン・クロムの原子組成比を8:2から
1:9に設定し、かつ、それらの総添加量を酸化スズの
スズに対してランタン・クロムの総添加量が0.03a
tm%〜10.0atm%に設定してある請求項2に記
載の半導体式悪臭ガスセンサ。
3. The lanthanum / chromium atomic composition ratio of the lanthanum oxide addition amount and the chromium oxide addition amount is set to 8: 2 to 1: 9, and their total addition amount is reduced to tin oxide tin. On the other hand, the total amount of lanthanum and chromium is 0.03a
3. The semiconductor-type offensive odor gas sensor according to claim 2, which is set to tm% to 10.0 atm%.
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