JP3300110B2 - ガス検出器 - Google Patents
ガス検出器Info
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- JP3300110B2 JP3300110B2 JP15838793A JP15838793A JP3300110B2 JP 3300110 B2 JP3300110 B2 JP 3300110B2 JP 15838793 A JP15838793 A JP 15838793A JP 15838793 A JP15838793 A JP 15838793A JP 3300110 B2 JP3300110 B2 JP 3300110B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス検出器、より詳細
には、雰囲気中のガス検出をするのに、ヒータを用いて
ガス感応素子をガス検出温度（所定温度）まで上げ、該
ガス感応素子の該ガス検出温度での抵抗変化でガスを検
出するガス検出器に関する。
には、雰囲気中のガス検出をするのに、ヒータを用いて
ガス感応素子をガス検出温度（所定温度）まで上げ、該
ガス感応素子の該ガス検出温度での抵抗変化でガスを検
出するガス検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス検出器、例えば、半導体ガス検出器
は、ヒータで加熱した金属酸化物半導体（ガス感応素
子）、例えば、ＳｎＯ2に還元性ガスを反応させると抵
抗値が減少することを利用し、雰囲気中の、例えば、水
蒸気、アルコール、イソブタン、メタンガス、その他の
ガスを検出する。
は、ヒータで加熱した金属酸化物半導体（ガス感応素
子）、例えば、ＳｎＯ2に還元性ガスを反応させると抵
抗値が減少することを利用し、雰囲気中の、例えば、水
蒸気、アルコール、イソブタン、メタンガス、その他の
ガスを検出する。
【０００３】図３は、本発明が適用される片持梁構造に
形成されたガス検知器の一例を説明するための構成図
で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）図の
Ｂ−Ｂ線断面図で、図中、１０は基板、１１は該基版１
０に形成された凹部、１２は前記基板１０の上に形成さ
れたシリコンチップの薄膜絶縁体で、該薄膜絶縁体１２
は前記凹部１１の上に片持梁式に張り出す張り出し部ま
たは前記凹部の上に両持梁式に架橋される橋架部１２を
有し、該張り出し部又は橋架部１２の上にヒータ１３及
び該ヒータ１３に近接してガス感応素子１４が設けられ
ている。なお、このガス感応素子１４は、具体的には、
前述のようにＳnＯ2の金属酸化物半導体である。前記凹
部１１、張り出し部１２、ヒータ１３、ガス感応素子１
４は、好ましくは、同一基板１０上に形成されている。
形成されたガス検知器の一例を説明するための構成図
で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）図の
Ｂ−Ｂ線断面図で、図中、１０は基板、１１は該基版１
０に形成された凹部、１２は前記基板１０の上に形成さ
れたシリコンチップの薄膜絶縁体で、該薄膜絶縁体１２
は前記凹部１１の上に片持梁式に張り出す張り出し部ま
たは前記凹部の上に両持梁式に架橋される橋架部１２を
有し、該張り出し部又は橋架部１２の上にヒータ１３及
び該ヒータ１３に近接してガス感応素子１４が設けられ
ている。なお、このガス感応素子１４は、具体的には、
前述のようにＳnＯ2の金属酸化物半導体である。前記凹
部１１、張り出し部１２、ヒータ１３、ガス感応素子１
４は、好ましくは、同一基板１０上に形成されている。
【０００４】而して、ガス検出を行なうには、検出した
いガスに応じて、前記ヒータ１３を加熱し、前記ガス感
応素子１４を検出したいガスと反応しやすい温度にし、
例えば、雰囲気中の水蒸気の存在を検出したい時は、ヒ
ータ１３（＝ガス感応素子１４）の温度を約２５０℃
に、アルコール分を検出したい時は約３５０℃に、イソ
ブタン分を検出したい時は４００℃に、また、メタンガ
スを検出したい時は４５０℃にし、その時のガス感応素
子１４の抵抗の変化より前記検出したいガスが雰囲気中
に存在するか否かの検出を行なっていた。
いガスに応じて、前記ヒータ１３を加熱し、前記ガス感
応素子１４を検出したいガスと反応しやすい温度にし、
例えば、雰囲気中の水蒸気の存在を検出したい時は、ヒ
ータ１３（＝ガス感応素子１４）の温度を約２５０℃
に、アルコール分を検出したい時は約３５０℃に、イソ
ブタン分を検出したい時は４００℃に、また、メタンガ
スを検出したい時は４５０℃にし、その時のガス感応素
子１４の抵抗の変化より前記検出したいガスが雰囲気中
に存在するか否かの検出を行なっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
によると、前記ヒータ１３を加熱するのに、雰囲気温度
を全く考慮せずに前記ヒータ１３に電力を与えているの
で、実際には、前記ヒータ１３がガス感応温度になって
いるか否か不明であり、正確な検出ができなかった。
によると、前記ヒータ１３を加熱するのに、雰囲気温度
を全く考慮せずに前記ヒータ１３に電力を与えているの
で、実際には、前記ヒータ１３がガス感応温度になって
いるか否か不明であり、正確な検出ができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）ガス検出素子を加熱するヒータを
ガス感応温度に加熱し、該ガス感応温度のときのガス検
出素子の抵抗値を測ることで雰囲気中のガスを検出する
ガス検出器において、前記ヒータの抵抗値を測定する手
段と、該ヒータの雰囲気温度のときの抵抗値と所定温度
のときの抵抗値との差を求める演算手段と、前記ヒータ
の抵抗値を前記差分上昇するに必要な電力を記憶した記
憶テーブルと、前記雰囲気温度と前記差分とにより前記
記憶テーブルから前記ヒータに印加する電力を求め、求
めた電力を前記ヒータに印加する手段とを有することを
特徴としたものである。
決するために、（１）ガス検出素子を加熱するヒータを
ガス感応温度に加熱し、該ガス感応温度のときのガス検
出素子の抵抗値を測ることで雰囲気中のガスを検出する
ガス検出器において、前記ヒータの抵抗値を測定する手
段と、該ヒータの雰囲気温度のときの抵抗値と所定温度
のときの抵抗値との差を求める演算手段と、前記ヒータ
の抵抗値を前記差分上昇するに必要な電力を記憶した記
憶テーブルと、前記雰囲気温度と前記差分とにより前記
記憶テーブルから前記ヒータに印加する電力を求め、求
めた電力を前記ヒータに印加する手段とを有することを
特徴としたものである。
【０００７】
【作用】ガス感応素を加熱するヒータの雰囲気温度にお
ける抵抗値を測定し、該ヒータのガス検出時における抵
抗値と前記測定値との差を求め、その差により決まる電
力を前記ヒータに加えて該ヒータをガス検出温度にし、
もって、前記ガス感応素子を検出しようとするガスに高
感度に反応する温度にする。
ける抵抗値を測定し、該ヒータのガス検出時における抵
抗値と前記測定値との差を求め、その差により決まる電
力を前記ヒータに加えて該ヒータをガス検出温度にし、
もって、前記ガス感応素子を検出しようとするガスに高
感度に反応する温度にする。
【０００８】
【実施例】図２は、ヒータの抵抗値と温度との関係を示
し、Ｒ01，…，Ｒ05，…，Ｒ10等はその時の周囲の雰囲
気温度、例えば、５℃，…，２０℃，…，４５℃等での
抵抗値、ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4は、それぞれヒータを
所定温度、例えば、雰囲気中の水蒸気の量を検出しよう
とする時は、前述のように、２５０℃、アルコールの量
を検出しようとする時は３５０℃、イソブタンの量を検
出しようとする時は４００℃、メタンガスの量を検出し
ようとする時は４５０℃に加熱した時の抵抗値である。
し、Ｒ01，…，Ｒ05，…，Ｒ10等はその時の周囲の雰囲
気温度、例えば、５℃，…，２０℃，…，４５℃等での
抵抗値、ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4は、それぞれヒータを
所定温度、例えば、雰囲気中の水蒸気の量を検出しよう
とする時は、前述のように、２５０℃、アルコールの量
を検出しようとする時は３５０℃、イソブタンの量を検
出しようとする時は４００℃、メタンガスの量を検出し
ようとする時は４５０℃に加熱した時の抵抗値である。
【０００９】なお、前述の水蒸気、アルコール、イソブ
タン、メタンガス等を検出するには、前記ガス感応素子
１４を、表１に示す温度範囲に加熱すれば、これらのガ
スを感度よく検出することができ、前述の２５０℃、３
５０℃、４００℃、４５０℃から多少ずれても、それ程
問題ではない。
タン、メタンガス等を検出するには、前記ガス感応素子
１４を、表１に示す温度範囲に加熱すれば、これらのガ
スを感度よく検出することができ、前述の２５０℃、３
５０℃、４００℃、４５０℃から多少ずれても、それ程
問題ではない。
【００１０】
【表１】
【００１１】ここで、今、周囲温度２５℃の時のヒータ
抵抗をＲH25とすれば、このヒータを２５０℃に上げた
時の抵抗ＲH250は、 ＲH250＝ＲH25（１＋ΔＴ） ただし、ΔＴ＝ガス検出時のヒータ温度−雰囲気温度 で表わされる。
抵抗をＲH25とすれば、このヒータを２５０℃に上げた
時の抵抗ＲH250は、 ＲH250＝ＲH25（１＋ΔＴ） ただし、ΔＴ＝ガス検出時のヒータ温度−雰囲気温度 で表わされる。
【００１２】上記の式から、ヒータの抵抗値を現在の雰
囲気温度（上記例では２５℃）の抵抗値ＲH25から、ガ
ス検出温度（上記例では、２５０℃）の抵抗値ＲH250に
上げるには、現在のヒータ抵抗値ＲH25と、所定温度と
現在温度との差ΔＴが分ればよいことが分る。
囲気温度（上記例では２５℃）の抵抗値ＲH25から、ガ
ス検出温度（上記例では、２５０℃）の抵抗値ＲH250に
上げるには、現在のヒータ抵抗値ＲH25と、所定温度と
現在温度との差ΔＴが分ればよいことが分る。
【００１３】而して、前記ヒータの抵抗値は、ヒータに
該ヒータを加熱しない程度の小電流を流し、その時の電
圧、電流により容易に測定することができ、同時に、こ
の時の抵抗値より、周囲温度も算出することができる。
従って、別途、温度測定手段を設けることなく、ガス感
応素子を加熱するヒータを用いて、周囲雰囲気温度及び
その時の抵抗値、換言すれば、前記式において、
ＲH20，ΔＴを求めることができる。
該ヒータを加熱しない程度の小電流を流し、その時の電
圧、電流により容易に測定することができ、同時に、こ
の時の抵抗値より、周囲温度も算出することができる。
従って、別途、温度測定手段を設けることなく、ガス感
応素子を加熱するヒータを用いて、周囲雰囲気温度及び
その時の抵抗値、換言すれば、前記式において、
ＲH20，ΔＴを求めることができる。
【００１４】ここで、ヒータの抵抗と温度とは、比例関
係にあり、ヒータの温度は、該ヒータに加えたエネルギ
ーに比例するので、前記ΔＴは、該ヒータに印加する電
力に置き換えることができる。従って、表２に示すよう
に、周囲温度及びその時のヒータ抵抗とから、ヒータを
各所定温度ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4にするための電力Ｐ
を予め求めておけば、ヒータ抵抗により周囲温度を求め
ることにより、該ヒータを所定温度（ガス検出温度）に
するために該ヒータに印加する電力を求めることができ
る。
係にあり、ヒータの温度は、該ヒータに加えたエネルギ
ーに比例するので、前記ΔＴは、該ヒータに印加する電
力に置き換えることができる。従って、表２に示すよう
に、周囲温度及びその時のヒータ抵抗とから、ヒータを
各所定温度ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4にするための電力Ｐ
を予め求めておけば、ヒータ抵抗により周囲温度を求め
ることにより、該ヒータを所定温度（ガス検出温度）に
するために該ヒータに印加する電力を求めることができ
る。
【００１５】
【表２】
【００１６】なお、表２には、周囲温度の検出を５℃の
範囲内で検出する例について示したが、それ以下の精度
で、或いは、それ以上の精度で検出するようにしてもよ
いことは容易に理解できよう。更に、表２より、例え
ば、周囲温度が２０℃と測定されたとすると、この２０
℃の雰囲気中における、例えば、水蒸気の量、アルコー
ルの量、イソブタンの量、メタンガスの量等を、ヒータ
に印加する電力をＰ15，Ｐ25，Ｐ35，Ｐ45と順次変える
ことにより、迅速にかつ容易に検出することができる。
範囲内で検出する例について示したが、それ以下の精度
で、或いは、それ以上の精度で検出するようにしてもよ
いことは容易に理解できよう。更に、表２より、例え
ば、周囲温度が２０℃と測定されたとすると、この２０
℃の雰囲気中における、例えば、水蒸気の量、アルコー
ルの量、イソブタンの量、メタンガスの量等を、ヒータ
に印加する電力をＰ15，Ｐ25，Ｐ35，Ｐ45と順次変える
ことにより、迅速にかつ容易に検出することができる。
【００１７】図１は、上述のごとき本発明を実施するの
に使用して好適な電気回路の一例を説明するための図
で、図中、１はヒータ１３の抵抗を測定する抵抗測定回
路、２は演算回路、３は表２に示したデータが記憶され
ている記憶テーブル、４は電力制御回路、５は電源で、
雰囲気中に含まれているガスを測定するには、まず、そ
の時の雰囲気におけるヒータ１３の抵抗を抵抗測定回路
１により測定する。このヒータ１３の抵抗測定により、
その時の雰囲気の温度を知ることができる。例えば、表
２において、この時測定されたヒータ１３の抵抗値がＲ
04であるならば、その時の雰囲気温度は、Ｔ04である。
に使用して好適な電気回路の一例を説明するための図
で、図中、１はヒータ１３の抵抗を測定する抵抗測定回
路、２は演算回路、３は表２に示したデータが記憶され
ている記憶テーブル、４は電力制御回路、５は電源で、
雰囲気中に含まれているガスを測定するには、まず、そ
の時の雰囲気におけるヒータ１３の抵抗を抵抗測定回路
１により測定する。このヒータ１３の抵抗測定により、
その時の雰囲気の温度を知ることができる。例えば、表
２において、この時測定されたヒータ１３の抵抗値がＲ
04であるならば、その時の雰囲気温度は、Ｔ04である。
【００１８】ここで、今、雰囲気中の水蒸気の量（湿
度）を測定しようとする時は、演算回路２により、水蒸
気の量を測定する時に必要なヒータ１３の加熱温度Ｔ1
（２５０℃）と前述のごとくして測定された雰囲気温度
Ｔ04（１５≦Ｔ04＜２０）との差を求める。この差を求
めるには、演算回路２に、図示例の場合、４つの基準抵
抗ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4を設けておき、測定しようと
するガスに応じて、前記４つの基準抵抗のうちの１つを
選び、この選ばれた基準抵抗と前述のごとくして測定し
た雰囲気温度における抵抗値との差を求める。
度）を測定しようとする時は、演算回路２により、水蒸
気の量を測定する時に必要なヒータ１３の加熱温度Ｔ1
（２５０℃）と前述のごとくして測定された雰囲気温度
Ｔ04（１５≦Ｔ04＜２０）との差を求める。この差を求
めるには、演算回路２に、図示例の場合、４つの基準抵
抗ＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4を設けておき、測定しようと
するガスに応じて、前記４つの基準抵抗のうちの１つを
選び、この選ばれた基準抵抗と前述のごとくして測定し
た雰囲気温度における抵抗値との差を求める。
【００１９】上述のごとくして、雰囲気温度、及び測定
しようとするガスに対応して加熱すべきヒータ温度と雰
囲気温度との差を求めると、これら雰囲気温度と差温度
より、テーブル３から該雰囲気温と差温度によって決る
電力を求める。前述の例（雰囲気温度＝２０℃、被測定
ガス＝水蒸気）の場合、Ｐ14が選択され、電力制御回路
４は、電源５の電力を該電力Ｐ14に制御し、この電力Ｐ
14をヒータ１３に印加する。すなわち、ヒータ１３は、
ガス感応素子１４が測定しようとするガスに最も感度よ
く感応する温度に加熱される。
しようとするガスに対応して加熱すべきヒータ温度と雰
囲気温度との差を求めると、これら雰囲気温度と差温度
より、テーブル３から該雰囲気温と差温度によって決る
電力を求める。前述の例（雰囲気温度＝２０℃、被測定
ガス＝水蒸気）の場合、Ｐ14が選択され、電力制御回路
４は、電源５の電力を該電力Ｐ14に制御し、この電力Ｐ
14をヒータ１３に印加する。すなわち、ヒータ１３は、
ガス感応素子１４が測定しようとするガスに最も感度よ
く感応する温度に加熱される。
【００２０】上述のごとく、本発明によると、雰囲気温
度に応じてヒータに印加する電力をコントロールして、
雰囲気温度に影響されることなくヒータの温度を所定温
度（ガス感応素子が被測定ガスに感応しやすい温度）に
正確に加熱することができ、しかも、１回の雰囲気温度
の測定で、複数種類のガスを順次検出することができ
る。更に詳細に説明すると、本発明の実施に用いるガス
検出素子は、図３の従来技術に示したように、熱容器の
非常に小さいものであるので、ヒータ１３の加熱を遮断
すると、直ちに雰囲気温度に戻るので、演算回路の基準
抵抗をＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4と比較的早く切換えるこ
とができ、水蒸気（湿度）の検出、アルコール分の検
出、イソブタン分の検出、メタン分の検出を順次かつ迅
速に行うことができる。
度に応じてヒータに印加する電力をコントロールして、
雰囲気温度に影響されることなくヒータの温度を所定温
度（ガス感応素子が被測定ガスに感応しやすい温度）に
正確に加熱することができ、しかも、１回の雰囲気温度
の測定で、複数種類のガスを順次検出することができ
る。更に詳細に説明すると、本発明の実施に用いるガス
検出素子は、図３の従来技術に示したように、熱容器の
非常に小さいものであるので、ヒータ１３の加熱を遮断
すると、直ちに雰囲気温度に戻るので、演算回路の基準
抵抗をＲH1，ＲH2，ＲH3，ＲH4と比較的早く切換えるこ
とができ、水蒸気（湿度）の検出、アルコール分の検
出、イソブタン分の検出、メタン分の検出を順次かつ迅
速に行うことができる。
【００２１】更に、前述のごときガス検出素子は、高精
度をもって略均一の精度のものが作られるが、どうして
も、製品精度にばらつきが生じ、ヒータ１３の抵抗値が
必ずしも全ての製品で同じになるとは限らず、バラツキ
が生じる。しかし、ヒータ材料は全て同じであるので、
図２に示した温度−抵抗特性は、図中に点線にて示すよ
うに、その勾配が同じであるので、各素子に対して、任
意所望の温度における抵抗を測定することにより、テー
ブル３を簡単に作成することができ、ガス感応素子の特
性のバラツキに関係なく、ヒータ温度をガス検出に適し
た所望の温度に正確にすることができる。
度をもって略均一の精度のものが作られるが、どうして
も、製品精度にばらつきが生じ、ヒータ１３の抵抗値が
必ずしも全ての製品で同じになるとは限らず、バラツキ
が生じる。しかし、ヒータ材料は全て同じであるので、
図２に示した温度−抵抗特性は、図中に点線にて示すよ
うに、その勾配が同じであるので、各素子に対して、任
意所望の温度における抵抗を測定することにより、テー
ブル３を簡単に作成することができ、ガス感応素子の特
性のバラツキに関係なく、ヒータ温度をガス検出に適し
た所望の温度に正確にすることができる。
【００２２】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、ガス検出素子のヒータ温度を、雰囲気温度の変動に
関係なく、被検出ガスの感応温度に正確にすることがで
き、しかも、ガス検出素子の特性のバラツキに影響され
ることなく、正確に被検出ガスの存在を検出することが
できる。
と、ガス検出素子のヒータ温度を、雰囲気温度の変動に
関係なく、被検出ガスの感応温度に正確にすることがで
き、しかも、ガス検出素子の特性のバラツキに影響され
ることなく、正確に被検出ガスの存在を検出することが
できる。
【図１】 本発明を実施するのに使用して好適な電気回
路の一例を説明するための図である。
路の一例を説明するための図である。
【図２】 ヒータの温度−抵抗特性図である。
【図３】 本発明を実施するのに使用して好適な従来の
ガス検出器の一例を説明するための図である。
ガス検出器の一例を説明するための図である。
１…抵抗値測定手段、２…演算手段、３…データ記憶テ
ーブル、４…電力制御手段、５…電源、１０…ガス検出
器、１３…ヒータ、１４…ガス感応素子。
ーブル、４…電力制御手段、５…電源、１０…ガス検出
器、１３…ヒータ、１４…ガス感応素子。
Claims (1)
- 【請求項１】 ガス検出素子を加熱するヒータをガス感
応温度に加熱し、該ガス感応温度のときのガス検出素子
の抵抗値を測ることで雰囲気中のガスを検出するガス検
出器において、前記ヒータの抵抗値を測定する手段と、
該ヒータの雰囲気温度のときの抵抗値と所定温度のとき
の抵抗値との差を求める演算手段と、前記ヒータの抵抗
値を前記差分上昇するに必要な電力を記憶した記憶テー
ブルと、前記雰囲気温度と前記差分とにより前記記憶テ
ーブルから前記ヒータに印加する電力を求め、求めた電
力を前記ヒータに印加する手段とを有することを特徴と
するガス検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15838793A JP3300110B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガス検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15838793A JP3300110B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガス検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712771A JPH0712771A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3300110B2 true JP3300110B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=15670618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15838793A Expired - Fee Related JP3300110B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガス検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300110B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3700378B2 (ja) * | 1998-03-04 | 2005-09-28 | 富士電機機器制御株式会社 | ガス検知警報器 |
| JP5755899B2 (ja) * | 2011-02-04 | 2015-07-29 | 富士電機株式会社 | ガス警報器、ガス警報器におけるガスセンサのヒータ電力制御方法 |
| JP5788188B2 (ja) * | 2011-02-04 | 2015-09-30 | 富士電機株式会社 | ガス警報器、ガス警報器におけるガスセンサのヒータ電圧設定方法 |
| JP5755898B2 (ja) * | 2011-02-04 | 2015-07-29 | 富士電機株式会社 | ガス警報器、ガス警報器におけるガスセンサのヒータ温度制御方法 |
| JP5297497B2 (ja) | 2011-05-11 | 2013-09-25 | 本田技研工業株式会社 | ガスセンサ |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP15838793A patent/JP3300110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0712771A (ja) | 1995-01-17 |
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