JP4033568B2 - ガス検出センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中に含まれる特定のガスを検出するためのセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
大気中に含まれるCO2濃度を測定する場合、従来はエアーポンプを用いて大気をガス吸収溶液(この場合はアルカリ水溶液)に一定時間送り込み大気中に含まれるCO2をアルカリ水溶液に溶かし込む。これによりアルカリ水溶液はCO2と反応してアルカリ濃度が変化する。このアルカリ濃度の変化を所定の試薬を点滴して調べることにより、大気中のCO2濃度を知ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような検出方法では、
装置が高価で大型となり、又、ランニングコストも高い、
エアーポンプの供給能力を一定値に規定する必要があるが、これはエアーポンプに接続されたチューブの長さ等によっても変化するため管理が容易でない、
又、エアーポンプの送り込み時間とガス吸収溶液に溶け込む量とがリニアに比例しないため時間管理も必要となり、操作が煩わしい、
測定対象(試料)が大気のような場合は問題はないが、試料が少量の場合には上述の方法では測定が困難である、
といった課題があった。
【0004】
従って本発明は上述した課題を解決することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、気中に含まれる特定のガスを検出するためのセンサであって、平板状のベース部の一方の面に底面が平坦な凹部の室を形成し、そして前記の室内にガス吸収溶液を流す少なくとも1本の溝を形成するために島を形成し、更に、前記溝の上部を閉封するようにガス透過材を前記一方の面の周囲縁に接合させると共に、前記島の上面で保持させたことを特徴とする。
【0006】
【作用】
上記溝にガス吸収溶液が流れる間にガス透過材を通じて気中に含まれるガスがガス吸収溶液に吸収される。
そのガス吸収量を増すには、請求項2にあるように、溝の途中にプールを形成して溝の表面積を増やすとよい。
その場合、前記プール内でガス吸収溶液が不整流の状態で流れるとガス吸収量が一様でなくなるので、請求項3に示したように、前記プール内に整流手段を設ける。
整流手段としては請求項4に示すように、凸状の島をガス吸収溶液の流れる方向に配列したものを使用できる。
又、ガス透過材を通じてのガス吸収量を増す別の手法としては請求項5に示すように、上記溝を蛇行させたり、折曲させるようにして溝長を長くしてもよい。請求項6に示したように、上記溝の下流側に試薬溶液を混合するために別の溝を形成すれば、システム構成は更にコンパクトになる。
請求項7にあるようにベース部自体もガス透過性の材質で形成するようにすれば、ガス吸収量を増すことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の1実施形態を示したガス吸収センサ1の分解斜視図である。このガス吸収センサ1は樹脂性のベース部10とこのベース部10の上面に貼り付けられる多孔質ガラス板20とからなる。ベース10部のサイズは例えば縦横それぞれ36mmで高さは1mmである。そのベース部10の上面には、上述したプールとして、ほぼ6角形状をなし、深さ150μmで底面が平坦な凹部の形状をなすガス吸収室11が形成される。そのガス吸収室11には幅および高さが150μmの短冊状で凸部に形成された島12が150μmの間隔で複数個配列されている。尚、この島12は、ガス吸収室11の形成(エッチング)の際に非エッチング部にして残されたものである。
【0008】
島12の延在方向にあるガス吸収室11の頂点11a、11bから当該ベース10の端面に至る溝11c、11dが形成されている。図示されるように、ガス吸収室11は一方側にずれた位置にあり、長い方の溝11dにおいては途中で直交方向に分岐した溝11eが形成されている。これらの溝の径はいずれも100μmである。これらの溝11c、11d、11eのベース端面部をそれぞれ溶液注入口13、溶液取出口14、試薬注入口15と呼ぶ。
【0009】
多孔質ガラス板20は、液体は通さないが気体は自由に透過させる性質を持つものであり、ガラス材以外にも種々の透過膜を使用でき、例えば“ゴアテックス”と呼ばれるものを使用できる。この多孔質ガラス20板は接着剤を用いて前述のベース10の上面に貼り付けられるか、もしくは接着シートを用いて両者を互いに貼り合わしてから熱を加えることにより固定される。このとき多孔質ガラス板20と島12の上面とは密着するため、島12相互間の間隙部は、溶液注入口13から注入されたガス吸収溶液が溶液取出口14へ流れる際の通路となる。又、多孔質ガラス板20は極めて薄い膜状のものであるため、この島12は、ガス吸収室11の個所で多孔質ガラス板20が変形しないよう保持する機能も併せ持つ。
【0010】
図2は上記センサ1の使用例を示したシステム図であり、ここでも大気中のCO2濃度を検出する場合を例にとって説明する。溶液注入口13へはポンプ31を通じてガス吸収溶液のタンク32からのガス吸収溶液が供給される。これにより、ガス吸収溶液はガス吸収室11に導かれ、各島12間の間隙部を通過して溝11dへ導かれる。
【0011】
このガス吸収溶液がガス吸収室11を通過する間に、多孔質ガラス板20を透過したCO2がガス吸収溶液に吸収される。ここでガス吸収液がガス吸収室11を通過するのに要する時間は、溝11c、11dの穴径でほぼ決まる。つまり、
▲1▼多孔質ガラス板20を介したガスの吸収時間が一定時間となるので測定のバラツキをなくせる。
又、上述した整流作用を持たせた島12を設けたのでガス吸収溶液はガス吸収室11内で一様に流れるようになる。つまり、
▲2▼ガス吸収室11内のガス吸収溶液は均等にガスを吸収するようになり、測定精度が向上する。
【0012】
一方、試薬注入口15に対してポンプ33を通じて試薬溶液のタンク34からの試薬溶液が供給されている。従って前記のガス吸収溶液が溝11dを通過する間に試薬溶液が混合され、その混合されたガス吸収溶液は、溶液取出口14を通じて計測器35に導かれ、ここでアルカリ濃度が検出され、そのアルカリ濃度から大気中のCO2濃度が測定表示される。
【0013】
本発明の気体検出センサは例示したように極めて小型(本発明はこのサイズに限定されるものではない)であるため、例えば一つのチップ基板に本センサを組み込むことも可能であり、近年注目されているマイクロマシンに組み込むことも可能である。
【0014】
上述した▲1▼、▲2▼の機能を持つものであるならば本発明の気体センサの形状は図1のものに限定されず、例えば図3に示すように、各島12’の長さをガス吸収室11の形状に応じて変化させたり、あるいはガス吸収室11自身の形状も他の多角形や円状であってもよく、又、図4に示すように、折曲(もしくは蛇行)させた溝50を形成して溝の表面積を増やしてもよい。
【0015】
尚、図3、図4は、図1にあるような溝11eを設けなかった例であり、この場合は、試薬溶液を混合させるための手段を別途設ければよい。
【0016】
尚、検出対象のガスに応じて採用されるガス吸収溶液が腐食性のものであるならば、ベース部10は例えばガラス材で形成する。又、このベース部10自体をガス透過性の材質で形成すれば、上下面からガスが吸収されるようになり、低濃度のガスも検出可能となる。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、平板状のベース部の一方の面に、ガス吸収溶液が流れる1本の連続した溝を形成し、その上にガス透過材を設け、その溝にガス吸収溶液を通過させる間に気中のガスをガス透過材を通じて検出するものであり、シンプルな構造のため小型、安価で、測定対象の試料は少量で済む。又、ガス吸収溶液が溝を通過に要する時間、つまりガス吸収時間を容易に制御できるので測定のバラツキをなくせる。
ガス吸収量を増すために溝の途中にプールを形成することができ、そのプール内に整流手段を設ければガス吸収溶液が一様に流れるようになり、つまりガスの吸収が均等に行われるようになり、測定精度が向上する。
更に、溝の下流に試薬溶液を混合するために別の溝を形成すれば、システム構成が更にコンパクトになる。
又、ベース部自体をガス透過性の材質で形成すればガス吸収量が増す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の気体センサの1実施形態を示した斜視図
【図2】 図1の気体センサの使用例を示したシステム図
【図3】 本発明の気体センサの別の実施形態を示した図
【図4】 本発明の気体センサの別の実施形態を示した図
【符号の説明】
1 ガス検出センサ
10 ベース部
11 ガス吸収室
11a,11b,11d,11e 溝
12 島
13 溶液注入口
14 溶液取出口
15 試薬注入口
20 多孔質ガラス板
31,33 ポンプ
32,34 タンク
35 計測器
Claims (7)
- 気中に含まれる特定のガスを検出するためのセンサであって、平板状のベース部の一方の面に底面が平坦な凹部の室を形成し、そして前記の室内にガス吸収溶液を流す少なくとも1本の溝を形成するために島を形成し、更に、前記溝の上部を閉封するようにガス透過材を前記一方の面の周囲縁に接合させると共に、前記島の上面で保持させたことを特徴とするガス検出センサ。
- ガス透過材を介したガス吸収量を増すために前記溝の途中にプールを形成した請求項1記載のガス検出センサ。
- 前記プール内においてガス吸収溶液が一様に流れるように、前記プール内に整流手段を設けた請求項2記載のガス検出センサ。
- 前記整流手段は、凸状の島をガス吸収溶液の流れる方向に配列したものである請求項3記載のガス検出センサ。
- ガス透過材を介したガス吸収量を増すために上記溝を蛇行もしくは折曲させ、溝長を長くした請求項1記載のガスセンサ。
- 前記溝の下流側で試薬溶液を混合するために別の溝を形成した請求項1〜5のいずれかに記載のガス検出センサ。
- 前記ベース部をガス透過性の材質で形成した請求項1〜6のいずれかに記載のガス検出センサ。
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