JP4433484B2 - Hydrogen sensor and ammonia sensor - Google Patents

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Description

本発明は水素センサおよびアンモニアセンサに関するものである。   The present invention relates to a hydrogen sensor and an ammonia sensor.

水素センサは、水素を燃料源とする燃料電池システムの安全性を確保するために必要なセンサであり、今後普及が期待されている。水素センサは、水素の漏れを低濃度の段階で確実に検知し、システムの停止や警報を行うために使用される。水素センサは、接触燃焼方式、半導体方式、熱電式、光ファイバ式など種々の検知方式が採用されているが、いずれも、ガス種の選択性、コスト、耐久性に問題がある。   The hydrogen sensor is a sensor necessary for ensuring the safety of a fuel cell system using hydrogen as a fuel source, and is expected to spread in the future. The hydrogen sensor is used to reliably detect hydrogen leakage at a low concentration stage, and to stop or warn the system. The hydrogen sensor employs various detection methods such as a catalytic combustion method, a semiconductor method, a thermoelectric method, and an optical fiber method, but all have problems in gas type selectivity, cost, and durability.

接触燃焼式水素センサにおいては、白金などの触媒上で水素を燃焼させ,その熱や熱に伴う抵抗体の抵抗値変化を利用する。この方式では、水素だけでなく、炭化水素も同時に燃焼するので、ガス種の選択性が悪い。また白金などの高価な材料を使用する必要がある。   In the contact combustion type hydrogen sensor, hydrogen is burned on a catalyst such as platinum, and the change in resistance value of the resistor due to the heat and heat is used. In this method, not only hydrogen but also hydrocarbons are combusted at the same time, so the selectivity of the gas species is poor. Moreover, it is necessary to use expensive materials such as platinum.

半導体式水素センサにおいては、酸化スズなどの金属酸化物半導体の焼結体を加熱しておき、これに水素が接触すると半導体の電気抵抗が変化する。この抵抗値変化を利用して水素濃度を算出する。この方式でも、炭化水素や一酸化炭素でも同様の反応が生ずるので、ガス種の選択性が悪い。また、ヒーターによる半導体の加熱が必須であり、コストが高い。更に酸化スズが使用環境下で劣化するので寿命が短い。   In a semiconductor-type hydrogen sensor, a metal oxide semiconductor sintered body such as tin oxide is heated, and when it comes into contact with hydrogen, the electrical resistance of the semiconductor changes. The hydrogen concentration is calculated using this resistance value change. Even in this method, the same reaction occurs with hydrocarbons and carbon monoxide, so the selectivity of the gas species is poor. In addition, heating of the semiconductor with a heater is essential, and the cost is high. Furthermore, the life of the tin oxide is short because it deteriorates in the usage environment.

また、パラジウム膜をつけた水晶振動子を利用した水素センサが提案されている(特許文献1)。パラジウムは、原子間の隙間に水素が吸蔵される性質を有している。この原子間の隙間に炭化水素や一酸化炭素が入ることは不可能であるので、この水素センサはガス種の選択性が高い。
特公平3−40817号公報
In addition, a hydrogen sensor using a crystal resonator with a palladium film has been proposed (Patent Document 1). Palladium has the property that hydrogen is occluded in the gaps between atoms. Since it is impossible for hydrocarbons and carbon monoxide to enter the gaps between the atoms, this hydrogen sensor has high gas species selectivity.
Japanese Patent Publication No. 3-40817

また、リン酸ジルコニウムを含む薄膜をつけた水晶振動子を利用したセンサが提案されている(特許文献2)。リン酸ジルコニウムは表面にアンモニアガスを選択的に吸着する性質を有している。
実用新案登録第3094415号公報
In addition, a sensor using a crystal resonator with a thin film containing zirconium phosphate has been proposed (Patent Document 2). Zirconium phosphate has the property of selectively adsorbing ammonia gas on its surface.
Utility Model Registration No. 3094415

特許文献1記載の水素センサでは、水晶振動板の両面に電極を設け、電極を被覆するようにパラジウム膜を形成する。そして、電極に交流電圧を供給して振動板を振動させる。このときの振動周波数は振動板と電極の固有共振周波数によって定まる。このパラジウム膜に水素が吸着すると、振動板の周波数が若干変化するので、この周波数変化から水素濃度を算出する。   In the hydrogen sensor described in Patent Document 1, electrodes are provided on both sides of a quartz diaphragm, and a palladium film is formed so as to cover the electrodes. And an alternating voltage is supplied to an electrode and a diaphragm is vibrated. The vibration frequency at this time is determined by the natural resonance frequency of the diaphragm and the electrode. When hydrogen is adsorbed on the palladium film, the frequency of the diaphragm changes slightly, so the hydrogen concentration is calculated from this frequency change.

しかし、特許文献1記載の水素センサでは、ごく微量の付着水素に基づく周波数の変化はごく僅かであり、この周波数変化から精度よく水素濃度を検出することは困難である。水素ガスは大気中では濃度4%程度で爆発するので、できるだけ低濃度で検出する必要があり、少なくとも0.1〜1%で検知することが必要である。できれば100ppm程度の濃度で検出可能であることが望ましい。   However, in the hydrogen sensor described in Patent Document 1, the frequency change based on a very small amount of attached hydrogen is very small, and it is difficult to accurately detect the hydrogen concentration from this frequency change. Since hydrogen gas explodes in the atmosphere at a concentration of about 4%, it is necessary to detect it at the lowest possible concentration, and at least 0.1 to 1%. It is desirable that detection is possible at a concentration of about 100 ppm if possible.

特許文献1記載のような水素センサにおいて、水素の検出感度を向上させるためには、単位面積当たりの水素吸着量を増加させる必要があり、このためにはパラジウム膜の膜厚を大きくする必要がある。しかしパラジウム膜の膜厚を大きくすると、高価なパラジウムの量が増えることからコストが増加する。また、膜内に水素が浸透するまでに必要な時間が長くなるので、水素濃度変化に対する応答性が悪くなる。   In the hydrogen sensor as described in Patent Document 1, in order to improve the hydrogen detection sensitivity, it is necessary to increase the amount of hydrogen adsorption per unit area. For this purpose, it is necessary to increase the thickness of the palladium film. is there. However, when the film thickness of the palladium film is increased, the amount of expensive palladium increases and the cost increases. In addition, since the time required for hydrogen to penetrate into the membrane becomes longer, the responsiveness to changes in hydrogen concentration becomes worse.

本発明の課題は、圧電振動子を使用した水素センサの感度を向上させ得るような構造を提供することである。
また、本発明の課題は、圧電振動子を使用したアンモニアセンサの感度を向上させ得るような構造を提供することである。
An object of the present invention is to provide a structure capable of improving the sensitivity of a hydrogen sensor using a piezoelectric vibrator.
Another object of the present invention is to provide a structure capable of improving the sensitivity of an ammonia sensor using a piezoelectric vibrator.

本発明は、振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、および水素の吸着能を有する吸着膜を備えており、駆動電極と検出電極とが分離されており、非測定時における検出電極からの振動変位の検出値と測定時における検出電極からの振動変位の検出値との差に基づいて水素濃度を測定するのに際して
基本振動において振動変位が振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に吸着膜に付着する水素による中心軸に対する基本振動の線対称性の崩れによって検出電極に発生する信号電圧に基づいて、吸着膜に付着した水素の質量を算出することを特徴とする。
The present invention, vibrator, driving electrodes for exciting a fundamental vibration in this vibrator has a adsorption film having the adsorption ability of the detection electrode, and hydrogen to detect the vibration displacement caused by the vibration of the vibrator, the driving electrodes detection electrodes and are separated, when to measure the hydrogen concentration based on a difference between the detection value of the vibration displacement from the detection electrode during measurement and the detection value of the vibration displacement from the detection electrodes in the non-measurement mode,
Based on the signal voltage generated at the detection electrode due to the collapse of the line symmetry of the fundamental vibration with respect to the central axis due to hydrogen adhering to the adsorption film during measurement, the vibration displacement is substantially symmetric with respect to the central axis of the vibrator in the fundamental vibration. The mass of hydrogen adhering to the adsorption film is calculated .

また、本発明は、振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、前記振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、および水素の吸着能を有する吸着膜を備えており、駆動電極と検出電極とが分離されている水素センサを使用し、
非測定時における検出電極からの振動変位の検出値と測定時における検出電極からの振動変位の検出値との差に基づいて水素濃度を測定するのに際して基本振動において振動変位が振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に吸着膜に付着する水素による中心軸に対する基本振動の線対称性の崩れによって検出電極に発生する信号電圧に基づいて、吸着膜に付着した水素の質量を算出することを特徴とする、水素濃度測定方法に係るものである。
Further, the present invention includes a vibrator, a drive electrode that excites fundamental vibration in the vibrator, a detection electrode that detects vibration displacement associated with the vibration of the vibrator , and an adsorption film having hydrogen adsorption ability. Using a hydrogen sensor in which the drive electrode and the detection electrode are separated,
In to measure the hydrogen concentration based on a difference between the detection value of the vibration displacement from the detection electrode during measurement and the detection value of the vibration displacement from the detection electrodes in the non-measurement mode, the oscillation center displacement of the vibrator in the fundamental vibration The mass of hydrogen adhering to the adsorption film is determined based on the signal voltage generated at the detection electrode due to the collapse of the line symmetry of the fundamental vibration with respect to the central axis due to hydrogen adhering to the adsorption film during measurement. The present invention relates to a method for measuring a hydrogen concentration, characterized in that it is calculated .

また、本発明は、振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、およびアンモニア吸着能を有する吸着膜を備えており、駆動電極と検出電極とが分離されており、非測定時における検出電極からの振動変位の検出値と測定時における検出電極からの振動変位の検出値との差に基づいてアンモニア濃度を測定するのに際して基本振動において振動変位が振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に吸着膜に付着するアンモニアによる中心軸に対する基本振動の線対称性の崩れによって検出電極に発生する信号電圧に基づいて、吸着膜に付着したアンモニアの質量を算出することを特徴とする、アンモニアセンサに係るものである。
Further, the present invention, the vibrator, the driving electrodes for exciting a fundamental vibration in this vibrator has a adsorption film having the detection electrodes, and the ammonia adsorption capacity for detecting vibration displacement caused by the vibration of the vibrator, driving electrodes and the detection electrode and are separated, when the measured ammonia concentration based on a difference between the detection value of the vibration displacement from the detection electrode during measurement and the detection value of the vibration displacement from the detection electrodes in the non-measurement mode, Based on the signal voltage generated at the detection electrode due to the collapse of the line symmetry of the fundamental vibration with respect to the central axis due to ammonia adhering to the adsorption film during measurement, the vibration displacement is substantially symmetrical with respect to the central axis of the vibrator in the fundamental vibration. The present invention relates to an ammonia sensor, wherein the mass of ammonia attached to the adsorption film is calculated .

本発明によれば、振動子上の吸着膜への水素吸着による振動状態変化を利用して水素、アンモニア濃度を測定する水素(アンモニア)センサにおいて、駆動手段と検出手段とを分離し、駆動手段によってセンサに基本振動を励起し、検出手段によって水素(アンモニア)吸着による振動状態の変化を検出することとした。このように駆動手段と検出手段とを分離することによって、振動状態を反映する所望の振動を精度よく検出しやすくなり、駆動手段と検出手段とをそれぞれ最も効果的な部位に設けることが可能となる。この結果、センサにおける水素(アンモニア)濃度の検出感度を向上させることが可能となった。   According to the present invention, in the hydrogen (ammonia) sensor that measures the hydrogen and ammonia concentrations by utilizing the vibration state change caused by hydrogen adsorption on the adsorption film on the vibrator, the drive means and the detection means are separated, and the drive means Thus, the fundamental vibration was excited in the sensor, and the change of the vibration state due to hydrogen (ammonia) adsorption was detected by the detection means. By separating the drive means and the detection means in this way, it becomes easy to accurately detect a desired vibration that reflects the vibration state, and it is possible to provide the drive means and the detection means in the most effective parts. Become. As a result, the detection sensitivity of the hydrogen (ammonia) concentration in the sensor can be improved.

本発明においては、基本振動において、振動変位が振動子の中心軸に対して略対称である。また、好適な実施形態においては、非測定時において、検出手段からの検出値が略0となるようにする。この場合には、略0からの変位を検出するので、一層測定感度が向上する上、環境変化の影響を低減できる。
In the present invention, the fundamental vibration, the vibration displacement is substantially symmetrical with respect to the center axis of the vibrator. In a preferred embodiment, the detection value from the detection means is set to approximately 0 when not measuring. In this case, since the displacement from about 0 is detected, the measurement sensitivity is further improved and the influence of the environmental change can be reduced.

好適な実施形態においては、基本振動が、振動子の厚さ方向のねじれ振動モードである。厚みねじれ振動子を利用することにより、原理的に、1ppm相当の水素濃度で水素またはアンモニア検出を実現可能である。   In a preferred embodiment, the fundamental vibration is a torsional vibration mode in the thickness direction of the vibrator. By using a thickness torsional vibrator, it is possible in principle to detect hydrogen or ammonia at a hydrogen concentration equivalent to 1 ppm.

図1〜図6は、厚みねじれ振動モードを利用した水素センサ(あるいはアンモニアセンサ)に係るものである。図1は、センサ1を模式的に示す平面図であり、図2は、センサ1を模式的に示す斜視図であり、図3は、センサ1の正面図である。図4(a)は、厚みねじれ振動モードを説明するための平面図であり、図4(b)は、厚みねじれ振動モードを説明するための斜視図であり、図5は回路例を示す。   1 to 6 relate to a hydrogen sensor (or ammonia sensor) using a thickness torsional vibration mode. FIG. 1 is a plan view schematically showing the sensor 1, FIG. 2 is a perspective view schematically showing the sensor 1, and FIG. 3 is a front view of the sensor 1. 4A is a plan view for explaining the thickness torsional vibration mode, FIG. 4B is a perspective view for explaining the thickness torsional vibration mode, and FIG. 5 shows a circuit example.

図1、図2に示すように、センサ1の振動子2は例えば角板形状をしている。振動子2の表面2a上には、駆動電極3A、3B、検出電極4Aが形成されており、表面2b上には、駆動電極3C、3Dおよび検出電極4Bが形成されている。駆動電極3A上には、水素またはアンモニア吸着能を有する吸着膜5が設けられている。15はリードであり、16はリード端子である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the vibrator 2 of the sensor 1 has, for example, a square plate shape. Drive electrodes 3A, 3B and detection electrodes 4A are formed on the surface 2a of the vibrator 2, and drive electrodes 3C, 3D and detection electrodes 4B are formed on the surface 2b. An adsorption film 5 having hydrogen or ammonia adsorption ability is provided on the drive electrode 3A. 15 is a lead, and 16 is a lead terminal.

駆動回路部14(図5参照)の駆動電源8を使用し、駆動電極3Aと3Cとの間、駆動電極3Bと3Dとの間にそれぞれ逆相の交流電圧を印加することによって、図4(a)、図4(b)に示す矢印A、Bのように、厚みすべり振動を生じさせる。D1、D2は交流電圧印加端子であり、D1G、D2Gは接地端子である。駆動振動A、Bは、振動子の中心軸Dに対して略線対称である。   By using the drive power supply 8 of the drive circuit unit 14 (see FIG. 5) and applying an AC voltage having a reverse phase between the drive electrodes 3A and 3C and between the drive electrodes 3B and 3D, respectively, FIG. a) Thickness shear vibration is generated as indicated by arrows A and B shown in FIG. D1 and D2 are AC voltage application terminals, and D1G and D2G are ground terminals. The drive vibrations A and B are substantially line symmetric with respect to the central axis D of the vibrator.

検出電極4A、4Bの間で振動子2に変位が生ずると、端子Pと接地端子PGとの間で電圧が生ずる。この電圧差を信号処理部6の検出増幅器9で検出し、駆動振動によって位相検波回路10で位相検波する。そして、駆動振動と同相の振動をローパスフィルター11に通し、出力する。   When the vibrator 2 is displaced between the detection electrodes 4A and 4B, a voltage is generated between the terminal P and the ground terminal PG. This voltage difference is detected by the detection amplifier 9 of the signal processing unit 6, and phase detection is performed by the phase detection circuit 10 by driving vibration. Then, the vibration having the same phase as the drive vibration is passed through the low-pass filter 11 and output.

ここで、中心の検出電極4A、4Bにおける検出信号は、非測定時においては略ゼロとなるようにする。これは、駆動振動の変位A、Bが、振動子2の中心軸Dに対して略線対称となっているために、検出電極4A、4Bの間の領域における振動子の振動変位はほぼゼロとなるからである。   Here, the detection signals at the center detection electrodes 4A and 4B are set to be substantially zero at the time of non-measurement. This is because the vibration displacements A and B of the drive vibration are substantially line symmetric with respect to the central axis D of the vibrator 2, so that the vibration displacement of the vibrator in the region between the detection electrodes 4 A and 4 B is almost zero. Because it becomes.

測定時に吸着膜5に水素、アンモニアが付着すると、吸着膜5の質量が増加し、振動子2の中心軸Dの左右における各質量のバランスが崩れる。この結果、中心軸Dに対する駆動振動A、Bの線対称性が崩れ、検出電極4Aと4Bとの間に、駆動振動と同相の信号電圧が発生する。この信号電圧に基づいて質量を算出する。   If hydrogen or ammonia adheres to the adsorption film 5 during measurement, the mass of the adsorption film 5 increases, and the balance of the masses on the left and right of the central axis D of the vibrator 2 is lost. As a result, the line symmetry of the drive vibrations A and B with respect to the central axis D is lost, and a signal voltage in phase with the drive vibration is generated between the detection electrodes 4A and 4B. The mass is calculated based on this signal voltage.

図6は、他の実施形態に係るセンサ1Aを概略的に示す正面図である。このセンサの平面図、斜視図は、図1、図2に示したセンサと同じである。振動子2の表面2a上には、駆動電極3A、3B、検出電極4Aが形成されており、表面2b上には、接地電極14および駆動接地電極3Dが形成されている。駆動電極3A上には吸着膜5が設けられている。   FIG. 6 is a front view schematically showing a sensor 1A according to another embodiment. The plan view and perspective view of this sensor are the same as the sensor shown in FIGS. Drive electrodes 3A and 3B and a detection electrode 4A are formed on the surface 2a of the vibrator 2, and a ground electrode 14 and a drive ground electrode 3D are formed on the surface 2b. An adsorption film 5 is provided on the drive electrode 3A.

駆動回路部14の駆動電源8を使用し、駆動電極3Bと3Dとの間、駆動電極3Aと接地電極14との間にそれぞれ逆相の交流電圧を印加することによって、図4(a)、(b)に示す矢印A、Bのように、厚みすべり振動を生じさせる。D1、D2は交流電圧印加端子であり、D2G、Gは接地端子である。駆動振動A、Bは、振動子の中心軸Dに対して略線対称である。   By using the drive power supply 8 of the drive circuit unit 14 and applying AC voltages of opposite phases between the drive electrodes 3B and 3D and between the drive electrode 3A and the ground electrode 14, respectively, FIG. As shown by arrows A and B shown in (b), thickness shear vibration is generated. D1 and D2 are AC voltage application terminals, and D2G and G are ground terminals. The drive vibrations A and B are substantially line symmetric with respect to the central axis D of the vibrator.

検出電極4A、接地電極14の間で振動子に変位が生ずると、端子Pと接地端子Gとの間で電圧が生ずる。この電圧差を信号処理部6の検出増幅器9で検出し、駆動振動によって位相検波回路10で位相検波する。そして、駆動振動と同相の振動をローパスフィルター11に通し、出力する。中心の検出電極4Aにおける検出信号は、非測定時においては略ゼロとなるようにする。測定時に吸着膜5に物質が付着すると、吸着膜5の質量が増加し、振動子の中心軸Dの左右における各質量のバランスが崩れる。この結果、中心軸Dに対する駆動振動A、Bの線対称性が崩れ、検出電極4Aに駆動振動と同相の信号電圧が発生する。この信号電圧に基づいて質量を算出する。   When the transducer is displaced between the detection electrode 4A and the ground electrode 14, a voltage is generated between the terminal P and the ground terminal G. This voltage difference is detected by the detection amplifier 9 of the signal processing unit 6, and phase detection is performed by the phase detection circuit 10 by driving vibration. Then, the vibration having the same phase as the drive vibration is passed through the low-pass filter 11 and output. The detection signal at the center detection electrode 4A is set to substantially zero at the time of non-measurement. If a substance adheres to the adsorption film 5 at the time of measurement, the mass of the adsorption film 5 increases, and the balance between the masses on the left and right of the central axis D of the vibrator is lost. As a result, the line symmetry of the drive vibrations A and B with respect to the central axis D is lost, and a signal voltage in phase with the drive vibration is generated on the detection electrode 4A. The mass is calculated based on this signal voltage.

また、好適な実施形態においては、振動子が少なくとも一対の屈曲振動片を備えており、基本振動が、屈曲振動片の屈曲振動を含む。このような振動は変位を大きくできるので、感度向上に一層効果的である。図7は、この実施形態に係る振動子(吸着膜の形成前)を概略的に示す平面図であり、図7は、この実施形態に係る振動子45を概略的に示す平面図である。   In a preferred embodiment, the vibrator includes at least a pair of bending vibration pieces, and the basic vibration includes bending vibration of the bending vibration piece. Since such vibration can increase displacement, it is more effective in improving sensitivity. FIG. 7 is a plan view schematically showing the vibrator (before formation of the adsorption film) according to this embodiment, and FIG. 7 is a plan view schematically showing the vibrator 45 according to this embodiment.

本例のセンサ31の振動子基部34は、振動子45の重心GOを中心として四回対称の略正方形をなしている。一対の細長い支持部35が基部34の周縁から中心軸Dに対して略対称に伸びている。各支持部35の各先端から、それぞれ、一対の駆動振動片36A、36B、36C、36Dが、中心軸Dと略平行に伸びている。各駆動振動片36A〜36Dの各先端には、それぞれ幅広の重量部ないしハンマーヘッドが設けられており、各重量部内に貫通孔が設けられている。各駆動振動片の側面および主面には駆動電極32、33A、33Bが形成されている。   The transducer base 34 of the sensor 31 of this example has a substantially square shape that is four-fold symmetric about the center of gravity GO of the transducer 45. A pair of elongated support portions 35 extend substantially symmetrically with respect to the central axis D from the periphery of the base portion 34. A pair of drive vibrating pieces 36 </ b> A, 36 </ b> B, 36 </ b> C, 36 </ b> D extend substantially parallel to the central axis D from the respective tips of the support portions 35. A wide weight part or hammer head is provided at each tip of each of the drive vibrating pieces 36A to 36D, and a through hole is provided in each weight part. Drive electrodes 32, 33 </ b> A, and 33 </ b> B are formed on the side surface and main surface of each drive vibration piece.

基部34の周縁部から、中心軸Dの方向へと向かって、それぞれ細長い検出振動片38A、38Bが伸びている。各検出振動片38A、38Bの各先端にはそれぞれ幅広の重量部ないしハンマーヘッドが設けられており、各重量部内に貫通孔が設けられている。各検出振動片の側面および主面上にはそれぞれ検出電極40、39が形成されている。   Elongated detection vibrating pieces 38A and 38B extend from the peripheral edge of the base 34 in the direction of the central axis D, respectively. A wide weight portion or a hammer head is provided at each end of each detection vibrating piece 38A, 38B, and a through hole is provided in each weight portion. Detection electrodes 40 and 39 are formed on the side surface and the main surface of each detection vibrating piece, respectively.

本例では、図7において右側の駆動振動片上の電極33A上に吸着膜41A、41Bが形成されている(図8)。前述したように、駆動電極を使用し、各駆動振動片36A、36B、36C、36Dを、矢印Eで示すように、支持部35の先端を中心として屈曲振動させる。この際、屈曲振動片36A、36Bの振動と、屈曲振動片36C、36Dの振動とが、中心軸Dに対して略線対称となるようにする。この結果、屈曲振動片36A、36B、36C、36Dの駆動振動の全体の重心GD、および振動子の重心GO上が、ほぼ中心軸D上にあるようにする。この状態では、検出振動片38A、38B上にある検出電極39、40における検出電流はほぼゼロに調整される。   In this example, adsorption films 41A and 41B are formed on the electrode 33A on the right drive vibrating piece in FIG. 7 (FIG. 8). As described above, the driving electrodes 36A, 36B, 36C, and 36D are flexibly vibrated around the tip of the support portion 35 as indicated by the arrow E using the driving electrodes. At this time, the vibrations of the bending vibration pieces 36 </ b> A and 36 </ b> B and the vibrations of the bending vibration pieces 36 </ b> C and 36 </ b> D are made substantially line symmetric with respect to the central axis D. As a result, the overall center of gravity GD of the drive vibration of the bending vibration pieces 36A, 36B, 36C, and 36D and the center of gravity GO of the vibrator are made to be substantially on the center axis D. In this state, the detection current at the detection electrodes 39 and 40 on the detection vibrating pieces 38A and 38B is adjusted to almost zero.

測定時に吸着膜41A、41Bに水素またはアンモニアが付着すると、各吸着膜の質量が増加し、振動子の中心軸Dの左右における各質量のバランスが崩れる。この結果、中心軸Dの上における駆動振動Eの対称性が崩れ、検出電極39と40との間に、駆動振動と同相の信号電圧が発生する。この信号電圧に基づいて質量を算出する。   If hydrogen or ammonia adheres to the adsorption films 41A and 41B at the time of measurement, the mass of each adsorption film increases, and the balance between the masses on the left and right of the center axis D of the vibrator is lost. As a result, the symmetry of the drive vibration E on the central axis D is lost, and a signal voltage in phase with the drive vibration is generated between the detection electrodes 39 and 40. The mass is calculated based on this signal voltage.

振動子の材質は特に限定するものではない。一例では圧電単結晶や圧電セラミックスを利用できる。圧電単結晶としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体(Li(Nb,Ta)O3)単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。水晶は量産技術が確立されており、水素センサの製造コストを低減できる。ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体は、キュリー点が高いので、高温まで使用可能である。圧電セラミックスとしては、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛やそれに添加物を加えたいわゆるPZT系の圧電セラミックスや、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ビスマス層状化合物などを例示できる。 The material of the vibrator is not particularly limited. In one example, a piezoelectric single crystal or a piezoelectric ceramic can be used. Examples of the piezoelectric single crystal include quartz crystal, lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution (Li (Nb, Ta) O 3 ) single crystal, lithium borate single crystal, and langasite single crystal. . Quartz production technology has been established, which can reduce the manufacturing cost of hydrogen sensors. Lithium niobate, lithium tantalate, and lithium niobate-lithium tantalate solid solutions have a high Curie point and can be used up to high temperatures. Examples of piezoelectric ceramics include lead zirconate titanate, lead titanate and so-called PZT-based piezoelectric ceramics with additives added thereto, barium titanate, strontium titanate, bismuth layered compounds, and the like.

また、AlNからなる振動子を利用できる。AlN振動子は、還元性雰囲気中では1000℃程度まで動作可能である。更に、シリコンのマイクロマシニングによって形成した振動子も利用できる。
また、ランガサイトからなる振動子を利用できる。ランガサイト振動子は、融点が1470℃と高く、1000℃程度まで動作可能である。
Moreover, a vibrator made of AlN can be used. The AlN vibrator can operate up to about 1000 ° C. in a reducing atmosphere. Furthermore, a vibrator formed by silicon micromachining can be used.
Moreover, a vibrator made of Langasite can be used. The Langasite vibrator has a high melting point of 1470 ° C. and can operate up to about 1000 ° C.

駆動電極、検出電極は、導電性膜によって構成することができる。こうした導電性膜としては、金膜、金とクロムとの多層膜、金とチタンとの多層膜、銀膜、銀とクロムとの多層膜、銀とチタンとの多層膜、鉛膜、白金膜等の金属膜、TiO等の金属酸化物膜が好ましい。金膜と酸化物単結晶、例えば水晶とは密着性が低いので、金膜と振動アーム、特に水晶アームとの間には、下地層、例えば少なくともクロム層またはチタン層を介在させることが好ましい。
また、高温で動作させる場合には、電極表面は白金で覆われていることが好ましい。
The drive electrode and the detection electrode can be composed of a conductive film. Examples of such a conductive film include a gold film, a multilayer film of gold and chromium, a multilayer film of gold and titanium, a silver film, a multilayer film of silver and chromium, a multilayer film of silver and titanium, a lead film, and a platinum film. A metal oxide film such as TiO 2 is preferable. Since the adhesion between the gold film and the oxide single crystal such as quartz is low, it is preferable to interpose an underlayer such as at least a chromium layer or a titanium layer between the gold film and the vibrating arm, particularly the quartz arm.
When operating at a high temperature, the electrode surface is preferably covered with platinum.

水素の吸着能を有する吸着膜の材質は特に限定されず、以下の2つのタイプの材質を含む。
(1) 水素吸蔵金属
Nb、Pdを始め、Ti、Zr、V、Ta、希土類(Sc、Y、La)などは、水素との親和性が強く、水素吸蔵能を有する。また、水素吸蔵能を有する金属の合金でもよい。こうした合金としては、TiFe、TiCr2、LaNi5、MgNiなどを例示できる。
The material of the adsorption film having hydrogen adsorption capability is not particularly limited, and includes the following two types of materials.
(1) Hydrogen storage metal Nb, Pd, Ti, Zr, V, Ta, rare earth (Sc, Y, La), etc. have a strong affinity for hydrogen and have a hydrogen storage capacity. Alternatively, a metal alloy having hydrogen storage ability may be used. Examples of such alloys include TiFe, TiCr2, LaNi5, and MgNi.

(2) 水素を触媒作用によって吸着する金属
白金、パラジウムなどの触媒金属は、水素を吸着して活性化する性質を有する。触媒作用において重要な役割を果たすのは化学吸着であり、水素ガス分子中の水素原子と水素原子との結合力よりも触媒金属と水素との吸着力が強い場合には、水素ガス分子が分解して金属に吸着される解離吸着が生ずる。触媒金属によって水素ガスの活性化傾向は異なり、従って水素の吸着能は異なっているので、以下のように分類される。
(a) 水素吸着能を有する金属
パラジウム、白金、ルテニウム、銀、コバルト、金、ニッケル、銅などの8族および1B族
(b) 実質的に水素吸着能を有しない金属
クロム、モリブデン、タングステンの6A族およびマンガン、テクネチウム、レニウムなどの7A族
(2) Metal that Adsorbs Hydrogen by Catalysis Catalytic metals such as platinum and palladium have the property of adsorbing and activating hydrogen. Chemosorption plays an important role in catalysis, and the hydrogen gas molecules are decomposed when the adsorption power of the catalytic metal and hydrogen is stronger than the binding force between hydrogen atoms in the hydrogen gas molecules. Thus, dissociative adsorption that is adsorbed to the metal occurs. The activation tendency of hydrogen gas differs depending on the catalyst metal, and therefore the adsorption ability of hydrogen is different.
(A) Metal having hydrogen adsorption ability Group 8 and Group 1B such as palladium, platinum, ruthenium, silver, cobalt, gold, nickel, copper (b) Metal having substantially no hydrogen adsorption ability Chromium, molybdenum, tungsten 6A group and 7A group such as manganese, technetium, rhenium

水素吸着能を有する材質としては、特にパラジウムまたはパラジウム合金が好ましい。パラジウム中には不純物が含有されていてもよい。パラジウム合金を構成する金属としては、銀、白金、金、ルテニウム、鉄、モリブデン、コバルト、錫、銅、ニッケル、イットリウム、ロジウム、亜鉛、バナジウムを例示できる。   As the material having hydrogen adsorption ability, palladium or palladium alloy is particularly preferable. Impurities may be contained in palladium. Examples of the metal constituting the palladium alloy include silver, platinum, gold, ruthenium, iron, molybdenum, cobalt, tin, copper, nickel, yttrium, rhodium, zinc, and vanadium.

吸着膜の厚さは特に限定されないが、水素センサの検出感度を一層向上させるという観点からは、90オングストローム以上であることが好ましく、500オングストローム以上であることが更に好ましい。また、吸着膜が厚くなり過ぎると、水素濃度変化に対するセンサの応答性が低下する傾向があるので、応答性の観点からは、吸着膜の厚さは5ミクロン以下であることが好ましく、1ミクロン以下であることが更に好ましい。   The thickness of the adsorption film is not particularly limited, but is preferably 90 angstroms or more, and more preferably 500 angstroms or more, from the viewpoint of further improving the detection sensitivity of the hydrogen sensor. In addition, if the adsorption film becomes too thick, the responsiveness of the sensor to changes in hydrogen concentration tends to decrease. From the viewpoint of responsiveness, the thickness of the adsorption film is preferably 5 microns or less. More preferably, it is as follows.

アンモニアの吸着能を有する吸着膜の材質は特に限定されないが、リン酸ジルコニウムを例示できる。   The material of the adsorption film having ammonia adsorption ability is not particularly limited, but zirconium phosphate can be exemplified.

本発明においては、駆動電極と検出電極とが分離されている必要がある。本発明においては、駆動電極と検出電極とが機能として分離されていれば足り、駆動電極と検出電極とが電気的に絶縁されていることまでは必要ない。例えば、駆動電極と検出電極との間に何らかの導電線や導電パターンが連続し、電気的に接続されていることは妨げない。また、少なくとも一つの駆動手段と少なくとも一つの検出電極とが分離されていれば足りる。本発明の観点からは、駆動電極と検出電極との間隔は1ミクロン以上であることが好ましく、10ミクロン以上であることが更に好ましい。
In the present invention, the drive electrode and the detection electrode need to be separated. In the present invention, a drive electrode and the detection electrode is sufficient if it is separated as a function, the drive electrode and the detection electrode is not required to be are electrically insulated. For example, it is not hindered that a certain conductive line or conductive pattern is continuous and electrically connected between the drive electrode and the detection electrode . Further, it is sufficient that at least one driving means and at least one detection electrode are separated. From the viewpoint of the present invention, the distance between the drive electrode and the detection electrode is preferably 1 micron or more, and more preferably 10 microns or more.

本発明において、検出電極から得られる物理量は振動変位である
In the present invention, the physical quantity obtained from the detection electrode is vibration displacement.

振動変位の検出手段は、前述したような検出電極である
Detection means of the vibration displacement is a detection electrode as described above.

パラジウムの水素吸収量は環境温度に応じて変動する。このような水素吸収量の変化は、水素ガスの漏れ検出用途においてはほとんど影響を与えないが、水素濃度の絶対値を知る必要のある用途や、水素濃度の測定値を使用して制御を行う用途においては、測定誤差の原因となる。従って、このような場合には、以下の方法によって温度変化による吸着量の変化を補正することができる。   The hydrogen absorption amount of palladium varies depending on the environmental temperature. Such a change in the amount of absorbed hydrogen has little effect in applications for detecting leakage of hydrogen gas, but it is necessary to control the application where it is necessary to know the absolute value of the hydrogen concentration or the measured value of the hydrogen concentration. In use, it causes measurement errors. Therefore, in such a case, the change in the adsorption amount due to the temperature change can be corrected by the following method.

(1) 水素センサにヒーターを付加することによって、振動子の温度を一定に保持する。
(2) 温度センサを振動子上あるいは振動子の周辺に設置し、温度を測定する。温度と物理量の検出値との関係を示す検量線を制御装置に格納しておく。温度センサからの測定値と検量線とを照合することにより、物理量の検出値に補正を加える。
(3) 振動子の共振周波数は温度変化に応じて変化する。従って、振動子の共振周波数と物理量の検出値との関係を示す検量線を制御装置に格納しておく。振動子から得られた共振周波数の測定値と検量線とを照合することにより、物理量の検出値に補正を加える。この方法によれば、振動子の温度を直接知ることができるので、温度センサの温度と振動子の温度との間の誤差が生じにくく、一層正確な温度補正が可能である。
(1) The temperature of the vibrator is kept constant by adding a heater to the hydrogen sensor.
(2) Install a temperature sensor on or around the vibrator and measure the temperature. A calibration curve indicating the relationship between the temperature and the detected value of the physical quantity is stored in the control device. The physical value detected value is corrected by collating the measured value from the temperature sensor with the calibration curve.
(3) The resonance frequency of the vibrator changes according to the temperature change. Therefore, a calibration curve indicating the relationship between the resonance frequency of the vibrator and the detected value of the physical quantity is stored in the control device. The detected value of the physical quantity is corrected by collating the measured value of the resonance frequency obtained from the vibrator with the calibration curve. According to this method, since the temperature of the vibrator can be directly known, an error between the temperature of the temperature sensor and the temperature of the vibrator hardly occurs, and more accurate temperature correction is possible.

なお、本発明の一実施形態においては、図9に示す水素センサ1Bのように、各駆動手段3E、3F、3G、3Hが、それぞれ、下地膜20と表層膜21とからなっている。また、各検出手段4C、4Dが、それぞれ、下地膜20と表層膜21とからなっている。こうした下地膜、吸着膜の材質例は前述した。また、駆動手段3E上に、水素吸着能を有する材質からなる吸着膜5が設けられている。こうした水素吸着能を有する材質は前述した。   In the embodiment of the present invention, each driving means 3E, 3F, 3G, and 3H includes a base film 20 and a surface film 21, respectively, as in the hydrogen sensor 1B shown in FIG. Each of the detection means 4C and 4D includes a base film 20 and a surface layer film 21, respectively. Examples of the material of the base film and the adsorption film have been described above. In addition, an adsorption film 5 made of a material having hydrogen adsorption ability is provided on the driving means 3E. The material having such hydrogen adsorption ability has been described above.

ただし、駆動手段、検出手段の表面に、水素吸着能を有する材質,例えば金が露出していると、これが水素を吸着して水素濃度の計測値に誤差を生ずる原因となることが判明してきた。このため、好適な実施形態においては、駆動手段および前記検出手段の少なくとも表面が、水素の吸着能を実質的に有しない材質からなるようにする。   However, it has been found that if a material having hydrogen adsorption capability, such as gold, is exposed on the surface of the drive means and the detection means, this will cause hydrogen to adsorb and cause an error in the measured value of the hydrogen concentration. . For this reason, in a preferred embodiment, at least the surfaces of the drive means and the detection means are made of a material that does not substantially have hydrogen adsorption ability.

例えば、図10の水素センサ1Cにおいては、各駆動手段3J、3K、3L、3Mが、それぞれ、水素の吸着能を有しない材質23からなっている。そして駆動手段3J上に、水素吸着能を有する材質からなる吸着膜5が設けられている。こうした水素吸着能を有しない材質、水素吸着能を有する材質は前述した。   For example, in the hydrogen sensor 1C of FIG. 10, each driving means 3J, 3K, 3L, 3M is made of a material 23 that does not have hydrogen adsorption ability. An adsorption film 5 made of a material having hydrogen adsorption ability is provided on the driving means 3J. Such materials that do not have hydrogen adsorption ability and materials that have hydrogen adsorption ability have been described above.

(実施例1)
図1〜図5および図9に示す水素センサ1(1B)を製造した。振動子2はATカット水晶板によって形成した。電極部分の幅は5mmとし、振動子2の厚さは0.16mmとした。各電極は、クロム膜20/金膜21(厚さ500オングストローム)を使用した。吸着膜5は、縦2mm、横2mm、厚さ1000オングストロームのパラジウム膜とし、蒸着法によって形成した。この結果、濃度0.01%の水素を検出可能であった。
Example 1
The hydrogen sensor 1 (1B) shown in FIGS. 1 to 5 and FIG. 9 was manufactured. The vibrator 2 was formed of an AT cut quartz plate. The width of the electrode portion was 5 mm, and the thickness of the vibrator 2 was 0.16 mm. For each electrode, a chromium film 20 / gold film 21 (thickness 500 angstrom) was used. The adsorption film 5 was a palladium film having a length of 2 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 1000 angstroms, and was formed by vapor deposition. As a result, hydrogen having a concentration of 0.01% could be detected.

(実施例2)
図1〜図5および図10に示す水素センサ1(1C)を製造した。振動子2はATカット水晶板によって形成した。電極部分の幅は5mmとし、振動子2の厚さは0.16mmとした。各電極はクロム膜23を使用した。吸着膜5は、縦2mm、横2mm、厚さ1000オングストロームのパラジウム膜とし、蒸着法によって形成した。この結果、濃度0.01%の水素を検出可能であった。
(Example 2)
The hydrogen sensor 1 (1C) shown in FIGS. 1 to 5 and 10 was manufactured. The vibrator 2 was formed of an AT cut quartz plate. The width of the electrode portion was 5 mm, and the thickness of the vibrator 2 was 0.16 mm. Each electrode used a chromium film 23. The adsorption film 5 was a palladium film having a length of 2 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 1000 angstroms, and was formed by vapor deposition. As a result, hydrogen having a concentration of 0.01% could be detected.

具体的な各膜の形成手順について述べる。
縦2インチ、横2インチ、厚さ0.16mmの水晶基板2を希フッ酸にてエッチング洗浄した後、スピンドライヤーにて乾燥し、水晶基板2の両方の表面2a、2bを清浄化した。スパッタ装置を用いて水晶基板各表面2a、2bに厚さ0.02μmのCrを下地層20として成膜し、片方の面にのみ厚さ0.1μmのPd膜5を成膜した。
A specific procedure for forming each film will be described.
The quartz substrate 2 having a length of 2 inches, a width of 2 inches, and a thickness of 0.16 mm was etched and washed with dilute hydrofluoric acid, and then dried by a spin dryer to clean both surfaces 2a and 2b of the quartz substrate 2. Using a sputtering apparatus, a 0.02 μm thick Cr film was formed as a base layer 20 on each surface 2a, 2b of the quartz substrate, and a 0.1 μm thick Pd film 5 was formed only on one surface.

この水晶基板の成膜面上にフォトレジストを塗布し、厚さ1μmのレジスト膜を形成し、レジストの溶剤成分を除去するため、オーブンを用いてプリベークした。各表面の高精度アライメントが可能な露光装置と、電極エッチング加工パターンのみを描画したフォトマスクを用い、露光装置によりレジスト膜表面に、前記フォトマスクパターンをフォトリソグラフィによって転写し、レジストパターンを形成した。   Photoresist was applied on the film formation surface of the quartz substrate to form a resist film having a thickness of 1 μm, and prebaked using an oven to remove the solvent component of the resist. Using an exposure apparatus capable of high-precision alignment of each surface and a photomask on which only an electrode etching pattern was drawn, the photomask pattern was transferred onto the resist film surface by an exposure apparatus to form a resist pattern. .

このレジストパターンをマスクとして、硝酸と塩酸の混合液にて、水晶基板上に成膜したPd膜をエッチング除去し、硝酸第二セリウムアンモニウムにてCr膜をエッチング除去して、PdとCrの多層膜からなるエッチングマスクパターンを形成した。残留したフォトレジストをアセトンによって溶解除去した。   Using this resist pattern as a mask, the Pd film formed on the quartz substrate is removed by etching with a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid, and the Cr film is removed by etching with ceric ammonium nitrate to obtain a multilayer of Pd and Cr. An etching mask pattern made of a film was formed. The remaining photoresist was dissolved and removed with acetone.

前記Pd膜の成膜面上にフォトレジストを塗布し、厚さ1μmのレジスト膜を形成し、レジストの溶剤成分を除去するため、オーブンを用いてプリベークした。
Pd成膜パターンを描画したフォトマスクを用い、露光装置によりレジスト膜表面に、前記フォトマスクパターンをフォトリソグラフィによって転写し、レジストパターンを形成した。レジストパターンをマスクとして、硝酸と塩酸の混合液にて、水晶基板上に成膜したPd膜をエッチング除去し、エッチングマスクパターンを形成した。残留したフォトレジストをアセトンによって溶解除去し、Pd膜5を成形した。
A photoresist was applied on the surface of the Pd film to form a resist film having a thickness of 1 μm, and pre-baked using an oven to remove the solvent component of the resist.
Using a photomask on which a Pd film formation pattern was drawn, the photomask pattern was transferred onto the resist film surface by an exposure apparatus by photolithography to form a resist pattern. Using the resist pattern as a mask, the Pd film formed on the quartz substrate was etched away with a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid to form an etching mask pattern. The remaining photoresist was dissolved and removed with acetone to form a Pd film 5.

センサ1を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows the sensor 1 typically. センサ1を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a sensor 1. FIG. センサ1を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows the sensor 1 typically. (a)は、振動子2の厚み滑り振動モードを説明するための平面図であり、(b)は厚み滑り振動モードを示す模式図である。(A) is a top view for demonstrating the thickness shear vibration mode of the vibrator | oscillator 2, (b) is a schematic diagram which shows thickness shear vibration mode. 回路例を示す図である。It is a figure which shows the example of a circuit. 他の実施形態に係るセンサ1Aを模式的に示す正面図である。It is a front view showing typically sensor 1A concerning other embodiments. 更に他の実施形態に係るセンサ用振動子45を模式的に示す平面図である。It is a top view showing typically sensor vibrator 45 concerning other embodiments. 図7の振動子に吸着膜を形成した状態を模式的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view schematically showing a state where an adsorption film is formed on the vibrator of FIG. 7. 本発明の他の実施形態に係るセンサ1Bを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sensor 1B which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態に係るセンサ1Cを示す断面図であり、駆動手段、検出手段の表面ち、水素吸着能を有する材質が露出していない。It is sectional drawing which shows the sensor 1C which concerns on other embodiment of this invention, and the material which has hydrogen adsorption ability is not exposed among the surfaces of a drive means and a detection means.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、31 センサ 2、45 振動子 3A、3B、3C、3D、32、33A、33B 駆動手段 4A、4B、39 検出手段 A、B 厚み滑り振動 D 中心軸 E 基本振動   1, 1A, 31 Sensor 2, 45 Vibrator 3A, 3B, 3C, 3D, 32, 33A, 33B Drive means 4A, 4B, 39 Detection means A, B Thickness shear vibration D Central axis E Basic vibration

Claims (15)

振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、前記振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、および水素の吸着能を有する吸着膜を備えており、前記駆動電極と前記検出電極とが分離されており、非測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値と測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値との差に基づいて前記水素濃度を測定するのに際して前記基本振動において前記振動変位が前記振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に前記吸着膜に付着する水素による前記中心軸に対する前記基本振動の線対称性の崩れによって前記検出電極に発生する信号電圧に基づいて、前記吸着膜に付着した水素の質量を算出することを特徴とする、水素センサ。 A vibrator, a drive electrode that excites fundamental vibration in the vibrator, a detection electrode that detects vibration displacement associated with the vibration of the vibrator , and an adsorption film that has an ability to adsorb hydrogen, the drive electrode and the detection The hydrogen concentration is measured based on the difference between the detected value of the vibration displacement from the detection electrode at the time of non-measurement and the detected value of the vibration displacement from the detection electrode at the time of measurement. In this case, in the fundamental vibration, the vibration displacement is substantially symmetric with respect to the central axis of the vibrator, and due to the collapse of the line symmetry of the basic vibration with respect to the central axis due to hydrogen adhering to the adsorption film at the time of measurement, A hydrogen sensor, wherein the mass of hydrogen adhering to the adsorption film is calculated based on a signal voltage generated at a detection electrode . 非測定時において、前記検出電極からの前記検出値が略0となることを特徴とする、請求項1記載の水素センサ。 2. The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the detection value from the detection electrode becomes substantially zero at the time of non-measurement. 前記基本振動が、前記振動子の厚みねじれ振動モードであることを特徴とする、請求項1または2記載の水素センサ。 The fundamental vibration, characterized in that a thickness torsional vibration mode of the vibrator, the hydrogen sensor according to claim 1 or 2 wherein. 前記駆動電極および前記検出電極の少なくとも表面が、水素の吸着能を実質的に有しない材質からなることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一つの請求項に記載の水素センサ。 The hydrogen sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein at least surfaces of the drive electrode and the detection electrode are made of a material that does not substantially have hydrogen adsorption ability. 前記水素の吸着能を実質的に有しない材質が、周期表の6A族および7A族からなる群より選ばれていることを特徴とする、請求項記載の水素センサ。 5. The hydrogen sensor according to claim 4 , wherein the material having substantially no hydrogen adsorption ability is selected from the group consisting of groups 6A and 7A of the periodic table. 振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、前記振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、および水素の吸着能を有する吸着膜を備えており、前記駆動電極と前記検出電極とが分離されている水素センサを使用し、
非測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値と測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値との差に基づいて前記水素濃度を測定するのに際して前記基本振動において前記振動変位が前記振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に前記吸着膜に付着する水素による前記中心軸に対する前記基本振動の線対称性の崩れによって前記検出電極に発生する信号電圧に基づいて、前記吸着膜に付着した水素の質量を算出することを特徴とする、水素濃度測定方法。
A vibrator, a drive electrode that excites fundamental vibration in the vibrator, a detection electrode that detects vibration displacement associated with the vibration of the vibrator , and an adsorption film that has an ability to adsorb hydrogen, the drive electrode and the detection Using a hydrogen sensor that is separated from the electrode ,
In to measure the hydrogen concentration based on a difference between the detection value of the vibration displacement from the detection electrode during measurement and the detection value of the vibration displacement from the detection electrode in the non-measurement, the in the fundamental vibration The vibration displacement is substantially symmetric with respect to the central axis of the vibrator, and the signal voltage generated at the detection electrode due to the collapse of the line symmetry of the fundamental vibration with respect to the central axis due to hydrogen adhering to the adsorption film during measurement. Based on this, the mass of hydrogen adhering to the adsorption film is calculated .
非測定時において、前記検出電極からの前記検出値が略0となることを特徴とする、請求項記載の方法。 The method according to claim 6 , wherein the detection value from the detection electrode is substantially zero at the time of non-measurement. 前記基本振動が、前記振動子の厚みねじれ振動モードであることを特徴とする、請求項6または7記載の方法。 The method according to claim 6 , wherein the fundamental vibration is a thickness torsional vibration mode of the vibrator. 前記駆動電極および前記検出電極の少なくとも表面が、水素の吸着能を実質的に有しない材質からなることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一つの請求項に記載の方法。 The method according to claim 6 , wherein at least surfaces of the drive electrode and the detection electrode are made of a material that does not substantially have hydrogen adsorption ability. 前記水素の吸着能を実質的に有しない材質が、周期表の6A族および7A族からなる群より選ばれていることを特徴とする、請求項記載の方法。 The method according to claim 9 , wherein the material substantially having no hydrogen adsorption ability is selected from the group consisting of groups 6A and 7A of the periodic table. 振動子、この振動子に基本振動を励起する駆動電極、前記振動子の振動に伴う振動変位を検出する検出電極、およびアンモニア吸着能を有する吸着膜を備えており、前記駆動電極と前記検出電極とが分離されており、非測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値と測定時における前記検出電極からの前記振動変位の検出値との差に基づいて前記アンモニア濃度を測定するのに際して前記基本振動において前記振動変位が前記振動子の中心軸に対して略対称であり、測定時に前記吸着膜に付着するアンモニアによる前記中心軸に対する前記基本振動の線対称性の崩れによって前記検出電極に発生する信号電圧に基づいて、前記吸着膜に付着したアンモニアの質量を算出することを特徴とする、アンモニアセンサ。 A vibrator, a drive electrode that excites fundamental vibration in the vibrator, a detection electrode that detects vibration displacement associated with the vibration of the vibrator , and an adsorption film having ammonia adsorption ability, the drive electrode and the detection electrode And the ammonia concentration is measured based on the difference between the detected value of the vibration displacement from the detection electrode at the time of non-measurement and the detected value of the vibration displacement from the detection electrode at the time of measurement . At this time, in the fundamental vibration, the vibration displacement is substantially symmetric with respect to the central axis of the vibrator, and the detection is performed by breaking the line symmetry of the fundamental vibration with respect to the central axis due to ammonia adhering to the adsorption film at the time of measurement. An ammonia sensor , wherein the mass of ammonia adhering to the adsorption film is calculated based on a signal voltage generated at the electrode . 非測定時において、前記検出電極からの前記検出値が略0となることを特徴とする、請求項11記載のアンモニアセンサ。The ammonia sensor according to claim 11, wherein the detection value from the detection electrode becomes substantially zero at the time of non-measurement. 前記基本振動が、前記振動子の厚みねじれ振動モードであることを特徴とする、請求項11または12記載のアンモニアセンサ。The ammonia sensor according to claim 11 or 12, wherein the fundamental vibration is a thickness torsional vibration mode of the vibrator. 前記駆動電極および前記検出電極の少なくとも表面が、アンモニア吸着能を実質的に有しない材質からなることを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一つの請求項に記載のアンモニアセンサ。The ammonia sensor according to any one of claims 11 to 13, wherein at least surfaces of the drive electrode and the detection electrode are made of a material that does not substantially have an ammonia adsorption ability. 前記アンモニア吸着能を実質的に有しない材質が、周期表の6A族および7A族からなる群より選ばれていることを特徴とする、請求項14記載のアンモニアセンサ。15. The ammonia sensor according to claim 14, wherein the material having substantially no ammonia adsorption ability is selected from the group consisting of groups 6A and 7A of the periodic table.
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