JP4497676B2 - ガス検知装置及びその運転方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部を備え、前記ガス感応部を複数種の検知温度に設定切換した場合に、夫々の前記検知温度で異なる被検知ガスを検知可能なガス検知装置及びその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記の金属酸化物半導体として酸化インジウム半導体を主成分とするガス感応部を備えたガス検知装置における、被検知ガスとしての一酸化炭素ガス(CO)の検知にあっては、CO検知用に、酸化インジウムにCOガス増感剤としてRu、Au、Pt、Pd、Rh、Ag等の貴金属を添加したものが知られている。これらのガス検知装置では、COガス感度が150℃以下、常温までの低温側で高く、また、水素ガス(H2)、エタノール等の妨害ガスに対する感度が、逆に100℃以下において低くなる。そのためCOガス選択性を得るためにCOガスの検知温度を常温程度にして使用される。しかし、このように素子温度が、100℃程度の低温になると、吸着したCOガスが脱着しにくいため、一旦素子温度を上昇させ脱着しなければならず、そのためのパージが必要であった(特公昭53−43320号公報、特公昭58−30535号公報)。それに対し、より高温で動作できる(250℃以上)酸化ズス半導体COガス検知用のセンサとして、酸化スズにPt、Au、Pd等の貴金属を、上述のセンサより少量(0.045重量%以下)添加したものが知られている(特公平6−17884号)。このガス検知装置にあっては、COガス感度のピークが250℃前後まで上昇し、この温度より少し低い温度域(これが一酸化炭素ガス検知温度)でCOガスを検知する。このようなガス検知装置は、比較的高温のCOガス検知温度域において、速い応答速度で、妨害ガスである水素ガス、メタン(CH4)さらには、イソブタン(i−C4H10)等の炭化水素に対して、選択性を有してCOガスを検知できる。
【0003】
また、このようなガス検知装置を利用して、ガス感応部の温度を、COガスを検知するためのCO検知温度(常温)と、その検知温度よりも高いパージ処理用のパージ温度とに交互に切り換えて設定する運転を行い、CO検知温度においてCOガスを検知し、パージ温度において、COを脱着するパージ処理を行うと共に、メタン(CH4)の検知を行うことがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなガス検知装置の運転方法においては、メタン(CH4)に選択性を有するガス感応部の温度が、COを脱着することができるパージ温度とすることができるので、2種類の被検知ガスを検知可能であるが、これら以外の被検知ガスで、パージ温度よりも低くCOガス検知温度よりも高い中間検知温度で選択性を有する水素ガスやプロパンガス(C3H8)等を検知しようとする場合、ガス感応部の温度がパージ温度からCO検知温度まで変化していくなかで、上記の中間検知温度になったときに検知することが考えられるが、検知時間を充分にとることができないので、好ましい精度で検知することは不可能であった。
また、このように複数の被検知ガスを検知する場合、ガス感応部の温度を夫々の検知ガスを検知するための検知温度に順次切り換えるのであるが、夫々の検知周期が大きくなってしまう。
また、このような中間検知温度で選択性を有する被検知ガスとCOガスとを検知する場合、中間検知温度においてCOガスを充分に脱着することができないので、被検知ガスを好ましい状態で検知することができない。
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、複数の被検知ガスを好ましい状態で検知することができるガス検知装置を実現することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
〔構成1〕
本発明に係るガス検知装置の運転方法は、請求項1に記載したごとく、複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンに従って、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度に順次切り換えることを特徴とする。
【0006】
〔作用効果〕
本構成のごとく、複数の被検知ガスを検知可能なガス検知装置において、ガス感応部の温度を、複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンに従って切り換えて、夫々の被検知ガスを検知することで、たとえば、ガス漏れ検知目的で検知されるメタンガスやプロパンガス等の必要検知頻度が高い被検知ガスの検知においては、検知周期を短くして高い頻度で検知するようにして、中毒防止目的で検知されるCOガスや、空気汚れモニタ目的で検知される水素ガス等の必要検知頻度の低いガスの検知においては、上記の必要検知頻度が高い被検知ガスよりも検知周期を長くして低い頻度で検知することができ、検知目的に応じて複数の被検知ガスを検知することができる。
【0007】
〔構成2〕
本発明に係るガス検知装置の運転方法は、請求項2に記載したごとく、前記複数種の検知温度の切り換えに際して、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度よりも高いパージ温度に設定してパージ処理することを特徴とする。
【0008】
〔作用効果〕
本構成のごとく、ガス感応部を複数の被検知ガスから選ばれる1つの被検知ガスに対応する検知温度に設定する前に、必ず、ガス感応部をパージ温度に設定することで、次のガス検知温度に設定したときのガス感応部においては検知する被検知ガス以外の妨害ガスを脱着させたフレッシュ状態とすることができるので、被検知ガスに対する選択性を向上させた好ましい状態で被検知ガスを検知することができ、例えばパージ温度よりも低い検知温度において検知される複数の被検知ガスを検知しても、常に、検知温度に設定する際のガス感応部をパージ処理後のフレッシュ状態として順次複数の被検知ガスを検知することができる。
【0009】
〔構成3〕
本発明に係るガス検知装置の運転方法は、請求項3に記載したごとく、上記構成1又は2のガス検知装置の運転方法の構成に加えて、前記複数の被検知ガスが、少なくとも3種の被検知ガスであることを特徴とする。
【0010】
〔作用効果〕
また、このようなガス検知装置の運転方法は、本構成のごとく、3種以上の被検知ガスを検知する場合に、例えば、ガス漏れをモニタしながら、空気の汚れや不完全燃焼を複合的にモニタしたり、空気の汚れを、たばこによるものと建材等の他の要因によるものとに区別しながら、精密に分析しつつモニタすることが可能となる。
【0011】
〔構成4〕
本発明に係るガス検知装置は、請求項4に記載したごとく、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、前記ガス感応部の温度を設定可能な温度設定手段とを備え、
複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された検知パターンに従って、前記温度設定手段を働かせ、前記ガス感応部を、複数種の検知温度に順次切り換えて、夫々の前記検知温度で異なる被検知ガスを検知する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0012】
〔作用効果〕
本構成のごとく、ガス感応部の温度を、複数の被検知ガスに対応する複数の検知温度に設定可能な温度設定手段を備えたガス検知装置において、制御手段により記憶手段に記憶された検知パターンに基づいて温度設定手段を制御し、ガス感応部の温度を、複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンに従って切り換えて、夫々の被検知ガスを検知することで、たとえば、ガス漏れ検知目的で検知されるメタンガスやプロパンガス等の必要検知頻度が高い被検知ガスにおいては、頻繁に検知するようにして、中毒防止目的で検知されるCOガスや、空気汚れモニタ目的で検知される水素ガス等においては、上記の必要検知頻度が高い被検知ガスよりも検知周期を長くして検知することができ、検知目的に応じて複数の被検知ガスを検知することができる。
また、構成4のガス検知装置は、構成1のガス検知装置の運転方法を実施するためのガス検知装置であるので、構成1と同様の作用効果を発揮することができる。
【0013】
〔構成5〕
本発明に係るガス検知装置は、請求項5に記載したごとく、前記制御手段は、前記複数種の検知温度の切り換えに際して、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度よりも高いパージ温度に設定することを特徴とする。
【0014】
〔作用効果〕
本構成のごとく、ガス感応部を複数の被検知ガスから選ばれる1つの被検知ガスに対応する検知温度に設定する前に、必ず、ガス感応部をその検知温度よりも高いパージ温度にパージ温度に設定することで、次のガス検知温度に設定したときのガス感応部においては検知する被検知ガス以外の妨害ガスが脱着した状態となるので、被検知ガスに対する選択性を向上させた好ましい状態で被検知ガスを検知することができ、例えばパージ温度よりも低い検知温度において検知される複数の被検知ガスを検知しても、常に、検知温度に設定する際のガス感応部を常にパージ処理後のフレッシュ状態として被検知ガスを検知することができる。
また、構成5のガス検知装置は、構成2のガス検知装置の運転方法を実施するためのガス検知装置であるので、構成2と同様の作用効果を発揮することができる。
【0015】
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に係るガス検知装置及びその運転方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
ガス検知装置1は、半導体型ガスセンサ2(具体的には熱線型)を備え、本発明に係るガス検知装置の運転方法を実施して、中毒防止目的のCOガス検知、建材等から排出されるホルムアルデヒド(HCHO)検知、及びたばこの煙等の検知目的の水素ガス検知を夫々行う。
図1に熱線型半導体式ガスセンサの構成を、図2に本願のガス検知装置の検知回路のブロック構成を、さらに、図3に本願のガス検知装置の運転方法を実施した場合のガス感応部の経時的温度変化状態を示した。
図1に示すように、本願のガス検知装置1に採用される所謂、熱線型半導体式ガスセンサ2は、主として酸化インジウム半導体よりなるガス感応部3と、このガス感応部3内に備えられる白金等の貴金属線(合金線であってもよい)であるコイル抵抗体4を備えて構成されており、ガス吸着による酸化物半導体の抵抗値変化を、コイル両端においてコイル抵抗体4と酸化物半導体との合成抵抗の変化として検知する。センサの概略構造は以上のとおりであるが、前述のガス感応部3を構成する酸化インジウム半導体には、Pdが0.5mol%添加されている。
【0017】
図2に示すように、ガス検知装置1の検知回路構成にあたっては、例えばホイートストーンブリッジ5内の一抵抗として、この熱線型半導体式ガスセンサ2を組み込んで、その合成抵抗値の変化を検知してガスの検知をおこなう。ガス検知装置1の検知系10は、マイコン回路部11(この部位にはセンサ電源制御部11aとセンサ検知結果出力部11bとメモリ11c(記憶手段)が備えられている)、ガス感応部温度設定用電源回路部12及び検知回路部13とを備えている。センサ電源制御部11aとガス感応部温度設定用電源回路部12は、熱線型半導体ガスセンサ2に印加される電圧(以下、印加電圧と呼ぶ。)を切替え、制御手段として機能し、ガス感応部3の温度(具体的にはセンサ温度)が、前述の複数種の検知温度に切換設定される。この系に備えられる抵抗R1、R2、R3は、検知ガスに対して適切に選択される。即ち、ガス検知装置1は、熱線型半導体ガスセンサ2に対して、コイル抵抗体4に掛かる電圧(電流)を制御することにより、ガス感応部3の温度を、複数の被検知ガスを検知するための複数の検知温度と、この検知温度に対して高く、且つ、高温パージを行えるパージ温度とに設定する手段(温度設定手段)を備えている。
【0018】
図3に、上記の印加電圧及びガス感応部3の温度の温度切替え状況を示した。
ガス感応部3の温度は、夫々の被検知ガスを検知するための検知温度に切り換えられて、COガスの検知温度としての常温(印加電圧0V)とされるCO検知工程、ホルムアルデヒドの検知温度としての140℃(印加電圧0.8V)とされるホルムアルデヒド検知工程、水素ガスの検知温度としての250℃(印加電圧1.2V)とされる水素ガス検知工程とに切り換えられ、夫々の検知工程における検知時間は8secとされている。さらに、この夫々の検知工程の前には、ガス感応部3はパージ処理されるパージ工程が実行される。ここで、パージ温度は500℃(印加電圧2.5V)であり、パージ時間は2secである。つまり、夫々の検知工程の間には、常にパージ工程が実行されることになる。
【0019】
また、このようなCOガス検知工程、水素ガス検知工程、及びホルムアルデヒド検知工程とは、マイコン回路部11に設けられたメモリ11cに予め記憶されている検知パターンに基づいて切り換えられ、このような検知パターンは、被検知ガスの必要検知頻度に基づいて決定され、具体的には、中毒防止目的のCOガス検知工程を頻繁に行うように、CO検知工程を20秒周期で行い、水素ガス検知工程とホルムアルデヒド検知工程とを40秒周期で行うように決定されており、CO検知工程を他の工程よりも2倍の頻度で行うことになる。
【0020】
夫々の検知ガスを検知する場合のガス濃度とガス感度との関係を説明する。
前述の2secのパージ工程を行った後に、ガス感応部3の温度を常温に8sec維持するCOガス検知工程を実行したときのガス感度とガス濃度の関係を図4に示す。図示されるようにCOガスに対して高感度、高選択性の非常に良好なセンサが得られており、他の妨害ガスの影響を殆ど受けていない。
【0021】
次に、前述の2secのパージ工程を行った後に、ガス感応部3の温度を140℃に8sec維持するホルムアルデヒド検知工程を実行したときのガス感度とガス濃度の関係を図5に示す。図示されるようにホルムアルデヒドに対して高感度、高選択性の非常に良好なセンサが得られており、他の妨害ガスの影響を殆ど受けていない。
【0022】
次に、前述の2secのパージ工程を行った後に、ガス感応部3の温度を140℃に8sec維持する水素ガス検知工程を実行したときのガス感度とガス濃度の関係を図5に示す。図示されるように水素ガスに対して高感度、高選択性の非常に良好なセンサが得られており、他の妨害ガスの影響を殆ど受けていない。
【0023】
〔別実施の形態〕
次に、本発明のガス検知装置及びその運転方法の別の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〈1〉 上記の実施の形態において、被検知ガスとして、COガス、ホルムアルデヒド、及び水素ガスを検知する構成を説明したが、別にこれらの被検知ガスは本発明を限定するものではなく、検知温度が互いに異なる複数の被検知ガスを検知する場合において、本発明のガス検知装置及びその運転方法を実施することができる。
たとえば、中毒防止目的のCOガス検知、たばこの煙等の検知目的の水素ガス検知、ガス漏れ検知目的のプロパンガス検知を行う場合、ガス感応部3の温度は、夫々の被検知ガスを検知するための検知温度に切り換えられて、COガスの検知温度としての常温(印加電圧0V)とされるCO検知工程、水素ガスの検知温度としての250℃(印加電圧1.2V)とされる水素ガス検知工程、プロパンガスの検知温度としての330℃(印加電圧1.8V)とされるプロパンガス検知工程とに切り換えられ、夫々の検知工程における検知時間は8secとされる。ここで、この夫々の検知工程の前には、ガス感応部3はパージ処理されるパージ工程が実行され、夫々の検知工程は、マイコン回路部11に設けられたメモリ11cに予め記憶され、被検知ガスの必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンに基づいて切り換えられ、例えば、その検知パターンは、ガス漏れ検知目的のプロパンガス検知工程を頻繁に行うように、プロパンガス検知工程を20秒周期で行い、COガス検知工程と水素ガス検知工程とを40秒周期で行うように決定され、プロパンガス検知工程を他の工程よりも2倍の頻度で行うことができる。
【0024】
〈2〉 上記の実施例において、ガス検知装置に採用すべきガセンサ2として熱線型半導体式のガスセンサを採用したが、これは、基板型等任意の構成が採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 熱線型半導体式ガスセンサの構成を示す概略図
【図2】 本願のガス検知装置の検知回路のブロック構成図
【図3】 本願のガス検知装置の運転方法を実施した場合のガス感応部の経時的温度変化状態を示す図
【図4】 CO検知工程におけるガス感度とガス濃度の関係を示すグラフ図
【図5】 ホルムアルデヒド検知工程におけるガス感度とガス濃度の関係を示すグラフ図
【図6】 水素ガス検知工程におけるガス感度とガス濃度の関係を示すグラフ図
【符号の説明】
1 ガス検知装置
2 ガスセンサ
3 ガス感応部
4 コイル抵抗体
5 ホイートストーンブリッジ
11 マイコン回路部
11a センサ電源制御部
11b センサ検知結果出力部
11c メモリ(記憶手段)
12 ガス感応部温度設定用電源回路部
Claims (5)
- 金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部を備え、前記ガス感応部を複数種の検知温度に設定切換した場合に、夫々の前記検知温度で異なる被検知ガスを検知可能なガス検知装置の運転方法であって、
複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンに従って、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度に順次切り換えるガス検知装置の運転方法。 - 前記複数種の検知温度の切り換えに際して、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度よりも高いパージ温度に設定してパージ処理する請求項1に記載のガス検知装置の運転方法。
- 前記複数の被検知ガスが、少なくとも3種の被検知ガスである請求項1又は2に記載のガス検知装置の運転方法。
- 金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、前記ガス感応部の温度を設定可能な温度設定手段とを備え、
複数の被検知ガスの夫々の必要検知頻度に基づいて決定された検知パターンを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された検知パターンに従って、前記温度設定手段を働かせ、前記ガス感応部を、複数種の検知温度に順次切り換えて、夫々の前記検知温度で異なる被検知ガスを検知する制御手段を備えたガス検知装置。 - 前記制御手段は、前記複数種の検知温度の切り換えに際して、前記ガス感応部を、前記複数種の検知温度よりも高いパージ温度に設定する制御手段を備えた請求項4に記載のガス検知装置。
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