JP4585756B2 - Semiconductor gas sensor and gas monitoring method using semiconductor gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、半導体式ガスセンサ、特に、電池駆動を念頭においた低消費電力型半導体式ガスセンサ、および半導体式ガスセンサを用いたガスの監視方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor gas sensor, and more particularly to a low power consumption semiconductor gas sensor with battery driving in mind, and a gas monitoring method using the semiconductor gas sensor.

一般的にガスセンサは、ガス漏れ警報器などの用途に用いられ、検出の対象となるガス、例えば、一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)、プロパン(C38)、メタノール(CH3OH)等に選択的に感応するデバイスである。ガスセンサには、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、高信頼性、低消費電力が必要とされる。ここで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスの検知を目的としたもの、燃焼機器からの不完全燃焼ガスの検知を目的としたもの、または、これらの両方の機能を合わせ持ったものなどがある。しかしながら、いずれもコストや設置性の問題から、これらのガスセンサの普及率はそれほど高くない。このような事情からガスセンサの普及率の向上をはかるべく、設置性の改善、具体的には、ガスセンサを電池駆動としコードレス化することが望まれている。 Generally the gas sensor is used in applications such as gas leak alarms, gas to be detected, for example, carbon monoxide (CO), methane (CH 4), propane (C 3 H 8), methanol (CH 3 OH) and other devices that are selectively sensitive. A gas sensor is required to have high sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption due to its character. Here, gas leak alarms that are widely used for household use are intended for detection of flammable gases such as city gas and propane gas, and for the detection of incomplete combustion gases from combustion equipment. Or a combination of both of these functions. However, the penetration rate of these gas sensors is not so high due to cost and installation problems. Under such circumstances, in order to improve the diffusion rate of the gas sensor, it is desired to improve the installation property, specifically, to make the gas sensor battery-driven and cordless.

電池駆動を実現するためには、ガスセンサの低消費電力化が重要である。そのためには、微細加工プロセスを用いて形成されるダイヤフラム構造などの高断熱、低熱容量の構造を有する薄膜型半導体式ガスセンサを、検知周期に合わせて間欠運転することが提案されている。   In order to realize battery driving, it is important to reduce the power consumption of the gas sensor. For this purpose, it has been proposed to intermittently operate a thin film semiconductor gas sensor having a high heat insulation and low heat capacity structure such as a diaphragm structure formed using a microfabrication process in accordance with a detection cycle.

例えば、COセンサの場合、一旦、センサを高温状態(約450℃)に昇温し、センサのクリーニングを行ってから、低温状態(約100℃)に降温し検知を行う、いわゆるHigh−Low駆動することで、COに対する感度および選択性が高くなることが知られている。また高温状態で、クリーニングのみならずメタンの検出も行い、低温状態でのCO検出と併せ、1つのガスセンサでメタンとCOの両方を検出できるセンサも存在する。   For example, in the case of a CO sensor, the temperature of the sensor is once raised to a high temperature state (about 450 ° C.), the sensor is cleaned, and then the temperature is lowered to a low temperature state (about 100 ° C.) for detection. By doing so, it is known that the sensitivity and selectivity to CO increase. There is also a sensor capable of detecting not only cleaning but also methane at a high temperature, and detecting both methane and CO with a single gas sensor, together with CO detection at a low temperature.

このような例として、非特許文献1には、小型ビードタイプの半導体式CO/メタン複合ガスセンサについて、周期的に高温と低温を繰り返し、高温でメタン、低温でCOを検出する駆動方法についての記述がある。また、特許文献1には、熱線型半導体式CO/メタン複合ガスセンサについて、検知温度を450℃と300℃に切り替えて、450℃でメタン、300℃でCOを検出する方法についての記述がある。   As such an example, Non-Patent Document 1 describes a driving method for periodically detecting high temperature and low temperature and detecting methane at high temperature and CO at low temperature for a small bead type semiconductor CO / methane composite gas sensor. There is. Patent Document 1 describes a method of detecting a methane at 450 ° C. and CO at 300 ° C. by switching the detection temperature between 450 ° C. and 300 ° C. for a hot-wire semiconductor CO / methane composite gas sensor.

ここで、特に電池駆動型ガスセンサの場合、消費電力上の制約から通常のセンサよりも非常に短い時間で測定を行う必要がある。このため、ガス反応が定常状態に至らない過渡的な状態で測定せざるを得ず、その結果、目的のガスに対する選択性が十分に得られない場合がある。   Here, in particular, in the case of a battery-driven gas sensor, it is necessary to perform measurement in a much shorter time than a normal sensor due to power consumption restrictions. For this reason, the gas reaction must be measured in a transitional state that does not reach a steady state, and as a result, sufficient selectivity for the target gas may not be obtained.

電池駆動型の薄膜型半導体式ガスセンサを、空気中、CO100ppm存在下、水素1000ppm存在下、メタン4000ppm存在下のそれぞれの条件で、センサ温度が図4のような標準条件になるように、すなわち、測定開始後が0〜0.2秒の間はセンサ温度が高温(約450℃)、0.2〜0.7秒の間は低温(約100℃)となるように、ヒーターをHigh−Low駆動した場合の、センサ抵抗の時間変化を図5に示す。ここで、CO100ppm存在下は、空気中にCOを100ppmの濃度で含むものをいう。   The battery-driven thin-film semiconductor gas sensor is adjusted so that the sensor temperature becomes a standard condition as shown in FIG. 4 in the air, in the presence of 100 ppm of CO, in the presence of 1000 ppm of hydrogen, and in the presence of 4000 ppm of methane. Set the heater to High-Low so that the sensor temperature is high (about 450 ° C.) for 0 to 0.2 seconds after the start of measurement and low temperature (about 100 ° C.) for 0.2 to 0.7 seconds. FIG. 5 shows changes with time in the sensor resistance when driven. Here, the presence of 100 ppm of CO means that the air contains CO at a concentration of 100 ppm.

まず、高温状態では、いずれのガス中でも100ms程度でほぼ定常状態に至り、速い応答が得られることがわかる。そして、メタン4000ppm存在下のみが空気中より一桁ほど抵抗が低く、CO100ppm存在下や水素1000ppm存在下では抵抗が高いので、メタンセンサとしては、十分な感度、選択性があると言える。一方、低温状態では、応答が遅く、CO100ppm存在下のセンサ抵抗は時間経過に対し、単調に減少している。検知ポイントの0.7秒(低温に低下させてから0.5秒)に到っても、CO100ppm中のセンサ抵抗は、水素1000ppm存在下、メタン4000ppm存在下の抵抗値と同程度である。つまり、COセンサとしては、選択性に問題がある。
Chemical Sensors Vol.16 Supl.A (2000) 特開平7−174725号公報
First, it can be seen that in a high temperature state, even in any gas, a steady state is reached in about 100 ms and a fast response can be obtained. Only in the presence of 4000 ppm of methane, the resistance is lower by an order of magnitude than in the air, and the resistance is high in the presence of CO 100 ppm or 1000 ppm of hydrogen. Therefore, it can be said that the methane sensor has sufficient sensitivity and selectivity. On the other hand, in a low temperature state, the response is slow, and the sensor resistance in the presence of 100 ppm of CO decreases monotonously with time. Even when the detection point is 0.7 seconds (0.5 seconds after being lowered to a low temperature), the sensor resistance in CO 100 ppm is almost the same as the resistance value in the presence of 1000 ppm of hydrogen and 4000 ppm of methane. That is, the CO sensor has a problem in selectivity.
Chemical Sensors Vol.16 Supl.A (2000) JP-A-7-174725

本発明は、半導体式ガスセンサ、好ましくは低消費電力の半導体式ガスセンサを用いてガスを監視する際に、ガスに対する選択性を向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to improve gas selectivity when monitoring a gas using a semiconductor gas sensor, preferably a semiconductor gas sensor with low power consumption.

本発明の1つの側面によると、抵抗体を含む半導体式ガスセンサを用いて被検ガスを監視する方法であって、前記抵抗体の温度を第一の温度に所定の時間保つステップと、前記第一の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第一の測定ステップと、前記抵抗体の温度を前記第一の温度から第二の温度に変化させ、該第二の温度に所定の時間保つステップと、前記第二の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第二の測定ステップと、前記抵抗体の温度を前記第二の温度から第三の温度に変化させ、該第三の温度に所定の時間保つステップと、前記第三の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第三の測定ステップと、前記第一、第二および第三の測定ステップにより得られた前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれているか判定するステップとを含む方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method of monitoring a test gas using a semiconductor gas sensor including a resistor, the step of maintaining the temperature of the resistor at a first temperature for a predetermined time; A first measurement step of measuring a resistance value of the resistor in the test gas at one temperature, and changing the temperature of the resistor from the first temperature to a second temperature; Maintaining a second temperature for a predetermined time; a second measuring step of measuring a resistance value of the resistor in the test gas at the second temperature; and a temperature of the resistor. A step of changing the temperature from the second temperature to the third temperature and keeping the temperature at the third temperature for a predetermined time, and measuring the value of the electric resistance of the resistor in the test gas at the third temperature. A third measuring step, the first, Based on the value of the electrical resistance obtained by second and third measurement step, said method comprising determining if it contains a target gas in the test gas is provided.

また、本発明の別の側面によると、半導体からなる抵抗体であって、被検ガスに含まれるガスおよび該抵抗体の温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体と、前記抵抗体の温度を少なくとも3種類の温度に制御することができる温度制御手段と、前記少なくとも3種類の温度において、前記電気抵抗の値を測定することができる電気抵抗測定手段と、前記少なくとも3種類の温度において測定された前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定する判定手段とを含む半導体式ガスセンサが提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a resistor made of a semiconductor, the resistor having a value of electrical resistance that varies depending on the gas contained in the test gas and the temperature of the resistor, and the resistor. Temperature control means capable of controlling the temperature of the at least three types of temperature, electrical resistance measurement means capable of measuring the value of the electrical resistance at the at least three types of temperature, and the at least three types of temperature. A semiconductor-type gas sensor is provided that includes determination means for determining whether or not the gas to be detected contains a gas to be detected based on the value of the electrical resistance measured in step (1).

以下に詳細に説明するように、本発明によると、半導体式ガスセンサ、好ましくは低消費電力の半導体式ガスセンサを用いてガスを監視する際に、ガスに対する感度および選択性を向上させることができる。また、各々のガスについて、センサ抵抗が最小となる温度を選ぶことによって、温度変化に対してより安定なセンサ特性を得ることができる。   As described in detail below, according to the present invention, when a gas is monitored using a semiconductor gas sensor, preferably a semiconductor gas sensor with low power consumption, the sensitivity and selectivity to the gas can be improved. Further, by selecting the temperature at which the sensor resistance is minimum for each gas, it is possible to obtain more stable sensor characteristics against temperature changes.

以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described below do not limit the present invention.

上記したように、本発明の1つの側面によると、抵抗体を含む半導体式ガスセンサを用いて被検ガスを監視する方法であって、前記抵抗体の温度を第一の温度に所定の時間保つステップと、前記第一の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第一の測定ステップと、前記抵抗体の温度を前記第一の温度から第二の温度に変化させ、該第二の温度に所定の時間保つステップと、前記第二の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第二の測定ステップと、前記抵抗体の温度を前記第二の温度から第三の温度に変化させ、該第三の温度に所定の時間保つステップと、前記第三の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第三の測定ステップと、前記第一、第二および第三の測定ステップにより得られた前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれているか判定するステップとを含む方法が提供される。   As described above, according to one aspect of the present invention, a method for monitoring a test gas using a semiconductor gas sensor including a resistor, the temperature of the resistor being maintained at a first temperature for a predetermined time. A first measurement step of measuring a resistance value of the resistor in the test gas at the first temperature, and a temperature of the resistor from the first temperature to a second temperature. And maintaining the second temperature for a predetermined time; a second measuring step for measuring a value of electric resistance of the resistor in the test gas at the second temperature; and the resistance Changing the temperature of the body from the second temperature to the third temperature and maintaining the temperature at the third temperature for a predetermined time; and at the third temperature, the electrical resistance of the resistor in the test gas A third measurement step that measures the value of And a step of determining whether the detection target gas is contained in the detection gas based on the electric resistance values obtained by the first, second and third measurement steps. The

特に限定されるものではいが、半導体式ガスセンサは、被検ガスによりセンサが有する半導体中の電子の動きが制限されることを利用したものである。本発明にかかる方法には、任意の種類の半導体式ガスセンサを使用することができる。より具体的には、半導体式ガスセンサは、半導体からなる抵抗体であって、被検ガスに含まれるガスおよび該抵抗体の温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体と、前記抵抗体の温度を制御することができる温度制御手段と、前記抵抗体の電気抵抗の値を測定することができる電気抵抗測定手段とを含むと好ましい。   Although not particularly limited, the semiconductor gas sensor utilizes the fact that the movement of electrons in the semiconductor of the sensor is limited by the gas to be detected. Any type of semiconductor gas sensor can be used in the method according to the present invention. More specifically, the semiconductor gas sensor is a resistor made of a semiconductor, and a resistor whose value of electric resistance changes according to the gas contained in the test gas and the temperature of the resistor, and the resistor It is preferable to include temperature control means that can control the temperature of the resistor and electrical resistance measurement means that can measure the value of the electrical resistance of the resistor.

以下に詳細に説明するように、半導体からなり、被検ガスに含まれるガスおよび温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体を有する半導体式ガスセンサを使用することで、被検ガスに特定のガスが含まれるか否かを、抵抗体の電気抵抗の値の変化として測定することができる。さらに、この電気抵抗の値は抵抗体の温度によって変化し、一般に、この変化のパターンは検出対象ガスの種類によっても変化するので、各温度における電気抵抗の値のパターンに基づいて、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを選択的に監視することができる。   As described in detail below, the test gas is specified by using a semiconductor type gas sensor having a resistor made of a semiconductor and having a resistance whose electric resistance varies depending on the gas and temperature contained in the test gas. It can be measured as a change in the value of the electrical resistance of the resistor. Further, the value of this electric resistance changes depending on the temperature of the resistor, and generally, the pattern of this change also changes depending on the type of gas to be detected. Therefore, based on the pattern of the value of electric resistance at each temperature, the test gas It is possible to selectively monitor whether or not the gas to be detected is contained in.

特に限定されるものではないが、本発明に適用できる半導体式ガスセンサとして、薄膜型半導体式ガスセンサ(特公平6−43978号公報参照)、熱線型半導体式ガスセンサ(非特許文献1、特許文献1参照)等が挙げられる。また、半導体式ガスセンサは、電池駆動式のものであると好ましい。本発明によると、上記したように電池駆動式の半導体式ガスセンサにおいて問題とされていた、検出対象ガスに対する選択性を向上することができるからである。   Although not particularly limited, as a semiconductor gas sensor applicable to the present invention, a thin film semiconductor gas sensor (see Japanese Patent Publication No. 6-43978), a hot-wire semiconductor gas sensor (see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). ) And the like. The semiconductor gas sensor is preferably a battery-driven type. This is because according to the present invention, it is possible to improve the selectivity with respect to the detection target gas, which has been a problem in the battery-driven semiconductor gas sensor as described above.

ここで、半導体式ガスセンサは、薄膜型半導体式ガスセンサであると好ましい。薄膜型半導体式ガスセンサは、微細加工プロセスを用いて形成されるダイヤフラム構造などにより、高断熱、低熱容量の構造を実現することができ、電池駆動式のガスセンサとして好適だからである。   Here, the semiconductor gas sensor is preferably a thin film semiconductor gas sensor. This is because the thin-film semiconductor gas sensor can realize a high heat insulation and low heat capacity structure by a diaphragm structure formed by using a microfabrication process, and is suitable as a battery-driven gas sensor.

特に限定されるものではないが、以下に詳細に説明するように、薄膜型半導体式ガスセンサは、抵抗体、ヒーター、選択燃焼層、熱絶縁体、電気絶縁体等を薄膜状に形成し、その周囲が基板により支持されるダイヤフラム構造とすると好ましい。ダイヤフラム構造を有する薄膜型半導体式ガスセンサとすることで、センサ、特に抵抗体の低熱容量化を図ることができ、センサの低消費電力化が達成される。   Although not particularly limited, as will be described in detail below, the thin film type semiconductor gas sensor is formed of a resistor, a heater, a selective combustion layer, a thermal insulator, an electrical insulator, etc. in a thin film shape. A diaphragm structure whose periphery is supported by a substrate is preferable. By using a thin film semiconductor gas sensor having a diaphragm structure, the heat capacity of the sensor, particularly the resistor, can be reduced, and the power consumption of the sensor can be reduced.

被検ガスは、特に限定されるものではく、本発明にかかる方法は、任意のガスに適用することができる。すなわち、本発明にかかる方法は、その中に検出対象ガスが含まれるかについて監視されることが望まれる任意のガスに適用することができる。例えば、被検ガスは、空気であって、その中に検出対象ガスが含まれるおそれがあるものであると好ましい。   The test gas is not particularly limited, and the method according to the present invention can be applied to any gas. That is, the method according to the present invention can be applied to any gas that is desired to be monitored as to whether or not the detection target gas is contained therein. For example, it is preferable that the test gas is air and the gas to be detected may be contained therein.

検出対象ガスは、特に限定されるものではく、本発明にかかる方法は、任意のガスを検出対象ガスとして適用することができる。例えば、検出対象ガスとして、燃料として用いられる可燃性ガス、燃料が不完全に燃焼したときに生成する不完全燃焼ガス等を対象とすることができる。可燃性ガスが燃焼されずに、高い濃度で空気中に残留した場合、出火や爆発を引き起こすおそれがあり、可燃性ガスが高い濃度で長時間にわたり吸気された場合には、酸素量の不足による窒息等の害を人体におよぼすおそれがあるからである。また、不完全燃焼などによって発生した一酸化炭素を吸うと頭痛や吐き気、気分が悪くなるなどの症状が現れ、症状が重いときには死亡に至ることもあるからである。   The detection target gas is not particularly limited, and the method according to the present invention can apply any gas as the detection target gas. For example, the detection target gas may be a combustible gas used as a fuel, an incomplete combustion gas generated when the fuel is incompletely combusted, or the like. If the flammable gas is not burned and remains in the air at a high concentration, it may cause a fire or explosion, and if the flammable gas is inhaled for a long time at a high concentration, it may be due to insufficient oxygen. This is because there is a risk of causing harm such as suffocation to the human body. In addition, inhaling carbon monoxide generated by incomplete combustion may cause symptoms such as headache, nausea, and feeling bad, and may lead to death if the symptoms are severe.

なお、可燃性ガスとして、水素、炭化水素ガス、アルコール等を対象とすると好ましく、特に、炭素数1〜4の炭化水素ガスを対象とすると好ましい。具体的には、特に限定されるものではないが、可燃性ガスとして、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン(n−ブタン、イソブタン)、メタノール、エタノール等を対象とすると好ましい。これらのガスは、通常、都市ガス、LPガス等に用いられるからである。また、不完全燃焼ガスとして、炭化水素ガスの不完全燃焼により発生する一酸化炭素を対象とすると好ましい。上記したように、一酸化炭素は人体に害をおよぼすおそれがあるからである。   The combustible gas is preferably hydrogen, hydrocarbon gas, alcohol or the like, and particularly preferably hydrocarbon gas having 1 to 4 carbon atoms. Specifically, although not particularly limited, hydrogen, methane, ethane, propane, butane (n-butane, isobutane), methanol, ethanol, and the like are preferable as combustible gases. This is because these gases are usually used for city gas, LP gas, and the like. Further, it is preferable to use carbon monoxide generated by incomplete combustion of hydrocarbon gas as the incomplete combustion gas. This is because carbon monoxide may cause harm to the human body as described above.

なお、検出対象ガスの種類の数は、特に限定されるものではく、本発明にかかる方法は、任意の数のガスを検出の対象として適用することができる。しかしながら、検出対象ガスの種類の数は、好ましくは1以上、さらに好ましくは2または3である。なお、特に限定されるものではないが、検出対象ガスは、好ましくはメタン、水素および一酸化炭素であり、水素を妨害ガスと考えるとさらに好ましくはメタンおよび一酸化炭素である。メタンは都市ガス等として一般に用いられている燃焼性ガスであり、一酸化炭素は都市ガス等の燃焼性ガスが不完全燃焼した際に生成されるガスだからである。   Note that the number of types of detection target gas is not particularly limited, and the method according to the present invention can apply any number of gases as detection targets. However, the number of types of detection target gas is preferably 1 or more, more preferably 2 or 3. Although not particularly limited, the detection target gas is preferably methane, hydrogen, and carbon monoxide, and more preferably methane and carbon monoxide when hydrogen is considered as an interfering gas. This is because methane is a combustible gas generally used as a city gas and the like, and carbon monoxide is a gas generated when a combustible gas such as a city gas is incompletely combusted.

上記したように、本発明にかかる方法は、抵抗体の温度を第一の温度に所定の時間保つステップと、抵抗体の温度を第一の温度から第二の温度に変化させ、第二の温度に所定の時間保つステップと、抵抗体の温度を第二の温度から第三の温度に変化させ、第三の温度に所定の時間保つステップとを含み、以下に詳細に説明するように、各温度において被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定する。本発明によると、少なくとも異なる3種類の温度において被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定することで、従来と比べて、より詳細に被検ガスの特性を測定することができる。これにより、より詳細に測定された被検ガスの特性に基づいて、検出対象ガスが被検ガスに含まれるか否かについて判定することができるため、判定の正確性が向上する。さらに、本発明によると、空気およびその他のガスから生じるバックグラウンドおよびノイズの影響が相対的に軽減されるので、検出対象ガスが含まれるか否かについてのみ、選択的に判定することができる。なお、判定の方法については後述する。   As described above, the method according to the present invention includes the step of maintaining the temperature of the resistor at the first temperature for a predetermined time, and changing the temperature of the resistor from the first temperature to the second temperature. A step of maintaining the temperature for a predetermined time, and a step of changing the temperature of the resistor from the second temperature to the third temperature and maintaining the temperature at the third temperature for a predetermined time, as described in detail below. The electric resistance value of the resistor in the test gas is measured at each temperature. According to the present invention, the characteristics of the test gas can be measured in more detail than before by measuring the resistance value of the resistor in the test gas at at least three different temperatures. Accordingly, it is possible to determine whether or not the detection target gas is included in the test gas based on the characteristics of the test gas measured in more detail, so that the accuracy of the determination is improved. Furthermore, according to the present invention, the influence of background and noise generated from air and other gases is relatively reduced, so that it is possible to selectively determine only whether or not the detection target gas is included. The determination method will be described later.

被検ガス中における抵抗体の電気抵抗を測定する第一、第二および第三の温度は、検出対象ガス、測定方法、被検ガスの監視を行う環境等に応じて適宜定められるべきものである。しかしながら、測定の正確性をより向上し、検出対象ガスに対する選択性をより向上するためには、前記検出対象ガスの1つの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値が、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における前記抵抗体の電気抵抗の値に対して、有意な差を生じる温度に、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つが設定されていると好ましい。このように、第一、第二および第三の温度を定めることで、検出対象ガスに起因する電気抵抗の値を、バックグラウンドおよびノイズに対して、より大きくすることができ、検出の感度ならびに判定の正確性および選択性をさらに高めることができる。   The first, second and third temperatures at which the electrical resistance of the resistor in the test gas is measured should be appropriately determined according to the detection target gas, the measurement method, the environment in which the test gas is monitored, etc. is there. However, in order to further improve the accuracy of measurement and further improve the selectivity with respect to the detection target gas, the value of the electrical resistance of the resistor in the presence of one predetermined concentration of the detection target gas is At least one of the first, second and third temperatures has a temperature that makes a significant difference with respect to the value of the electrical resistance of the resistor in the presence of a predetermined concentration of a particular gas or in air. Preferably it is set. In this way, by determining the first, second and third temperatures, the value of the electric resistance caused by the detection target gas can be increased with respect to the background and noise, and the detection sensitivity and The accuracy and selectivity of determination can be further improved.

すなわち、検出対象ガスが1種類の場合は、この検出対象ガスの所定の濃度の存在下における電気抵抗の値が、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における電気抵抗の値に対して、有意な差を生じる温度となるように定めると好ましい。また、検出対象ガスが複数ある場合は、検出対象ガスの1種類の存在下における電気抵抗の値が、その他の検出対象ガスを含む特定のガスの存在下または空気中における電気抵抗の値に対して、有意な差を生じる温度となるように定めると好ましい。ここで、前記その他の特定のガスは、特に限定されるものではないが、前記その他の特定のガスまたは空気中は、前記検出対象ガスの1つを測定する際に、バックグラウンドおよびノイズを生じ、その検出対象ガスの検出を妨げるおそれが強いものとすると好ましい。また、所定の濃度は、それぞれのガスに対して、検出されるべき濃度として任意に定めることができる。   That is, when there is one kind of detection target gas, the value of electrical resistance in the presence of a predetermined concentration of this detection target gas is the value of electrical resistance in the presence of a predetermined concentration of other specific gas or in air. On the other hand, it is preferable to set the temperature so as to produce a significant difference. In addition, when there are a plurality of detection target gases, the electric resistance value in the presence of one type of detection target gas is in the presence of a specific gas including other detection target gases or in the air. Therefore, it is preferable to set the temperature so as to cause a significant difference. Here, the other specific gas is not particularly limited, but the other specific gas or air generates background and noise when measuring one of the detection target gases. It is preferable that there is a strong possibility of hindering detection of the detection target gas. Further, the predetermined concentration can be arbitrarily determined as the concentration to be detected for each gas.

例えば、検出対象ガスを一酸化炭素とし、それを検出すべき濃度を100ppmとした場合、240以上450℃以下においては、一酸化炭素100ppmの存在下における電気抵抗の値は、大気中における電気抵抗の値と類似したものとなるが、室温以上150℃未満においては、一酸化炭素100ppmの存在下における電気抵抗の値は、大気中における電気抵抗の値と大きく異なるものとなる。このため、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つを室温以上150℃未満とすると、一酸化炭素の存在を好適に検出することができる。同様に、検出対象ガスをメタンとし、それを検出すべき濃度を4000ppmとした場合、室温以上300℃未満においては、メタン4000ppmの存在下における電気抵抗の値は、水素1000ppmの存在下における電気抵抗の値と類似したものとなるが、450℃以上においては、メタン4000ppmの存在下における電気抵抗の値は、水素1000ppmの存在下における電気抵抗の値と大きく異なるものとなる。このため、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つを450℃以上とすると、メタンの存在を好適に検出することができる。   For example, when the detection target gas is carbon monoxide and the concentration to be detected is 100 ppm, the electric resistance value in the presence of 100 ppm of carbon monoxide at 240 to 450 ° C. is the electric resistance in the atmosphere. However, at room temperature or higher and lower than 150 ° C., the value of electrical resistance in the presence of 100 ppm of carbon monoxide is significantly different from the value of electrical resistance in the atmosphere. For this reason, if at least one of the first, second and third temperatures is set to room temperature or higher and lower than 150 ° C., the presence of carbon monoxide can be suitably detected. Similarly, when the detection target gas is methane and the concentration to be detected is 4000 ppm, the electrical resistance value in the presence of 4000 ppm of methane is the electrical resistance in the presence of 1000 ppm of hydrogen at room temperature or higher and less than 300 ° C. However, at 450 ° C. or higher, the value of electrical resistance in the presence of 4000 ppm of methane is significantly different from the value of electrical resistance in the presence of 1000 ppm of hydrogen. For this reason, if at least one of the first, second, and third temperatures is 450 ° C. or higher, the presence of methane can be suitably detected.

ここで、有意な差があるとは、前記検出対象ガスの1つの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値と、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における前記抵抗体の電気抵抗の値とが、統計的に区別しうる状態をいい、例えば、検出対象ガスの1つの所定の濃度の存在下における電気抵抗の値と、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における電気抵抗の値との差が、それぞれの条件で複数回測定した場合の電気抵抗の値の誤差(標準偏差)よりも大きい状態をいうと好ましい。なお、電気抵抗の値の誤差(標準偏差)とは、電気抵抗の値の対数の誤差(標準偏差)としてもよい。電気抵抗の値は、一般的に、ガスの種類や温度に応じて指数関数的に変化するからである。さらに、有意な差は、前記検出対象ガスの1つの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値が、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における前記抵抗体の電気抵抗の値に対して、1/10倍以下である状態とすると好ましい。一般に、電気抵抗の値の誤差は、電気抵抗の値の1/10よりも小さいからである。   Here, the significant difference means that the electric resistance value of the resistor in the presence of one predetermined concentration of the detection target gas and the presence of a predetermined concentration of another specific gas or in the air In the presence of one predetermined concentration of the detection target gas and a predetermined value of the other specific gas. It is preferable to say that the difference between the electrical resistance value in the presence of the concentration or in the air is larger than the error (standard deviation) in the electrical resistance value when measured multiple times under the respective conditions. The error (standard deviation) in the value of electrical resistance may be a logarithmic error (standard deviation) in the value of electrical resistance. This is because the value of electrical resistance generally changes exponentially according to the type and temperature of the gas. Further, a significant difference is that the resistance value of the resistor in the presence of one predetermined concentration of the detection target gas is different from that of the resistor in the presence of a predetermined concentration of another specific gas or in the air. It is preferable that the electric resistance is 1/10 times or less. This is because the error in the electric resistance value is generally smaller than 1/10 of the electric resistance value.

また、特に限定されるものではないが、第一の温度が第二の温度よりも高く、第二の温度が第三の温度よりも高くなるように定めると好ましい。第一の温度を最も高い温度とすることで、すなわち、最初の測定を行う前に、または最初の測定を行う際に、最も高い温度とすることで、センサをクリーニングでき、感度および選択性をより向上することができるからである。すなわち、上記したように、半導体式ガスセンサは、被検ガスにより抵抗体中の電子の動きが制限されることを利用したものであり、抵抗体の温度を高温に所定の時間保つことで抵抗体に吸着しているガスを取り除くことができる。なお、第一の温度を最も高くする場合、第二の温度が第三の温度よりも高くすることで、温度の制御をより簡素化することができ、好ましい。   Although not particularly limited, it is preferable that the first temperature is higher than the second temperature and the second temperature is higher than the third temperature. By making the first temperature the highest temperature, i.e. before making the first measurement, or at the time of making the first measurement, the highest temperature can be used to clean the sensor and increase the sensitivity and selectivity. It is because it can improve more. That is, as described above, the semiconductor gas sensor utilizes the fact that the movement of electrons in the resistor is restricted by the test gas, and the resistor gas is maintained at a high temperature for a predetermined time. The gas adsorbed on can be removed. In addition, when making 1st temperature the highest, control of temperature can be simplified more because 2nd temperature is made higher than 3rd temperature, and it is preferable.

また、特に限定されるものではないが、前記検出対象ガスの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値が最も低くなる温度に、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つが設定されていると好ましい。このように温度を定めることで、測定する際の温度の誤差に起因する電気抵抗の値の誤差を最小とすることができ、温度変化に対して、センサの特性をより安定にすることができる。   Further, although not particularly limited, the first, second and third temperatures are set to the temperatures at which the electric resistance value of the resistor in the presence of the predetermined concentration of the detection target gas is lowest. It is preferable that at least one is set. By determining the temperature in this way, it is possible to minimize the error of the electric resistance value due to the temperature error at the time of measurement, and it is possible to make the sensor characteristics more stable against temperature changes. .

さらに具体的には、前記第一、第二および第三の温度のそれぞれが、室温以上150℃未満、150℃以上350℃未満、350℃以上500℃以下のいずれかから選ばれると好ましく、100以上150℃未満、200以上300℃未満、450以上500℃未満のいずれかから選ばれるとさらに好ましい。より好ましくは、第一の温度は350℃以上500℃以下、第二の温度は150℃以上350℃未満、第三の温度は室温以上150℃未満である。特に好ましくは、第一の温度は450以上500℃未満、第二の温度は200以上300℃未満、第三の温度は100以上150℃未満である。これらについては、実施例において詳細に説明する。なお、メタン、水素および一酸化炭素以外のガスについても、同様に、好ましい温度を定めることができる。また、特に限定されるものではないが、室温は、好ましくは20℃をいう。   More specifically, each of the first, second and third temperatures is preferably selected from room temperature to 150 ° C., 150 ° C. to 350 ° C., 350 ° C. to 500 ° C. More preferably, it is selected from any one of 150 ° C., 200 ° C. and 300 ° C. More preferably, the first temperature is 350 ° C. or more and 500 ° C. or less, the second temperature is 150 ° C. or more and less than 350 ° C., and the third temperature is room temperature or more and less than 150 ° C. Particularly preferably, the first temperature is 450 to 500 ° C., the second temperature is 200 to 300 ° C., and the third temperature is 100 to 150 ° C. These will be described in detail in Examples. In addition, a preferable temperature can be similarly determined for gases other than methane, hydrogen, and carbon monoxide. Moreover, although it does not specifically limit, Room temperature says 20 degreeC preferably.

ここで、本発明において、抵抗体の温度を上記第一、第二または第三の温度に保つ時間は、検出対象ガス、測定方法、被検ガスの監視を行う環境等に応じて適宜定められるべきものである。しかしながら、上記半導体式ガスセンサを用いた場合、測定の正確性および選択性ならびに測定の低消費電力化を考慮すると、第一の温度に保つ時間は、0.05〜10秒とすると好ましい。同様に、第二の温度に保つ時間は、0.05〜10秒とすると好ましく、第三の温度に保つ時間は、0.05〜10秒とすると好ましい。温度が変化するのに通常0.05秒以上要し、消費電力の制約から10秒以下であることが望ましい。   Here, in the present invention, the time for maintaining the temperature of the resistor at the first, second or third temperature is appropriately determined according to the detection target gas, the measurement method, the environment in which the test gas is monitored, and the like. It should be. However, when the semiconductor gas sensor is used, considering the accuracy and selectivity of measurement and the reduction in power consumption of measurement, the time for maintaining the first temperature is preferably 0.05 to 10 seconds. Similarly, the time for maintaining the second temperature is preferably 0.05 to 10 seconds, and the time for maintaining the third temperature is preferably 0.05 to 10 seconds. It usually takes 0.05 seconds or more for the temperature to change, and is preferably 10 seconds or less due to power consumption constraints.

半導体式ガスセンサにおける抵抗体の温度の制御方法は、特に限定されるものではなく、任意の方法で抵抗体の温度を制御することができる。特に、半導体式ガスセンサが抵抗体と、抵抗体の温度を制御することができる温度制御手段とを含む場合、温度制御手段により抵抗体の温度を好適に制御することができる。より具体的には、以下に詳細に説明するように、半導体式ガスセンサは、温度制御手段として、抵抗体と熱的に接触しているヒーターと、ヒーターの温度を制御するヒーター温度制御手段とを含むと好ましく、このように半導体式ガスセンサがヒーター等を備えている場合、ヒーターを加熱することで、抵抗体の温度を上げることができる。なお、半導体式ガスセンサは、抵抗体の温度の下げるための特定の構成を有しなくともよい。すなわち、ヒーターの加熱を停止するまたは弱めることで、自然におこる放熱により抵抗体の温度を下げることができるからである。   The method for controlling the temperature of the resistor in the semiconductor gas sensor is not particularly limited, and the temperature of the resistor can be controlled by any method. In particular, when the semiconductor gas sensor includes a resistor and a temperature control unit that can control the temperature of the resistor, the temperature of the resistor can be suitably controlled by the temperature control unit. More specifically, as described in detail below, the semiconductor gas sensor includes, as temperature control means, a heater that is in thermal contact with the resistor, and a heater temperature control means that controls the temperature of the heater. In the case where the semiconductor gas sensor includes a heater or the like as described above, the temperature of the resistor can be increased by heating the heater. Note that the semiconductor gas sensor may not have a specific configuration for lowering the temperature of the resistor. That is, by stopping or weakening the heating of the heater, the temperature of the resistor can be lowered by natural heat dissipation.

上記したように、本発明にかかる方法は、第一の温度において、被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定する第一の測定ステップと、第二の温度において、被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定する第二の測定ステップと、第三の温度において、被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定する第三の測定ステップとを含む。上記したように、本発明によると、少なくとも異なる3種類の温度において被検ガス中における抵抗体の電気抵抗の値を測定することで、従来と比べて、より詳細に被検ガスの特性を測定することができ、得られた3種類の電気抵抗の値に基づき、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かについて、より正確に、およびより選択的に判定することができる。   As described above, the method according to the present invention includes the first measurement step of measuring the value of the electrical resistance of the resistor in the test gas at the first temperature, and the test gas in the test gas at the second temperature. The second measuring step of measuring the value of the electric resistance of the resistor in the step of the above, and the third measuring step of measuring the value of the electric resistance of the resistor in the test gas at the third temperature. As described above, according to the present invention, by measuring the electric resistance value of the resistor in the test gas at at least three different temperatures, the characteristics of the test gas can be measured in more detail than before. Based on the obtained three types of electrical resistance values, it can be determined more accurately and more selectively whether or not the detection target gas is contained in the detection target gas.

電気抵抗の値の測定の方法は、特に限定されるものではなく、任意の方法で測定することができる。特に、半導体式ガスセンサが、半導体からなる抵抗体であって、被検ガスに含まれるガスおよび抵抗体の温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体と、抵抗体の温度を制御することができる温度制御手段と、抵抗体の電気抵抗の値を測定することができる電気抵抗測定手段とを含む場合、電気抵抗測定手段により、抵抗体の電気抵抗の値を測定することで、電気抵抗の値を測定することができる。上記したように、半導体からなり被検ガスに含まれるガスおよび温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体を有する半導体式ガスセンサを使用することで、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを、抵抗体の電気抵抗の値の変化として測定することができる。さらに、この電気抵抗の値は抵抗体の温度によって変化し、一般に、この変化のパターンは検出対象ガスの種類によっても変化するので、各温度における電気抵抗の値のパターンを検出することで、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを選択的に監視することができる。   The method for measuring the value of electric resistance is not particularly limited, and can be measured by any method. In particular, a semiconductor gas sensor is a resistor made of a semiconductor, and a resistor whose electric resistance varies depending on the gas contained in the test gas and the temperature of the resistor, and the temperature of the resistor is controlled. In the case of including a temperature control means capable of measuring and an electric resistance measurement means capable of measuring the electric resistance value of the resistor, the electric resistance is measured by measuring the electric resistance value of the resistor by the electric resistance measurement means. Can be measured. As described above, the gas to be detected includes the gas to be detected by using the semiconductor gas sensor having a resistor made of a semiconductor and having a resistance whose electric resistance varies depending on the gas and temperature contained in the gas to be detected. It can be measured as a change in the value of the electrical resistance of the resistor. Further, the value of the electric resistance changes depending on the temperature of the resistor, and generally, the pattern of this change also changes depending on the type of gas to be detected. Therefore, by detecting the pattern of the electric resistance value at each temperature, Whether or not the detection target gas is included in the detected gas can be selectively monitored.

上記したように、本発明にかかる方法は、第一、第二および第三の測定ステップにより得られた電気抵抗の値に基づき、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定するステップを含む。ここでいう、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるかの判定とは、被検ガス中に検出対象ガスが、所定の濃度以上で含まれているか否か判定する定性的な判定と、被検ガス中に検出対象ガスがどの程度の濃度で含まれているか判定する定量的な判定とを含む。   As described above, the method according to the present invention includes the step of determining whether the detection target gas is included in the test gas based on the values of the electrical resistance obtained by the first, second, and third measurement steps. Including. Here, the determination of whether or not the detection target gas is contained in the test gas is a qualitative determination that determines whether or not the detection target gas is contained in the detection gas at a predetermined concentration or more. And quantitative determination for determining the concentration of the detection target gas in the test gas.

得られた電気抵抗の値に基づき、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるかの判定は、特に限定されるものではなく、任意の方法で行うことができる。例えば、比較の対象となるデータと、各温度における被検ガスの測定により得られた電気抵抗の値との比較することで、判定を行うことができる。特に、検出対象ガスの存在下における電気抵抗の値を、当該ガスの所定の濃度で、各温度において予め測定しておき、この電気抵抗の値を基に定められたしきい値を比較の対象となるデータとすることで、被検ガス中に検出対象ガスが、特定の濃度以上で含まれているか否かを定性的に判定することができる。また、検出対象ガスの存在下における電気抵抗の値を、当該ガスの所定の濃度の複数で、各温度において予め測定しておき、この電気抵抗の値に基づき、当該ガスの濃度と電気抵抗の値の関係を求めておき、この関係を比較の対象となるデータとすることで、被検ガス中に検出対象ガスがどの程度の濃度で含まれているかを定量的に判定することができる。なお、検出対象ガスの所定の濃度での存在下における電気抵抗の値は、予め測定しなくても、既知のデータを用いる、または既知のデータから算出することもできる。   The determination as to whether the detection target gas is included in the gas to be detected based on the obtained electric resistance value is not particularly limited, and can be performed by any method. For example, the determination can be made by comparing the data to be compared with the value of the electrical resistance obtained by measuring the test gas at each temperature. In particular, the value of electric resistance in the presence of the gas to be detected is measured in advance at each temperature at a predetermined concentration of the gas, and a threshold value determined based on this electric resistance value is compared. By using this data, it is possible to qualitatively determine whether or not the detection target gas is contained in the detected gas at a specific concentration or higher. In addition, the value of the electric resistance in the presence of the detection target gas is measured in advance at each temperature at a plurality of predetermined concentrations of the gas, and based on the value of the electric resistance, the concentration of the gas and the electric resistance are measured. By obtaining a relationship between values and using this relationship as data to be compared, it is possible to quantitatively determine the concentration of the detection target gas in the detection gas. Note that the value of the electrical resistance in the presence of the detection target gas at a predetermined concentration can be calculated using known data or by using known data without measurement in advance.

以上の判定を行うための手段は、特に限定されるものではなく、任意の手段により行うことができる。例えば、得られた電気抵抗の値に基づいて人為的に演算を行うことで、判定を行うことができる。しかし、以下に詳細に説明するように、半導体式ガスセンサは、各温度において測定された電気抵抗の値に基づき、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定する判定手段を含むと好ましく、この判定手段により、得られた電気抵抗の値と比較の対象となるデータとを比較させることにより、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定すると好ましい。   The means for performing the above determination is not particularly limited, and can be performed by any means. For example, the determination can be made by performing an artificial calculation based on the obtained value of electrical resistance. However, as will be described in detail below, the semiconductor gas sensor preferably includes a determination unit that determines whether or not the detection target gas is included in the gas to be detected based on the value of the electrical resistance measured at each temperature. It is preferable to determine whether or not the detection target gas is contained in the detection gas by comparing the obtained electric resistance value with the data to be compared by this determination means.

また、以上は、少なくとも3種類の温度において測定を行い、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを判定する一連のステップについて説明したが、本発明にかかる方法においては、これらの一連のステップを繰り返し行うと好ましい。すなわち、これらの一連のステップを行うことで、その時点で被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否か監視することができるが、この一連のステップを繰り返し行うことで、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを継続的に監視することができる。特に限定されるものではないが、低消費電力化を考慮する場合、この一連のステップは間歇的に行うと好ましく、例えば、30〜150秒に1回の割合で行うと好ましい。   In the above, a series of steps for determining whether or not a gas to be detected contains a detection target gas by measuring at at least three kinds of temperatures has been described. In the method according to the present invention, these series of steps are described. It is preferable to repeat this step. In other words, by performing these series of steps, it is possible to monitor whether or not the gas to be detected contains the detection target gas at that time, but by performing this series of steps repeatedly, the detection gas is detected. Whether or not the target gas is included can be continuously monitored. Although not particularly limited, when considering low power consumption, this series of steps is preferably performed intermittently, for example, once every 30 to 150 seconds.

なお、以上は主に3種類の温度において被検ガスの測定を行う態様について説明したが、本発明にかかる方法は、3種類の温度に限定されるものではなく、4種類以上の温度において、被検ガスの測定を行うこともできる。すなわち、本発明にかかる方法は、前記抵抗体の温度を第四以上の温度に変化させ、該第四以上の温度に所定の時間保つステップと、前記第四以上の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第四以上の測定ステップとをさらに含み、前記判定ステップにおいて、前記第一、第二および第三の測定ステップならびに前記第四以上の測定ステップにより得られた前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれているか判定することもできる。   In addition, although the above demonstrated the aspect which mainly measures the test gas in three types of temperature, the method concerning this invention is not limited to three types of temperature, In four or more types of temperature, Measurement of the test gas can also be performed. That is, the method according to the present invention includes a step of changing the temperature of the resistor to a fourth or higher temperature and maintaining the temperature at the fourth or higher temperature for a predetermined time, and the test gas at the fourth or higher temperature. And a fourth or more measurement step for measuring the electric resistance value of the resistor in the determination step, wherein the determination step includes the first, second and third measurement steps and the fourth or more measurement step. Based on the obtained value of the electrical resistance, it can also be determined whether the detection target gas is contained in the detection gas.

また、上記したように、本発明の別の側面によると、半導体からなる抵抗体であって、被検ガスに含まれるガスおよび該抵抗体の温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体と、前記抵抗体の温度を少なくとも3種類の温度に制御することができる温度制御手段と、前記少なくとも3種類の温度において、前記電気抵抗の値を測定することができる電気抵抗測定手段と、前記少なくとも3種類の温度において測定された前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定する判定手段とを含む半導体式ガスセンサが提供される。本発明にかかる半導体式ガスセンサによると、上記した本発明にかかる方法を用いて、検出対象ガスを選択的に監視することができる。   In addition, as described above, according to another aspect of the present invention, a resistor made of a semiconductor, the resistance of which the value of electric resistance changes according to the gas contained in the test gas and the temperature of the resistor Temperature control means capable of controlling the temperature of the resistor to at least three kinds of temperatures; electrical resistance measurement means capable of measuring the value of the electrical resistance at the at least three kinds of temperatures; There is provided a semiconductor type gas sensor including determination means for determining whether or not a gas to be detected is contained in the gas to be detected based on the values of the electrical resistance measured at at least three kinds of temperatures. According to the semiconductor gas sensor according to the present invention, the detection target gas can be selectively monitored using the method according to the present invention.

本発明にかかる半導体式ガスセンサは、半導体からなる抵抗体であって、被検ガスに含まれるガスおよび前記抵抗体の温度に応じて電気抵抗の値が変化する抵抗体を含むと好ましい。上記したように、半導体式ガスセンサは、被検ガスによりセンサの有する半導体中の電子の動きが制限されることを利用したものであり、このような抵抗体を用いることで、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを、抵抗体の電気抵抗の値の変化として測定することができるからである。さらに、この電気抵抗の値は抵抗体の温度によって変化し、一般に、この変化のパターンは検出対象ガスの種類によっても変化するので、各温度における電気抵抗の値のパターンを測定することで、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを選択的に監視することができる。特に限定されるものではないが、このような特性を示す半導体として、SnO2や、ドナーとなる+5価もしくは+6価の元素が添加されたSnO2を用いることができる。 The semiconductor gas sensor according to the present invention preferably includes a resistor made of a semiconductor, and includes a resistor whose value of electric resistance varies depending on the gas contained in the test gas and the temperature of the resistor. As described above, the semiconductor type gas sensor utilizes the fact that the movement of electrons in the semiconductor of the sensor is limited by the test gas. By using such a resistor, it is detected in the test gas. This is because whether or not the target gas is contained can be measured as a change in the resistance value of the resistor. Further, the value of the electric resistance varies depending on the temperature of the resistor, and generally, the pattern of this change also varies depending on the type of gas to be detected. Therefore, by measuring the pattern of the electric resistance value at each temperature, Whether or not the detection target gas is included in the detected gas can be selectively monitored. In particular but not limited to, a semiconductor having such characteristics, it is possible to use SnO 2 or the SnO 2 of +5 or +6 valent element serving as a donor is added.

また、半導体式ガスセンサは、抵抗体の温度を少なくとも3種類の温度に制御することができる温度制御手段を含むと好ましい。このような温度制御手段を用いることで、抵抗体の温度を制御し、各温度における被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を好適に測定し、本発明にかかる方法を実施するができる。温度制御手段は、特に限定されるものではなく、任意の手段で温度を制御することができる。   The semiconductor gas sensor preferably includes a temperature control means capable of controlling the temperature of the resistor to at least three types of temperatures. By using such temperature control means, the temperature of the resistor is controlled, and the value of the electrical resistance of the resistor in the test gas at each temperature is suitably measured, and the method according to the present invention is carried out. it can. The temperature control means is not particularly limited, and the temperature can be controlled by any means.

例えば、半導体式ガスセンサは、温度制御手段として、抵抗体と熱的に接触しているヒーターと、ヒーターの温度を制御するヒーター温度制御手段とを含むと好ましい。上記したように、このように半導体式ガスセンサがヒーター等を備えている場合、ヒーターを介して抵抗体の温度を制御することができるからである。なお、抵抗体とヒーターとが熱的に接触しているとは、ヒーターからの熱により抵抗体が加熱され得ることをいう。また、特に限定されるものではないが、ヒーターの温度の制御は、電気的に行うことができる。すなわち、ヒーターに通電することで、ヒーターの温度を上げることができ、通電する電流の量を制御することで、抵抗体の温度を制御することができる。   For example, the semiconductor gas sensor preferably includes, as temperature control means, a heater that is in thermal contact with the resistor and a heater temperature control means that controls the temperature of the heater. As described above, when the semiconductor gas sensor includes a heater or the like as described above, the temperature of the resistor can be controlled via the heater. Note that that the resistor and the heater are in thermal contact means that the resistor can be heated by the heat from the heater. Although not particularly limited, the temperature of the heater can be controlled electrically. That is, the temperature of the heater can be raised by energizing the heater, and the temperature of the resistor can be controlled by controlling the amount of current to be energized.

また、半導体式ガスセンサは、前記少なくとも3種類の温度において、前記電気抵抗の値を測定することができる電気抵抗測定手段を含むと好ましい。電気抵抗測定手段は、特に限定されるものではなく、任意の手段で電気抵抗を測定することができる。   Moreover, it is preferable that the semiconductor gas sensor includes an electrical resistance measuring unit capable of measuring the value of the electrical resistance at the at least three types of temperatures. The electrical resistance measuring means is not particularly limited, and the electrical resistance can be measured by any means.

また、半導体式ガスセンサは、前記少なくとも3種類の温度において測定された前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定する判定手段を含むと好ましい。判定手段は、特に限定されるものではなく、任意の手段で被検ガス中に検出対象ガスが含まれるか判定することができる。例えば、比較の対象となるデータと、各温度における被検ガスの測定により得られた電気抵抗の値との比較を電気的に行うことで、判定を行うことができる。なお、比較の対象となるデータは、上記したように定めることができる。   The semiconductor gas sensor preferably includes a determination unit that determines whether the detection target gas is included in the detection gas based on the electrical resistance values measured at the at least three types of temperatures. The determination means is not particularly limited, and it can be determined whether the detection target gas is included in the detection gas by any means. For example, the determination can be made by electrically comparing the data to be compared with the value of the electrical resistance obtained by measuring the test gas at each temperature. The data to be compared can be determined as described above.

なお、抵抗体は、被検ガスに直接的に接触するように配置してもよいが、選択燃焼層を介して被検ガスと間接的に接触するように配置すると好ましい。具体的には、本発明にかかる半導体式ガスセンサは、抵抗体の表面に、すなわち抵抗体と被検ガスの間に配置されるように、特定のガスを選択的に燃焼させることができる選択燃焼層を含むと好ましい。この場合、選択燃焼層は、抵抗体の表面の少なくとも1部、好ましくは全てに設けられる。一般に、上記抵抗体を用いた場合、抵抗体が複数のガスに応答し、検出対象ガスのみを選択的に検出することが難しい場合がある。しかしながら、選択燃焼層を含むことで、検出対象ガスより酸化活性の強いガスを選択的に燃焼させることができ、検出対象ガスのみをより選択的に検出することができるようになる。特に限定されるものではないが、選択燃焼層として、Pd、Pt等の貴金属触媒を用いることができる。具体的には、検出対象ガスをメタンとし、Pd、Pt等の貴金属触媒からなる選択燃焼層を用いた場合、選択燃焼層により、H2、CO、エタノール等のガスを選択的に燃焼することができ、目的の検出対象ガスのみを好適に測定することができる。 The resistor may be disposed so as to be in direct contact with the test gas, but is preferably disposed so as to be indirectly contacted with the test gas via the selective combustion layer. Specifically, the semiconductor gas sensor according to the present invention is a selective combustion capable of selectively burning a specific gas so as to be disposed on the surface of the resistor, that is, between the resistor and the test gas. Preferably it includes a layer. In this case, the selective combustion layer is provided on at least a part, preferably all, of the surface of the resistor. In general, when the resistor is used, it may be difficult for the resistor to respond to a plurality of gases and to selectively detect only the detection target gas. However, by including the selective combustion layer, a gas having a stronger oxidation activity than the detection target gas can be selectively burned, and only the detection target gas can be detected more selectively. Although not particularly limited, a noble metal catalyst such as Pd or Pt can be used as the selective combustion layer. Specifically, when the detection target gas is methane and a selective combustion layer made of a noble metal catalyst such as Pd or Pt is used, a gas such as H 2 , CO, or ethanol is selectively burned by the selective combustion layer. Therefore, it is possible to suitably measure only the target detection target gas.

また、抵抗体の温度に対する外部環境の影響を最小限にするため、また、ヒーターによる抵抗体の加熱をより効果的にするために、半導体式ガスセンサは、ヒーターと外部環境との間であって、ヒーターと抵抗体との熱的な接触を妨げない位置に、熱絶縁体を含むと好ましい。例えば、熱絶縁体は、ヒーターと外部環境との間であって、ヒーターに関して抵抗体と反対の側に配置されると好ましい。特に限定されるものではないが、熱絶縁体として、Si34、SiO2を用いることができる。 In order to minimize the influence of the external environment on the temperature of the resistor and to make the heating of the resistor by the heater more effective, the semiconductor gas sensor is provided between the heater and the external environment. It is preferable that a thermal insulator is included at a position that does not hinder the thermal contact between the heater and the resistor. For example, the thermal insulator is preferably located between the heater and the external environment, on the opposite side of the heater from the resistor. Although not particularly limited, Si 3 N 4 or SiO 2 can be used as the thermal insulator.

また、半導体式ガスセンサは、抵抗体および電気抵抗測定手段と、ヒーターとの間に電気絶縁体を含むと好ましい。すなわち、これらの間を電気的に絶縁することで、ヒーターの温度を制御するための通電が、抵抗体の電気抵抗の測定に影響しないようにすると好ましい。特に限定されるものではないが、電気絶縁体として、SiO2を用いることができる The semiconductor gas sensor preferably includes an electric insulator between the resistor and the electric resistance measuring means and the heater. That is, it is preferable to electrically insulate them so that energization for controlling the temperature of the heater does not affect the measurement of the electrical resistance of the resistor. Although not particularly limited, SiO 2 can be used as an electrical insulator.

また、半導体式ガスセンサは、3種類の温度において測定を行い、被検ガスに検出対象ガスが含まれるか否かを判定する一連のステップを繰り返し行うための制御手段を含むと好ましい。また、半導体式ガスセンサは、検出対象ガスを検出した際に、その旨を出力するためのブザー、ランプ等を含むことができる。また、半導体式ガスセンサは、検出対象ガスが燃料として使われる可燃性ガスの場合等、被検ガス中に検出対象ガスを検出した際に、当該ガスの供給源を遮断するための遮断弁等を含むことができる。   The semiconductor gas sensor preferably includes control means for performing measurement at three types of temperatures and repeatedly performing a series of steps for determining whether or not the detection target gas includes the detection target gas. In addition, the semiconductor gas sensor can include a buzzer, a lamp, and the like for outputting the detection target gas when the detection target gas is detected. In addition, the semiconductor gas sensor has a shutoff valve for shutting off the gas supply source when the detection target gas is detected in the detection gas, such as when the detection target gas is a combustible gas used as fuel. Can be included.

ここで、半導体式ガスセンサは、低消費電力化を図るために、ダイヤフラム構造とすると好ましい。すなわち、半導体式ガスセンサは、抵抗体およびヒーター、ならびに必要に応じて選択燃焼層、熱絶縁体および電気絶縁体を薄膜状に形成し、その周囲が基板により支持されるダイヤフラム構造とすると好ましい。ダイヤフラム構造とすることで、センサ、特に抵抗体の低熱容量化を図ることができ、センサの低消費電力化が達成される。なお、特に限定されるものではないが、基板として、Siを用いることができる。また、これらの抵抗体、ヒーター、電気抵抗測定手段、選択燃焼層、熱絶縁体、電気絶縁体等については、従来と同様とすることができる。   Here, the semiconductor gas sensor preferably has a diaphragm structure in order to reduce power consumption. That is, it is preferable that the semiconductor gas sensor has a diaphragm structure in which a resistor and a heater, and if necessary, a selective combustion layer, a thermal insulator, and an electrical insulator are formed in a thin film shape and the periphery thereof is supported by a substrate. By adopting the diaphragm structure, it is possible to reduce the heat capacity of the sensor, particularly the resistor, and the power consumption of the sensor can be reduced. Note that although not particularly limited, Si can be used as the substrate. These resistors, heaters, electrical resistance measuring means, selective combustion layers, thermal insulators, electrical insulators, and the like can be the same as conventional ones.

また、半導体式ガスセンサの製造方法は、特に限定されるものではなく、任意の方法を用いることができる。例えば、以下のように、図3に例示された、昇温のためのヒーター3と、それと電気的に絶縁された抵抗体膜7および選択燃焼層8とを備え、低消費電力化のために全体を低熱容量、高熱抵抗のダイヤフラム構造とした薄膜型半導体式ガスセンサを製造することができる。すなわち、両面に熱酸化膜が付いたSi基板1上に、ダイヤフラム構造の支持膜及び熱絶縁膜2としてSi34とSiO2膜を順次プラズマCVD法にて形成すると好ましい。次にPt−Wヒーター層3、SiO2電気絶縁層4の順にスパッタ法で形成し、その上に接合層5、抵抗体膜電極6を形成すると好ましい。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング方法によって行うと好ましい。成膜条件は、接合層(PtあるいはAu)、抵抗体膜電極(TaあるいはTi)とも同じとすることができ、例えば、Arガス圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/cm2とすることができる。膜厚は、接合層、抵抗体膜電極のそれぞれを500Å、2000Åとすると好ましい。次に、抵抗体膜7であるSnO2を成膜すると好ましい。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、反応性スパッタリング方法によって行うと好ましい。ターゲットにはSbを0.5wt%を有するSnO2を用いると好ましい。成膜条件は、例えば、Ar+O2ガス圧力2Pa、基板温度150〜300℃、RFパワー2W/cm2とするとことができる。膜厚は5000Åとすると好ましい。つづいて、選択燃焼層8を形成すると好ましい。Pdを7.0wt%添加したγ−アルミナ(平均粒径2〜3μm)にアルミナゾルを5〜20wt%添加してペーストとし、抵抗体膜であるSnO2の直上にスクリーン印刷し、その後500℃で一時間焼成することで形成することができる。焼成後の選択燃焼層の膜厚は30〜35μmとすると好ましい。最後に基板裏面よりエッチングによりSiを除去し、ダイヤフラム構造とすることができる。 Moreover, the manufacturing method of a semiconductor type gas sensor is not specifically limited, Arbitrary methods can be used. For example, as shown below, the heater 3 for raising temperature, the resistor film 7 and the selective combustion layer 8 electrically insulated from the heater 3 illustrated in FIG. 3 are provided to reduce power consumption. A thin film semiconductor gas sensor having a diaphragm structure with a low heat capacity and high heat resistance as a whole can be manufactured. That is, it is preferable to form a Si 3 N 4 and SiO 2 film sequentially as a support film having a diaphragm structure and a thermal insulating film 2 on the Si substrate 1 having a thermal oxide film on both sides by a plasma CVD method. Next, it is preferable that the Pt—W heater layer 3 and the SiO 2 electrical insulating layer 4 are formed in this order by sputtering, and the bonding layer 5 and the resistor film electrode 6 are formed thereon. Film formation is preferably performed by an ordinary sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. The film formation conditions can be the same for the bonding layer (Pt or Au) and the resistor film electrode (Ta or Ti). For example, the Ar gas pressure is 1 Pa, the substrate temperature is 300 ° C., and the RF power is 2 W / cm 2 . be able to. The film thickness is preferably 500 mm and 2000 mm for the bonding layer and the resistor film electrode, respectively. Next, it is preferable to form SnO 2 as the resistor film 7. Film formation is preferably performed by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. It is preferable to use SnO 2 having 0.5 wt% Sb as the target. The film forming conditions can be, for example, Ar + O 2 gas pressure 2 Pa, substrate temperature 150 to 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 . The film thickness is preferably 5000 mm. Subsequently, it is preferable to form the selective combustion layer 8. Pd was added 7.0 wt% .gamma.-alumina was added 5 to 20 wt% of alumina sol (average particle diameter 2 to 3 [mu] m) and a paste, screen printed directly on the resistor film in which SnO 2, thereafter 500 ° C. It can be formed by baking for one hour. The film thickness of the selective combustion layer after firing is preferably 30 to 35 μm. Finally, Si can be removed by etching from the back surface of the substrate to form a diaphragm structure.

以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施例は本発明を限定するものではない。本実施例では、図3に例示した薄膜型半導体式ガスセンサを用いた。また、検出対象ガスを、メタン、水素および一酸化炭素とした。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described below do not limit the present invention. In this example, the thin film type semiconductor gas sensor illustrated in FIG. 3 was used. The detection target gas was methane, hydrogen, and carbon monoxide.

図1に、本実施例における抵抗体の温度の制御パターンを示す。従来の駆動モードに対し、高温と低温の間に中温の状態を含んでいる。すなわち、測定開始後が0〜0.2秒の間はセンサ温度が高温(約450℃)、0.2〜0.7秒の間は中温(約240℃)、0.7〜1.2秒の間は低温(約120℃)となるように、ヒーターを駆動した。   In FIG. 1, the control pattern of the temperature of the resistor in a present Example is shown. In contrast to the conventional drive mode, a medium temperature state is included between the high temperature and the low temperature. That is, the sensor temperature is high (about 450 ° C.) for 0 to 0.2 seconds after the start of measurement, medium temperature (about 240 ° C.) for 0.7 to 1.2 seconds, and 0.7 to 1.2 for 0.2 to 0.7 seconds. The heater was driven so that the temperature was low (about 120 ° C.) for 2 seconds.

図2に、メタン4000ppm、水素1000ppmまたは一酸化炭素100ppmの存在下におけるセンサ温度(抵抗体の温度)と抵抗体の電気抵抗の値との関係を示す。図2に示すように、測定温度を好ましくは室温以上150℃未満、さらに好ましくは100℃以上150℃未満とした場合、空気中における電気抵抗の値と、メタン4000ppm、水素1000ppmまたは一酸化炭素100ppmの存在下における電気抵抗の値とが有意な差を有する。同様に、測定温度を好ましくは150℃以上350℃未満、さらに好ましくは200℃以上300℃未満とした場合、一酸化炭素100ppmの存在下または空気中における電気抵抗の値と、メタン4000ppmまたは水素1000ppmの存在下における電気抵抗の値とが有意な差を有する。測定温度を好ましくは350℃以上500℃以下、さらに好ましくは450℃以上500℃以下とした場合、一酸化炭素100ppmもしくは水素1000ppmの存在下または空気中における電気抵抗の値と、メタン4000ppmの存在下における電気抵抗の値とが有意な差を有する。   FIG. 2 shows the relationship between the sensor temperature (resistor temperature) and the resistance value of the resistor in the presence of 4000 ppm of methane, 1000 ppm of hydrogen, or 100 ppm of carbon monoxide. As shown in FIG. 2, when the measurement temperature is preferably room temperature or higher and lower than 150 ° C., more preferably 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., the value of electric resistance in air and methane 4000 ppm, hydrogen 1000 ppm or carbon monoxide 100 ppm There is a significant difference from the value of electrical resistance in the presence of. Similarly, when the measurement temperature is preferably 150 ° C. or higher and lower than 350 ° C., more preferably 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C., the value of electric resistance in the presence of 100 ppm of carbon monoxide or in air, and methane 4000 ppm or hydrogen 1000 ppm There is a significant difference from the value of electrical resistance in the presence of. When the measurement temperature is preferably 350 ° C. or more and 500 ° C. or less, more preferably 450 ° C. or more and 500 ° C. or less, in the presence of 100 ppm of carbon monoxide or 1000 ppm of hydrogen or in the presence of 4000 ppm of methane There is a significant difference from the value of electrical resistance at.

これらに基づき、第一、第二および第三の温度をそれぞれ、450℃、240℃および120℃と定めた。なお、240℃は、メタンおよび水素の存在下における電気抵抗の値が最も低くなる温度である。同様に、120℃は、一酸化炭素の存在下における電気抵抗の値が最も低くなる温度である。このとき、以下のように、被検ガス中に検出対象ガスが含まれるかの判定をすることができる。   Based on these, the first, second and third temperatures were determined to be 450 ° C., 240 ° C. and 120 ° C., respectively. Note that 240 ° C. is the temperature at which the value of electrical resistance is lowest in the presence of methane and hydrogen. Similarly, 120 ° C. is the temperature at which the value of electrical resistance is lowest in the presence of carbon monoxide. At this time, it can be determined whether or not the detection target gas is contained in the detection gas as follows.

すなわち、上記したように、測定温度120℃(低温)において、空気中における電気抵抗の値と、メタン4000ppm、水素1000ppmまたは一酸化炭素100ppmの存在下における電気抵抗の値とが有意な差を有する。ここで、120℃における電気抵抗の値のしきい値を、空気中における電気抵抗の値と、メタン4000ppm、水素1000ppmまたは一酸化炭素100ppmの存在下における電気抵抗の値との間であって、それらの値のちょうど中央付近の値である7.6×104Ωと定めることができる。ここで、被検ガスを測定した結果、120℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも大きければ、メタン、水素および一酸化炭素がそれぞれ4000ppm、1000ppmまたは100ppmの濃度以上で存在しないと判定することができる。逆に、120℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも小さければ、メタン、水素および一酸化炭素がそれぞれ4000ppm、1000ppmまたは100ppmの濃度以上で存在すると判定することができる。 That is, as described above, at a measurement temperature of 120 ° C. (low temperature), there is a significant difference between the value of electrical resistance in the air and the value of electrical resistance in the presence of 4000 ppm of methane, 1000 ppm of hydrogen, or 100 ppm of carbon monoxide. . Here, the threshold value of the electric resistance value at 120 ° C. is between the electric resistance value in the air and the electric resistance value in the presence of 4000 ppm of methane, 1000 ppm of hydrogen or 100 ppm of carbon monoxide, It can be determined to be 7.6 × 10 4 Ω, which is a value near the center of these values. Here, as a result of measuring the test gas, if the value of electric resistance at 120 ° C. is larger than this threshold value, it is determined that methane, hydrogen and carbon monoxide are not present at concentrations of 4000 ppm, 1000 ppm or 100 ppm, respectively. can do. Conversely, if the value of electrical resistance at 120 ° C. is smaller than this threshold, it can be determined that methane, hydrogen, and carbon monoxide are present at concentrations of 4000 ppm, 1000 ppm, or 100 ppm, respectively.

同様に、これらのデータに基づき、240℃、450℃における電気抵抗の値のしきい値を、それぞれ7.7×103Ω、9.8×103Ωと定めることができる。ここで、被検ガスを測定した結果、240℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも大きければ、メタンおよび水素がそれぞれ4000ppmまたは1000ppmの濃度以上で存在しないと判定することができる。逆に、240℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも小さければ、メタンおよび水素がそれぞれ4000ppmまたは1000ppmの濃度以上で存在すると判定することができる。また、被検ガスを測定した結果、450℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも大きければ、メタンが4000ppmの濃度以上で存在しないと判定することができる。逆に、450℃における電気抵抗の値がこのしきい値よりも小さければ、メタン4000ppmの濃度以上で存在すると判定することができる。 Similarly, based on these data, the threshold values of the electrical resistance values at 240 ° C. and 450 ° C. can be determined as 7.7 × 10 3 Ω and 9.8 × 10 3 Ω, respectively. Here, as a result of measuring the test gas, if the value of electrical resistance at 240 ° C. is larger than this threshold value, it can be determined that methane and hydrogen are not present at concentrations of 4000 ppm or 1000 ppm, respectively. Conversely, if the value of electrical resistance at 240 ° C. is smaller than this threshold value, it can be determined that methane and hydrogen are present at a concentration of 4000 ppm or 1000 ppm or more, respectively. As a result of measuring the test gas, if the value of electrical resistance at 450 ° C. is larger than this threshold value, it can be determined that methane does not exist at a concentration of 4000 ppm or more. Conversely, if the value of electrical resistance at 450 ° C. is smaller than this threshold, it can be determined that the methane is present at a concentration of 4000 ppm or more.

これらをまとめたものを表1に示す。例えば、ケース1に示すように、高温、中温、低温のいずれの温度においても、電気抵抗の値がしきい値よりも大きいとき、被検ガスが還元性ガス、すなわちメタン、水素および一酸化炭素のいずれをも含まないと判定することができる。同様に、ケース2に示すように、低温の場合のみ電気抵抗の値がしきい値よりも小さいとき、被検ガスが一酸化炭素を含むと判定することができる。ケース3、ケース4についても、同様に、被検ガスがそれぞれ、水素またはメタンを含むと判定することができる。   These are summarized in Table 1. For example, as shown in case 1, when the electric resistance value is larger than the threshold value at any of high temperature, medium temperature, and low temperature, the test gas is a reducing gas, that is, methane, hydrogen, and carbon monoxide. It can be determined that none of these are included. Similarly, as shown in case 2, it can be determined that the test gas contains carbon monoxide when the value of the electrical resistance is smaller than the threshold value only at a low temperature. Similarly, in case 3 and case 4, it can be determined that the test gas contains hydrogen or methane, respectively.

Figure 0004585756
−:しきい値より大きい電気抵抗の値
+:しきい値より小さい電気抵抗の値
Figure 0004585756
−: Value of electrical resistance greater than threshold value +: Value of electrical resistance less than threshold value

以上のように、本発明によると、半導体式ガスセンサ、好ましくは低消費電力の半導体式ガスセンサを用いてガスを監視する際に、ガスに対する感度および選択性を向上させることができる。また、各々のガスについて、センサ抵抗が最小となる温度を選ぶことによって、温度変化に対してより安定なセンサ特性を得ることができる。   As described above, according to the present invention, when a gas is monitored using a semiconductor gas sensor, preferably a semiconductor gas sensor with low power consumption, the sensitivity and selectivity for the gas can be improved. Further, by selecting the temperature at which the sensor resistance is minimum for each gas, it is possible to obtain more stable sensor characteristics against temperature changes.

本発明の実施例における抵抗体の温度の制御パターンを示す。The control pattern of the temperature of the resistor in the Example of this invention is shown. メタン4000ppm、水素1000ppmまたは一酸化炭素100ppmの存在下におけるセンサ温度と抵抗体の電気抵抗の値との関係を示す。The relationship between the sensor temperature in the presence of 4000 ppm of methane, 1000 ppm of hydrogen, or 100 ppm of carbon monoxide and the value of electrical resistance of the resistor is shown. 電池駆動型の半導体式ガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of a battery drive type semiconductor gas sensor. 従来のHigh−Low型の駆動方式における、半導体式ガスセンサによる測定開始後の時間とセンサ温度との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the time after the measurement start by a semiconductor type gas sensor, and sensor temperature in the conventional High-Low type drive system. 従来のHigh−Low型の駆動方式により種々のガスを測定した際の、半導体式ガスセンサによる測定開始後の時間とセンサの示す抵抗値との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the time after the measurement start by a semiconductor type gas sensor, and the resistance value which a sensor shows, when various gas is measured with the conventional High-Low type drive system.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 支持膜および熱絶縁膜
3 ヒーター
4 電気絶縁膜
5 接合層
6 抵抗体膜電極
7 抵抗体膜
8 選択燃焼層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Support film and thermal insulation film 3 Heater 4 Electrical insulation film 5 Bonding layer 6 Resistor film electrode 7 Resistor film 8 Selective combustion layer

Claims (6)

抵抗体を含む半導体式ガスセンサを用いて被検ガスを監視する方法であって、
前記抵抗体の温度を第一の温度に所定の時間保つステップと、
前記第一の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第一の測定ステップと、
前記抵抗体の温度を前記第一の温度から第二の温度に変化させ、該第二の温度に所定の時間保つステップと、
前記第二の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第二の測定ステップと、
前記抵抗体の温度を前記第二の温度から第三の温度に変化させ、該第三の温度に所定の時間保つステップと、
前記第三の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第三の測定ステップと、
前記第一、第二および第三の測定ステップにより得られた前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれているか判定するステップと
を含む方法であって、
前記第一の温度が前記第二の温度よりも高く、前記第二の温度が前記第三の温度よりも高い方法。
A method for monitoring a test gas using a semiconductor gas sensor including a resistor,
Maintaining the temperature of the resistor at a first temperature for a predetermined time;
A first measuring step for measuring a value of an electric resistance of the resistor in the test gas at the first temperature;
Changing the temperature of the resistor from the first temperature to a second temperature, and maintaining the temperature at the second temperature for a predetermined time;
A second measuring step for measuring a value of electric resistance of the resistor in the test gas at the second temperature;
Changing the temperature of the resistor from the second temperature to a third temperature and maintaining the temperature at the third temperature for a predetermined time;
A third measuring step for measuring a value of electric resistance of the resistor in the test gas at the third temperature;
Determining whether or not a gas to be detected is contained in the gas to be detected based on the values of the electrical resistance obtained in the first, second and third measuring steps ,
The method wherein the first temperature is higher than the second temperature and the second temperature is higher than the third temperature.
前記検出対象ガスが、メタン、水素および一酸化炭素からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the detection target gas is at least one selected from the group consisting of methane, hydrogen, and carbon monoxide. 前記検出対象ガスの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値が最も低くなる温度に、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つが設定されている請求項1または2に記載の方法。   The at least one of said 1st, 2nd, and 3rd temperature is set to the temperature from which the value of the electrical resistance of the said resistor in the presence of the predetermined density | concentration of the said detection target gas becomes the lowest. 2. The method according to 2. 前記第一、第二および第三の温度のそれぞれが、室温以上150℃未満、150℃以上350℃未満、350℃以上500℃以下のいずれかから選ばれる請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   Each of said 1st, 2nd and 3rd temperature is any one of the Claims 1-3 selected from room temperature or more and less than 150 degreeC, 150 degreeC or more and less than 350 degreeC, 350 degreeC or more and 500 degrees C or less. the method of. 前記検出対象ガスの1つの所定の濃度の存在下における前記抵抗体の電気抵抗の値が、その他の特定のガスの所定の濃度の存在下または空気中における前記抵抗体の電気抵抗の値に対して、有意な差を生じる温度に、前記第一、第二および第三の温度の少なくとも1つが設定されている請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The value of the electrical resistance of the resistor in the presence of one predetermined concentration of the detection target gas is relative to the value of the electrical resistance of the resistor in the presence of a predetermined concentration of another specific gas or in air. The method according to claim 1, wherein at least one of the first, second, and third temperatures is set to a temperature that causes a significant difference. 前記抵抗体の温度を第四以上の温度に変化させ、該第四以上の温度に所定の時間保つステップと、
前記第四以上の温度において、前記被検ガス中における前記抵抗体の電気抵抗の値を測定する第四以上の測定ステップと
をさらに含み、前記判定ステップにおいて、前記第一、第二および第三の測定ステップならびに前記第四以上の測定ステップにより得られた前記電気抵抗の値に基づき、前記被検ガス中に検出対象ガスが含まれているか判定する請求項1〜のいずれかに記載の方法。
Changing the temperature of the resistor to a fourth or higher temperature and maintaining the fourth or higher temperature for a predetermined time; and
A fourth or more measuring step of measuring a value of electric resistance of the resistor in the test gas at the fourth or higher temperature, and in the determining step, the first, second and third The determination according to any one of claims 1 to 5 , wherein whether or not a detection target gas is contained in the gas to be detected is determined based on the value of the electrical resistance obtained by the measurement step and the fourth or more measurement steps. Method.
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