JP4798773B2 - 可燃性ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、可燃性ガスと触媒層の触媒反応による発熱を電気信号として出力するガス検出センサーを用いた可燃性ガス検出装置に関する。

燃料電池の普及に伴い、水素等の可燃性ガス用のセンサーとして、特許文献１に記載されているように基板に、可燃性ガスとの接触により発熱する触媒層と、発熱部と、触媒層での温度変化を検出する検出部とを形成したものが提案されている。
このセンサーは、発熱部により触媒層を可燃性ガスとの反応が可能な程度に加熱する必要があり、かつ発熱部と触媒層とが平面的に異なる位置に配置されているため、基板の姿勢により対流により触媒層に到達する熱量が変化し、測定誤差を生じるという問題がある。
すなわち、センサーを構成する基板を垂直にするとともに、上方となる部分を変化させると、基準ガス、例えば基準エアに対するセンサーの出力、及び水素１０００ｐｐｍの基準ガスに対するセンサーの出力が図５（イ）、(ロ)に示したように変化する。
特開2003-156461号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、センサーの姿勢差による測定誤差を可及的に低減することができる可燃性ガス検出装置を提供することである。

このような課題を達成するために本発明においては、電気絶縁性材料の基板の表面に直線状に熱電変換素子部と、前記熱電変換素子部の表面の一端側に偏した領域に可燃性ガスを酸化させるための酸化触媒層とを形成して可燃性ガスと接触して電気信号を発生する検出領域を形成するとともに、前記検出領域の両側に前記酸化触媒層により前記可燃性ガスを酸化させる温度に加熱するヒータを設けてなるセンサーと、前記基板に設けられてその姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記センサーの水平からの姿勢差による補正データを前記姿勢検出手段からの信号により読み出し、前記センサーからの検出信号を補正する信号処理手段と、を備える。

センサーのの姿勢に対応した信号により補正データを読み出してセンサーのガス濃度信号を補正することができ、姿勢差による誤差を防止することができる。

そこで以下に本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明に使用するセンサーの一実施例を示すものであって、センサー１０は、電気絶縁性材料の基板１１の表面に蒸着などにより直線状に熱電変換素子部１２を形成し、その表面の一端側に偏した領域に可燃性ガスを酸化させるための酸化触媒層１３を形成して検出部が構成されている。
検出部の両側には検出部の酸化触媒層１３により被検出ガスを酸化反応させるのに適した温度に加熱するためのヒータ１４、１４が設けられている。

熱電変換部１２の両端は、リード部を介して信号端子１５、１５’に、またヒータ１４、１４は導電パターンにより直列に接続された上でリード部を介して給電端子１６、１６’に接続されている。

このように構成されたセンサー１０は、給電端子１６に通電してヒータ１４、１４を所定の温度に加熱すると、ヒータ１４のジュール熱により酸化触媒層１３がその表面で可燃性ガスと酸化反応するのに適した温度に加熱される。

この状態で、水素などの可燃性ガスが酸化触媒層１３に接触した場合には可燃性ガスが酸化触媒層１３の表面で接触燃焼し、熱電変換部１２の一端部、つまり酸化触媒層１３の領域の温度が上昇して他端部、つまり信号端子１５’の領域との間に温度差が生じる。この温度差は、可燃性ガスの濃度に比例し、かつ起電力は温度差に比例するから信号端子１５、１５’から後述する信号処理部に出力させることにより可燃性ガスの濃度を知ることができる。

なお、上述の実施例においては、水素を検出する場合について説明したが、触媒の種類を選択することにより、炭化水素など他の可燃性ガスを同様に検出することができる。

図２は、上述のセンサーを使用した可燃性ガス検出器の一実施例を示すものであって、センサー１０と同一平面をなす基板１１には姿勢検出装置２０が設けられている。

姿勢検出装置２０は、中心部に転動体２１を移動可能に保持する凹部２２と、この凹部２２から所定の距離をおいて放射方向に一定の位置に転動体２１を検出する検出部２５〜２８を配置し、上面をカバー２４により転動体２１を移動可能に封止して構成されている。
これらの検出部２５〜２８のそれぞれには図４に示したように基準抵抗Ｒ１〜Ｒ４が接続されていて、いずれかの検出部２５〜２８に転動体２１が接触したとき、検出部２５〜２８により選択された基準抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値により位置、つまり姿勢を検出することができる。

センサー１０からの出力と姿勢検出装置からの出力は、信号処理手段３０に出力し、姿勢差を補正されて濃度信号として表示器に出力される。

信号処理手段３０は、センサー１０の姿勢と、各姿勢によるセンサー出力の変動率との関係を予め調査して、センサー１０の姿勢データにより変動率を読み出し可能に辞書形式で格納した補正率読み出し手段により構成されている。

この実施例において、基板１１が水平となるようにセンサー１０を配置した場合には転動体２１は凹部で静止する。またこの状態ではヒータ１４、１４に加熱された気体は熱電変換部１２に接触することなく上昇し、熱電変換部１２は均一に加熱される。

この状態では信号処理手段３０は、転動体２１が凹部２２に位置してセンサー１０が水平状態であることを検出し、姿勢差を補正することなく、測定信号を出力する。

一方、基板１１が水平から傾くと転動体２１がこの姿勢に対応した位置に移動する。信号処理手段３０は、姿勢検出装置２０からの信号によりセンサー１０の姿勢に応じた補正率を読み出し、センサー１０からの信号を補正して測定信号を出力する。

上述の実施例においては、転動体２１によりセンサー１０の姿勢を検出しているが、ジャイロなどその他の姿勢検出装置を使用しても同様の作用を奏することは明らかである。

本発明に使用するセンサーの一実施例を示す平面図である。 本発明の可燃性ガス検出装置の一実施例を示すブロック図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ姿勢検出手段の一実施例を示す断面図と上面図である。 姿勢検出手段から姿勢信号を取り出すための回路を示す図である。 図(イ)、（ロ）は、センサーの姿勢による基準エア、及び基準の濃度のガスに対する出力の変動を示す線図である。

符号の説明

１０ センサー １１ 基板１ １２ 熱電変換素子部 １３ 酸化触媒層 １４ ヒータ １５、１５’ 信号端子 １６、１６’ 給電端子 ２０ 姿勢検出装置 ２１ 転動体 ２２ 凹部 ２５〜２８ 検出部 ２４ カバー２４ Ｒ１〜Ｒ４ 基準抵抗 ３０ 信号処理手段

Claims (1)

1. 電気絶縁性材料の基板の表面に直線状に熱電変換素子部と、前記熱電変換素子部の表面の一端側に偏した領域に可燃性ガスを酸化させるための酸化触媒層とを形成して可燃性ガスと接触して電気信号を発生する検出領域を形成するとともに、前記検出領域の両側に前記酸化触媒層により前記可燃性ガスを酸化させる温度に加熱するヒータを設けてなるセンサーと、
   前記基板に設けられてその姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記センサーの水平からの姿勢差による補正データを前記姿勢検出手段からの信号により読み出し、前記センサーからの検出信号を補正する信号処理手段と、
   を備えた可燃性ガス検出装置。

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