JP5926519B2 - ガス検知装置 - Google Patents
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
ところが、これらのヒータ駆動方式は、(1)薄膜ガスセンサのヒータの温度をHigh−Offに所定の周期(例えば60秒周期)で繰り返す、または、(2)薄膜ガスセンサのヒータの温度をHigh−Low−Offに所定の周期(例えば150秒周期)で繰り返す、というように低消費電力化を実現するためにヒータの駆動を間欠運転する必要がある。
具体的には、想定以上の高濃度の干渉ガスにさらされることにより、活性炭吸着層での干渉ガスの吸着量が飽和し、干渉ガスが活性炭吸着層を透過してフィルタパッケージ内に徐々に侵入し、空気中におけるガス検知層の電気抵抗値の低下を引き起こし、ひいては、ガス漏れしていないにも関わらず誤検出を誘発する可能性がある。このような状況では、ガス検知装置の機能を損なうこととなり、保安機器として信頼性が低下するという技術的課題がある。
前記ヒータ層へ所定の周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させる通電駆動手段と、
前記ヒータ層への通電時の前記ガス検知層の前記電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検出手段と、
収容される前記センサ素子を検出対象外ガスから保護するフィルタパッケージと、
を備え、前記検出対象ガスの検出を行うガス検知装置において、
前記ヒータ層への通電時の前記ガス検知層の前記電気的特性に基づいて、前記フィルタパッケージ内の前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定するガス種判定手段を備え、
前記ガス検出手段は通電時の前記電気的特性が第1閾値を下回ったことを検出したらガス漏れ警報を出力し、
前記ガス種判定手段は、前記検出対象外ガスと判定した場合に、通電時の前記電気的特性が、前記第1閾値より大きな第2閾値を下回ったら前記フィルタパッケージの劣化と判断し、警報を出力するガス検知装置を提供する。
図2に例示されるように、本実施の形態のガス検知装置100は、センサ素子10がフィルタパッケージ110に収容された構成となっている。
そして、フィルタパッケージ110に侵入する大気ガスGから、検知対象ガス(本実施の形態の場合には、メタンガス)以外の干渉ガスをフィルタ130にて吸着除去することでセンサ素子10における誤検出等を防止する構造となっている。
図2では、センサ制御部20をフィルタパッケージ110の外部に配置した例が示されているが、フィルタパッケージ110の内部にセンサ素子10と一体に配置してもよい。
両面に熱酸化膜が付いたシリコンウェハ1上に、ダイヤフラム構造の支持層/熱絶縁層2として、熱酸化膜2a(SiO2)の上に、CVD−Si3N4膜2b(Si3N4)と、CVD−SiO2膜2c(SiO2)を順次プラズマCVD法にて形成する。
これらの成膜は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法によって行う。成膜条件は、TaあるいはTiからなる接合層5、PtあるいはAuからなる感知層電極6とも同じで、Arガス圧力:1Pa、基板温度:300℃、RFパワー:2W/cm2、膜厚は接合層5の膜厚:500Å、感知層電極6の膜厚:2000Åである。
本実施の形態では、一例として、ガス感知層8を、SbをドープしたSnO2の感知層7と、Al2O3にPdを触媒として担持した焼結材で構成された選択燃焼層9で構成する。
このような、薄膜ガスセンサ(センサ素子10)のヒータ層3およびセンサ層(感知層7)へ、所定の周期(ここでは30秒(s))に一回パルス状(ここでは200ms)に通電し、センサ層が高温となる通電時の各雰囲気ガス中でのセンサの電気抵抗値の変化を図3に示す。
図3において、Raは大気ガスの抵抗変化、Rbはエタノール(1000ppm)の抵抗変化、RcはIPA(1000ppm)の抵抗変化、Rdはメタンガス(2000ppm)の抵抗変化、Reはメタンガス(4000ppm)の抵抗変化、である。
また、通電開始から20〜60ms程度に出現する極小値を検出しても良い。例えば、20ms、40ms、60ms時の電気抵抗値を比較し、40ms時の電気抵抗値が一番小さい値になっているなど、極小値が存在する場合は、メタンガス以外の干渉ガスが存在し、極小値を有さないときはメタンガスが存在すると判定することができる。
なお、この図4において、Rfはメタンガス(1000ppm)の抵抗変化であり、他は上述の図3と同様である。
(第1の制御例)
すなわち、本実施の形態では、フィルタパッケージ110の劣化を診断する方法としては、検知対象のメタンガスを検出して警報を発するための判断に用いられる所定の閾値R2(例えばメタン:2000ppm(中抵抗値:Rd))の他に、図4に例示されるように、より抵抗値の高い故障診断用の所定の値(例えばメタン:1000ppm(Rf))を設定し、前記ガス種判定手段によりメタン以外の干渉ガスであるにもかかわらず、センサ素子10の電気抵抗値Rが、故障診断用の所定の閾値R1(=Rf)以下である場合に、センサ素子10が、高濃度の干渉ガスにさらされていると判断し、フィルタパッケージ110が劣化したことを診断して、警報を発する。
まず、ガス種判定手段23において、例えば、上述のセンサ素子10に対する通電時間とセンサ素子10の電気抵抗値との軌跡がどのような軌跡を描くかを調べることにより、ガス種の判定をする(ステップ301)。
そして、干渉ガスが検出されない場合には、ガス検出手段22で、センサ素子10で検出された電気抵抗値Rと通常の閾値R2(=Rd)を用いて、R<R2が成立するか否かで検出対象のメタンガスの検出の有無を判定し(ステップ303)、検出された場合には、警報手段24を起動してメタンガスの検出(ガス漏れ)警報を発し(ステップ304)、ステップ301に戻る。
一方、ステップ302で干渉ガスが検出されたと判定された場合には、センサ素子10の電気抵抗値Rと、閾値R1(=Rf>Rd(図4))>閾値R2を用いて、R<R1が成立する場合に、すなわち、センサ素子10の電気抵抗値RがR1を下回った場合に(ステップ305)、フィルタパッケージ110(フィルタ130)が劣化したと判定し、警報手段24を用いて警報を出力し(ステップ306)、ステップ301に戻る。
(第2の制御例)
さらに高濃度の干渉ガスにさらされた場合でも(例えば図4)、ヒータ層3および感知層7へ通電する時間を延ばすことにより、さらに精度良く判定することが可能である。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
2 支持層/熱絶縁層
2a 熱酸化膜
2b CVD−Si3N4膜
2c CVD−SiO2膜
3 ヒータ層
4 SiO2絶縁層
5 接合層
6 感知層電極
7 感知層
8 ガス感知層
9 選択燃焼層
10 センサ素子
20 センサ制御部
21 通電駆動手段
22 ガス検出手段
23 ガス種判定手段
24 警報手段
25 電池
100 ガス検知装置
110 フィルタパッケージ
120 キャップ
130 フィルタ
131 ステンレスネット
132 ステンレスネット
133 活性炭吸着層
140 センサベース
150 ステム
151 ボンディングワイヤ
Claims (2)
- 検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層および該ガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子と、
前記ヒータ層へ所定の周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させる通電駆動手段と、
前記ヒータ層への通電時の前記ガス検知層の前記電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検出手段と、
収容される前記センサ素子を検出対象外ガスから保護するフィルタパッケージと、
を備え、前記検出対象ガスの検出を行うガス検知装置において、
前記ヒータ層への通電時の前記ガス検知層の前記電気的特性に基づいて、前記フィルタパッケージ内の前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定するガス種判定手段を備え、
前記ガス検出手段は通電時の前記電気的特性が第1閾値を下回ったことを検出したらガス漏れ警報を出力し、
前記ガス種判定手段は、前記検出対象外ガスと判定した場合に、通電時の前記電気的特性が、前記第1閾値より大きな第2閾値を下回ったら前記フィルタパッケージの劣化と判断し、警報を出力することを特徴とするガス検知装置。 - 請求項1に記載のガス検知装置において、
前記ガス検出手段は、前記ガス種判定手段により前記検出対象外ガスと判定した場合に、第1通電時間における前記電気的特性が前記第1閾値を下回ったことを検出したら通電時間を延長し、前記第1通電時間より長い第2通電時間での前記電気的特性が前記第1閾値を下回ったことを検出したらガス漏れ警報を出力し、
前記ガス種判定手段は、前記検出対象外ガスと判定した場合に、前記第2通電時間での前記電気的特性が、前記第1閾値を上回ったことを判別したら前記フィルタパッケージの劣化と判断し、警報を出力することを特徴とするガス検知装置。
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