JP6679859B2 - Gas detector - Google Patents

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Description

本発明は、低消費電力型のガス検知装置に関する。   The present invention relates to a low power consumption type gas detection device.

ガス検知装置は、一般的にガス漏れ警報器等の用途に用いられる。このガス検知装置に用いられるガスセンサは、ある特定ガス、例えば、CO,CH,C,CHOH等の還元性ガスに選択的に感応するデバイスであり、高感度、高選択性、高応答性、高信頼性、低消費電力が必要不可欠である。 Gas detectors are generally used for gas leak alarms and the like. The gas sensor used in this gas detection device is a device that is sensitive to a specific gas, for example, a reducing gas such as CO, CH 4 , C 3 H 8 , and CH 3 OH, and has high sensitivity and high selectivity. High responsiveness, high reliability, and low power consumption are essential.

ところで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガスの検知を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼ガスの検知を目的としたもの、または、これら両方の機能を併せ持ったもの等があるが、何れもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高くない。設置性の問題の一つは、100V交流電源を使用するため、ガス漏れ警報器の周囲に電源を必要とする点である。また、停電などの非常時には使用できないという問題があった。そこで、ガス漏れ警報器の普及率向上の観点から、設置性の改善、具体的には、ガス漏れ警報器を電池駆動としてコードレス化することが望まれている。   By the way, gas leak alarms widely used for home use include those for the purpose of detecting combustible gas for city gas and propane gas, those for the purpose of detecting incomplete combustion gas of combustion equipment, Alternatively, there is a device having both of these functions, but the diffusion rate is not so high due to problems of cost and installability. One of the installation problems is that a 100V AC power source is used, and therefore a power source is required around the gas leak alarm. In addition, there is a problem that it cannot be used in an emergency such as a power failure. Therefore, from the viewpoint of improving the diffusion rate of the gas leak alarm device, it is desired to improve the installability, and more specifically, to make the gas leak alarm device battery-less and cordless.

電池駆動を実現するためには低消費電力化が最も重要である。しかしながら、接触燃焼式や半導体式のガスセンサでCH、C等を検知する場合は、ガス感知部を400℃〜500℃の高温に加熱して検知する必要がある。低消費電力で高温に加熱するため、微細加工プロセスを用いてダイヤフラム構造等の高断熱・低熱容量構造としたガスセンサを、検知周期に合わせて加熱する間欠運転が行われる。 Low power consumption is the most important factor in realizing battery operation. However, when detecting the CH 4, C 3 H 8, etc. in the gas sensor of the catalytic combustion type, semiconductor type, it is necessary to detect by heating the gas sensing portion to a high temperature of 400 ° C. to 500 ° C.. In order to heat to a high temperature with low power consumption, an intermittent operation is performed in which a gas sensor having a highly adiabatic / low heat capacity structure such as a diaphragm structure is heated according to a detection cycle by using a microfabrication process.

さて、このようなガスセンサに対し、ガス検出に影響を与える物質を除去するため温度を切り換える温度制御が行われる。このような温度制御が行われる装置に関連する先行技術としては、例えば、特許文献1(特許第4450773号公報)に記載のものが知られている。特許文献1の薄膜ガスセンサでは、特に水蒸気ガスを除去するようにヒータ層を駆動する温度制御が行われる。   Now, for such a gas sensor, temperature control is performed to switch the temperature in order to remove a substance that affects gas detection. As a prior art related to an apparatus in which such temperature control is performed, for example, one described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 4450773) is known. In the thin-film gas sensor of Patent Document 1, temperature control is performed to drive the heater layer so as to remove water vapor gas.

また、このような温度制御が行われる装置に関連する他の先行技術としては、例えば、特許文献2(特開2012−172973号公報)に記載のものが知られている。特許文献2の可燃性ガス検出装置では、特に被毒ガスを除去するようにヒータ層を駆動する温度制御が行われる。   Further, as another prior art related to an apparatus in which such temperature control is performed, for example, one described in Patent Document 2 (JP 2012-172973 A) is known. In the flammable gas detection device of Patent Document 2, temperature control for driving the heater layer is performed so as to remove the poisoning gas.

特許第4450773号公報(段落[0044],[0059],[0060]、図1,図5,図6)Japanese Patent No. 4450773 (paragraphs [0044], [0059], [0060], FIGS. 1, 5 and 6) 特開2012−172973号公報(段落[0017]、図3,図4)Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-172973 (paragraph [0017], FIGS. 3 and 4)

環境中のガス成分として、塗料等に含まれる有機溶剤や、灯油等の燃料系のガスが含まれる。例えば、オクタンやテトラヒドロフラン等である。オクタンは、燃焼熱5501kJ/mol(48.3kJ/g)であり、また、テトラヒドロフランは、燃焼熱2530kJ/mol(35.1kJ/g)であり、燃焼熱が極めて高い。このような燃焼熱が過度に高いガス成分(以下、本明細書中で過燃焼性ガスという)が、ガス検知部に影響を与えることがあり、ガス検出に影響を与える物質であることが知見された。   Gas components in the environment include organic solvents contained in paints and the like, and fuel system gases such as kerosene. For example, octane and tetrahydrofuran. Octane has a combustion heat of 5501 kJ / mol (48.3 kJ / g), and tetrahydrofuran has a combustion heat of 2530 kJ / mol (35.1 kJ / g), which is extremely high. It has been found that such a gas component having an excessively high heat of combustion (hereinafter referred to as overcombustible gas in the present specification) may affect the gas detection unit and is a substance that affects gas detection. Was done.

この理由について説明する。薄膜ガスセンサは、特許文献1の図7にも示すようにガス選択燃焼層が設けられている。CH,C,CO等の検知対象ガスを通過・拡散させるため、このガス選択燃焼層は、一般的に多孔質体であるγ−Al等で形成されている。さらに、検知対象ガスではない妨害ガスを効率よく燃焼除去するため、貴金属触媒(例えばPtやPd)を担持することが多い。 The reason for this will be described. The thin film gas sensor is provided with a gas selective combustion layer as shown in FIG. 7 of Patent Document 1. This gas selective combustion layer is generally formed of γ-Al 2 O 3 or the like, which is a porous body, in order to allow detection target gases such as CH 4 , C 3 H 8 , and CO to pass through and diffuse. Further, in order to efficiently burn and remove the interfering gas that is not the detection target gas, a noble metal catalyst (for example, Pt or Pd) is often carried.

また、SnOであるガス感知層も多孔質体や柱状構造体を採用し、比表面積を増大させて検知感度を高めている。これらの構成を採用することで検知対象ガスとの接触面積を増加させ、検知感度を高めている。 Further, the gas sensing layer made of SnO 2 also employs a porous body or a columnar structure to increase the specific surface area and enhance the detection sensitivity. By adopting these configurations, the contact area with the gas to be detected is increased and the detection sensitivity is improved.

このような多孔質体や柱状構造体では、開口径が数nm〜数μmの細孔が多数存在する。この細孔では、次式で表される毛管凝縮により水、妨害ガスや検知対象ガスが吸着される傾向を有する。   In such a porous body or columnar structure, a large number of pores having an opening diameter of several nm to several μm exist. In the pores, water, interfering gas, and gas to be detected tend to be adsorbed by capillary condensation represented by the following formula.

Figure 0006679859
Figure 0006679859

さて、環境中に存在する過燃焼性ガスが、前述のような多孔質体のガス感知層やガス選択燃焼層の微細孔に毛管凝縮により多量に吸着することがある。この場合、ヒータON(通電)により400℃〜500℃の高温に加熱すると、微細孔に吸着していた過燃焼性ガスが燃焼し、高い燃焼熱により薄膜ガスセンサのガス感知層やガス選択燃焼層がガス検知温度以上に過昇温となり、熱劣化により正常な検知特性が得られなくなることが考えられる。   Now, a large amount of overcombustible gas existing in the environment may be adsorbed to the fine pores of the gas sensing layer or the gas selective combustion layer of the porous body as described above by capillary condensation. In this case, when the heater is turned on (energized) to heat it to a high temperature of 400 ° C. to 500 ° C., the overcombustible gas adsorbed in the fine pores burns, and the high combustion heat causes the gas sensing layer and the gas selective combustion layer of the thin film gas sensor. It is conceivable that the temperature rises above the gas detection temperature and that normal detection characteristics cannot be obtained due to thermal deterioration.

このような過燃焼性ガスが存在する環境下でも、薄膜ガスセンサのガス感知層やガス選択燃焼層の過昇温を防止したいという課題が知見された。この際、電池駆動を実現するため低消費電力で過昇温を防止する必要があったが、過昇温を防止する温度制御を行うという課題については着目されていなかった。   It has been found that there is a problem to prevent excessive temperature rise of the gas sensing layer and the gas selective combustion layer of the thin film gas sensor even in the environment where such overcombustible gas exists. At this time, it was necessary to prevent excessive temperature rise with low power consumption in order to realize battery driving, but no attention was paid to the problem of performing temperature control to prevent excessive temperature rise.

特許文献1には、水分除去とガス検知との両方を行いつつ低消費電力駆動を実現する先行技術が開示されているが、過昇温防止についてまで考慮したものではない。
また、特許文献2には、被毒ガスの除去とガス検知との両方を行いつつ低消費電力駆動を実現する先行技術が開示されているが、やはり過昇温防止についてまで考慮したものではない。
Patent Document 1 discloses a prior art that realizes low power consumption driving while performing both moisture removal and gas detection, but does not consider prevention of excessive temperature rise.
In addition, Patent Document 2 discloses a prior art that realizes low power consumption driving while performing both removal of poisoning gas and gas detection, but also does not consider prevention of excessive temperature rise.

そこで、本発明は上記した課題を解決しようとするものであり、その目的は、過昇温による影響を排除し、信頼性を高めるとともに高精度な検知を実現するガス検知装置を提供することにある。   Therefore, the present invention is intended to solve the above problems, and an object thereof is to provide a gas detection device that eliminates the influence of excessive temperature rise, enhances reliability, and realizes highly accurate detection. is there.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、多孔質体または柱状構造体により形成されて検知対象ガスを感知するガス感知層、多孔質体により形成されて妨害ガスを燃焼除去するガス選択燃焼層、および前記ガス感知層と前記ガス選択燃焼層とを加熱するヒータ層を有するガス検知部と、
前記ヒータ層を、前記検知対象ガスを検知する通常駆動パターンまたは前記ガス検知部の過昇温を防止する過昇温対策駆動パターンにより通電駆動するヒータ層駆動部と、
前記ヒータ層の温度に基づいて前記ガス感知層または前記ガス選択燃焼層の過昇温を検知する過昇温検知部と、
前記過昇温検知部により過昇温が検出されたときに前記ヒータ層駆動部の駆動パターンを前記通常駆動パターンから前記過昇温対策駆動パターンに変更させる駆動切換部と、
を備え、
前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度を低くし、過燃焼性ガスを気化除去または燃焼除去するパターンであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a gas sensing layer formed of a porous body or a columnar structure for sensing a gas to be detected, and a gas formed of a porous body for burning and removing an interfering gas. selection combustion layer, and a gas detector having a heater layer for heating said gas selective combustion layer and the gas sensing layer,
A heater layer drive unit that energizes and drives the heater layer by a normal drive pattern for detecting the detection target gas or a drive pattern for preventing excessive temperature rise of the gas detection unit,
An overheating detection unit that detects an overheating of the gas sensing layer or the gas selective combustion layer based on the temperature of the heater layer,
A drive switching unit that changes the drive pattern of the heater layer drive unit from the normal drive pattern to the drive pattern against excessive temperature rise when the excessive temperature rise detection unit detects an excessive temperature rise;
Equipped with
The drive pattern against excessive temperature rise is a pattern in which the temperature of the gas detection unit is lowered to vaporize or combust and remove the overcombustible gas.

求項2に係る発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、前記過昇温対策駆動パターンは、前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする Motomeko according to a second aspect of the present invention, in the gas detection apparatus according to claim 1, wherein the overheat countermeasures driving pattern, the a temperature lower than the detected temperature of the detection target gas, and the over-combustible gases removed It is characterized in that the heater layer is energized for a predetermined overcombustible gas removal time at a given overcombustible gas removal temperature .

求項3に係る発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、前記過昇温対策駆動パターンは、前記ヒータ層の通電駆動を一時停止し、その後前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする Motomeko according to third invention, in the gas detection apparatus according to claim 1, wherein the overheat countermeasures driving pattern, pause the current driving of the heater layer, lower than the detected temperature of subsequent said detection target gas It is characterized in that the heater layer is energized for a predetermined overcombustible gas removal time at a temperature and at an overcombustible gas removal temperature at which the overcombustible gas is removed .

求項4に係る発明は、請求項2または3に記載のガス検知装置において、前記過昇温対策駆動パターンは、所定パルス幅のくり返しパルスにより前記過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする The invention according to Motomeko 4, in the gas detection apparatus according to claim 2 or 3, wherein the excessive temperature rise measures driving patterns, the heater layer over the overcombustion gas removal time by repeated pulses having a predetermined pulse width Is a pattern for energizing and driving .

求項5に係る発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、前記過昇温対策駆動パターンは、前記ヒータ層の通電駆動を停止するパターンであることを特徴とする Motomeko according to 5 the invention is the gas detector according to claim 1, wherein the overheat countermeasures drive pattern is characterized by a pattern for stopping the energization driving of the heater layer.

求項6に係る発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度前記検知対象ガスのガス検知温度に近づける電力で前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする Motomeko according to sixth invention, in the gas detection apparatus according to claim 1, wherein the overheat countermeasures driving pattern, the heater at a power closer to the temperature of the gas detector to the gas temperature detected by the detection target gas It is characterized in that it is a pattern in which the layers are electrically driven .

求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載のガス検知装置において、前記過昇温検知部は、前記ヒータ層の電気特性値を取得するヒータ層電気特性測定部と、 前記電気特性値に基づき前記ヒータ層温度を算出するヒータ層温度算出部とからなることを特徴とする The invention according to Motomeko 7, the gas detection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the overheat detecting section, a heater layer in measuring electric characteristics to obtain the electrical characteristic values of the heater layer and parts, and the heater layer temperature calculation unit for calculating a temperature of the heater layer on the basis of the electrical characteristic value, characterized in that it consists.

請求項8に係る発明は、多孔質体または柱状構造体により形成されて検知対象ガスを感知するガス感知層、および前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガス検知部と、
前記ヒータ層を、前記検知対象ガスを検知する通常駆動パターン前記検知対象ガスの検知温度より低い温度にて過燃焼性ガスを除去する過燃焼性ガス除去パターンと前記ガス検知部の過昇温を防止する過昇温対策駆動パターンとにより通電駆動するヒータ層駆動部と、
前記ヒータ層の温度に基づいて前記ガス感知層の過昇温を検知する過昇温検知部と、
前記過燃焼性ガス除去パターンによる通電駆動後に、前記通常駆動パターンにより通電駆動を行わせ、前記通常駆動パターンにおいて、前記過昇温検知部により過昇温が検知されたときに前記ヒータ層駆動部の駆動パターンを前記通常駆動パターンから前記過昇温対策駆動パターンに変更させる駆動切換部と、
を備え、
前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度を低くし、過燃焼性ガスを気化除去または燃焼除去するパターンであることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is a gas detection part having a gas sensing layer formed of a porous body or a columnar structure for sensing a gas to be sensed, and a heater layer for heating the gas sensing layer,
The heater layer has a normal drive pattern for detecting the detection target gas, an overcombustible gas removal pattern for removing the overcombustible gas at a temperature lower than the detection temperature of the detection target gas, and an excessive temperature rise of the gas detection unit. A heater layer drive section that is energized and driven by a drive pattern for preventing excessive temperature rise ,
An overheating detection unit that detects an overheating of the gas sensing layer based on the temperature of the heater layer,
The energization drive is performed by the normal drive pattern after the energization drive by the overcombustible gas removal pattern, and the heater layer drive unit is operated when the excessive temperature rise detection unit detects the excessive temperature rise in the normal drive pattern. A drive switching unit for changing the drive pattern of the normal drive pattern from the drive pattern against excessive temperature rise,
Equipped with
The excessive temperature rise measures driving pattern, the temperature of the gas sensing portion is lowered, and wherein the pattern der Rukoto to vaporize remove or burn off excessive combustible gases.

請求項9に係る発明は、請求項8に記載のガス検知装置において、前記過燃焼性ガス除去パターンは、前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the gas detection device according to claim 8, wherein the overcombustible gas removal pattern has a temperature lower than a detection temperature of the detection target gas, and the overcombustible gas is removed. The heater layer is energized for a predetermined overcombustible gas removal time at the overcombustible gas removal temperature .

請求項10に係る発明は、請求項8に記載のガス検知装置において、前記過燃焼性ガス除去パターンは、所定パルス幅のくり返しパルスにより所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the gas detection device according to the eighth aspect, the overburning gas removal pattern is energized to drive the heater layer for a predetermined overburning gas removal time by a repeating pulse having a predetermined pulse width. It is characterized in that it is a pattern.

請求項11に係る発明は、請求項または10に記載のガス検知装置において、前記過燃焼性ガス除去パターンは、ガス検知開始から所定の初期期間にわたって前記過燃焼性ガス除去時間を長くするパターンであることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the gas detection device according to claim 9 or 10 , wherein the overcombustible gas removal pattern is a pattern in which the overcombustible gas removal time is lengthened over a predetermined initial period from the start of gas detection. Is characterized in that.

本発明によれば、過昇温による影響を排除し、信頼性を高めるとともに高精度な検知を実現するガス検知装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a gas detection device that eliminates the influence of excessive temperature rise, enhances reliability, and realizes highly accurate detection.

本発明を実施するための第1,第2,第3,第4形態のガス検知装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the gas detection apparatus of the 1st, 2nd, 3rd, and 4th forms for implementing this invention. 本発明を実施するための第1,第2,第3,第4形態のガス検知装置のガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gas sensor of the gas detection apparatus of the 1st, 2nd, 3rd, and 4th forms for implementing this invention. 第1形態のヒータ層駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the heater layer drive pattern of a 1st form. 高温炉での外部加熱によるガスセンサのヒータ層抵抗変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the heater layer resistance change of a gas sensor by the external heating in a high temperature furnace. 過燃焼性ガス検知時のヒータ層の過昇温対策駆動パターンの説明図である。It is an explanatory view of a drive pattern against excessive temperature rise of the heater layer at the time of detecting overcombustible gas. 過燃焼性ガス(テトラヒドロフラン)曝露前後のヒータ層温度の時間変化を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the time change of the heater layer temperature before and behind exposure to an overcombustible gas (tetrahydrofuran). 過燃焼性ガス除去時のヒータ層温度の時間変化を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the time change of the heater layer temperature at the time of removal of overcombustible gas. 過燃焼性ガス除去後ヒータ層駆動時のヒータ層温度の時間変化を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the time change of the heater layer temperature at the time of driving a heater layer after removal of overcombustible gas. 第2形態のヒータ層駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the heater layer drive pattern of a 2nd form. 第3形態のヒータ層駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the heater layer drive pattern of 3rd form. 過燃焼性ガス(テトラヒドロフラン)曝露後であって過燃焼対策駆動前後のヒータ層温度の時間変化を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the time change of the heater layer temperature after the overburning gas (tetrahydrofuran) exposure and before and after the overburning countermeasure drive. 本発明を実施するための第5,第6形態のガス検知装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the gas detection apparatus of the 5th, 6th forms for implementing this invention. 本発明を実施するための第5,第6形態のガス検知装置のガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gas sensor of the gas detection apparatus of the 5th, 6th forms for implementing this invention. 第5形態のヒータ層の通常駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the normal drive pattern of the heater layer of 5th form. 第6形態のヒータ層の通常駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the normal drive pattern of the heater layer of 6th form. 第5,第6,第7,第8形態の改良形態のヒータ層の通常駆動パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the normal drive pattern of the heater layer of the improved form of 5th, 6th, 7th, and 8th form. 本発明を実施するための第10の形態のガス検出装置のガスセンサの説明図であり、図17(a)はガスセンサの平面図、図17(b)はガスセンサのA−A断面図、図17(c)はガスセンサのB−B断面図である。It is explanatory drawing of the gas sensor of the gas detection apparatus of 10th form for implementing this invention, FIG.17 (a) is a top view of a gas sensor, FIG.17 (b) is AA sectional drawing of a gas sensor, FIG. (C) is a BB sectional view of the gas sensor.

以下、本発明を実施するための第1形態のガス検知装置1について図を参照しつつ説明する。ガス検知装置1は、図1で示すように、ガスセンサ10と、駆動制御・信号処理部20と、を備えている。駆動制御・信号処理部20がガスセンサ10を駆動制御するとともに、ガスセンサ10からの検知信号を受信し、ガスの有無を検知する装置である。   Hereinafter, a gas detector 1 of a first embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the gas detection device 1 includes a gas sensor 10 and a drive control / signal processing unit 20. The drive control / signal processing unit 20 is a device that drives and controls the gas sensor 10 and receives a detection signal from the gas sensor 10 to detect the presence or absence of gas.

続いて、ガスセンサ10の詳細について説明する。
ガスセンサ10は、薄膜型半導体式のセンサであって、図2の断面図で示すように構成されるものであり、さらにシリコン基板(以下Si基板)11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス検知部15を備える。なお、図2は薄膜型半導体式のガスセンサの構成をあくまで概念的に見やすく示したもので、各部の大きさや厚さ等は厳密なものではない。
Next, details of the gas sensor 10 will be described.
The gas sensor 10 is a thin-film semiconductor type sensor configured as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, and further includes a silicon substrate (hereinafter referred to as Si substrate) 11, a heat insulating support layer 12, a heater layer 13, The electrical insulation layer 14 and the gas detection unit 15 are provided. It should be noted that FIG. 2 merely shows the configuration of the thin-film semiconductor gas sensor conceptually in an easy-to-see manner, and the size and thickness of each part are not strict.

続いて各部構成について説明する。
Si基板11はシリコン(Si)により形成され、ガス検知部15が直上に位置する箇所に貫通孔が形成される。
Subsequently, the configuration of each part will be described.
The Si substrate 11 is made of silicon (Si), and a through hole is formed at a position directly above the gas detection unit 15.

熱絶縁支持層12はこの貫通孔の開口部に張られてダイヤフラムに形成されており、Si基板11の上に設けられる。   The heat insulating support layer 12 is formed on the opening of the through hole to form a diaphragm, and is provided on the Si substrate 11.

熱絶縁支持層12は、詳しくは、Si基板11の上側に、熱酸化SiO層121、CVD−Si層122、CVD−SiO層123という三層構造を形成したものであり、ダイヤフラム構造となっている。 Specifically, the heat insulating support layer 12 is formed by forming a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 121, a CVD-Si 3 N 4 layer 122, and a CVD-SiO 2 layer 123 on the upper side of the Si substrate 11. It has a diaphragm structure.

熱酸化SiO層121は、熱絶縁層として形成され、ヒータ層13で発生する熱をSi基板11側へ熱伝導しないようにして熱容量を小さくする機能を有する。また、この熱酸化SiO層121は、プラズマエッチングに対して高い抵抗力を示し、後述するがプラズマエッチングによるSi基板11への貫通孔の形成を容易にする。 The thermally oxidized SiO 2 layer 121 is formed as a heat insulating layer and has a function of preventing heat generated in the heater layer 13 from being conducted to the Si substrate 11 side and reducing the heat capacity. The thermally oxidized SiO 2 layer 121 has a high resistance to plasma etching and facilitates formation of through holes in the Si substrate 11 by plasma etching, which will be described later.

CVD−Si層122は、熱酸化SiO層121の上側に形成される。
CVD−SiO層123は、ヒータ層13との密着性を向上させるとともに電気的絶縁を確保する。CVD(化学気相成長法)によるSiO層は内部応力が小さい。
The CVD-Si 3 N 4 layer 122 is formed on the upper side of the thermally oxidized SiO 2 layer 121.
The CVD-SiO 2 layer 123 improves the adhesion with the heater layer 13 and secures electrical insulation. The SiO 2 layer formed by CVD (chemical vapor deposition) has a small internal stress.

ヒータ層13は、薄膜状のPt−W膜やNi−Cr膜により形成されており、熱絶縁支持層12のほぼ中央の上面に設けられる。また、電力供給ラインも形成される。この電力供給ラインは、図1,図2で示すようにヒータ層駆動部22に接続される。ヒータ層駆動部22は、ヒータ層13をヒータ駆動する。また、このヒータ層13は本発明のヒータ層温度測定部の具体例であるヒータ層電気特性測定部23と電気的に接続されており、ヒータ層電気特性測定部23がヒータ層13の電気抵抗を測定する。   The heater layer 13 is formed of a thin-film Pt-W film or a Ni-Cr film, and is provided on the upper surface of the heat insulating support layer 12 substantially at the center. Also, a power supply line is formed. This power supply line is connected to the heater layer driving unit 22 as shown in FIGS. The heater layer driving unit 22 drives the heater layer 13 with a heater. Further, the heater layer 13 is electrically connected to a heater layer electric characteristic measuring section 23 which is a specific example of the heater layer temperature measuring section of the present invention, and the heater layer electric characteristic measuring section 23 has an electric resistance of the heater layer 13. To measure.

電気絶縁層14は、電気的に絶縁を確保するスパッタSiO層であり、熱絶縁支持層12およびヒータ層13を覆うように設けられる。電気絶縁層14は、ヒータ層13と感知層電極152との間に電気的な絶縁を確保する。また、電気絶縁層14は、後述するガス感知層153との密着性を向上させる。 The electrically insulating layer 14 is a sputtered SiO 2 layer that ensures electrical insulation, and is provided so as to cover the heat insulating support layer 12 and the heater layer 13. The electrical insulation layer 14 ensures electrical insulation between the heater layer 13 and the sensing layer electrode 152. In addition, the electrically insulating layer 14 improves the adhesion with the gas sensing layer 153 described later.

ガス検知部15は、この電気絶縁層14の上側に設けられており、一対の接合層151、一対の感知層電極152、ガス感知層153、ガス選択燃焼層154を備える。   The gas detection unit 15 is provided on the upper side of the electrical insulating layer 14, and includes a pair of bonding layers 151, a pair of sensing layer electrodes 152, a gas sensing layer 153, and a gas selective combustion layer 154.

接合層151は、例えば、Ta膜(タンタル膜)またはTi膜(チタン膜)であり、電気絶縁層14の上に左右一対に設けられる。この接合層151は、感知層電極152と電気絶縁層14との間に介在して接合強度を高めている。   The bonding layers 151 are, for example, a Ta film (tantalum film) or a Ti film (titanium film), and are provided on the electrical insulating layer 14 in a left-right pair. The bonding layer 151 is interposed between the sensing layer electrode 152 and the electric insulating layer 14 to enhance the bonding strength.

感知層電極152は、例えば、Pt膜(白金膜)またはAu膜(金膜)であり、ガス感知層153の感知用の電極となるように左右一対に設けられる。   The sensing layer electrodes 152 are, for example, a Pt film (platinum film) or an Au film (gold film), and are provided as a pair of left and right electrodes so as to serve as sensing electrodes of the gas sensing layer 153.

ガス感知層153は、Sbをドープした二酸化スズ層(以下、SnO層)であり、一対の感知層電極152を渡されるように電気絶縁層14の上に形成される。ガス感知層153は、本形態ではSnO層として説明したが、SnO以外にも、金属酸化物であるIn、WO、ZnO、または、TiOという金属酸化物を主成分とする薄膜の層としても良い。 The gas sensing layer 153 is an Sb-doped tin dioxide layer (hereinafter, SnO 2 layer), and is formed on the electrically insulating layer 14 so as to pass the pair of sensing layer electrodes 152. Although the gas sensing layer 153 is described as the SnO 2 layer in the present embodiment, in addition to SnO 2 , a metal oxide such as In 2 O 3 , WO 3 , ZnO, or TiO 2 is a main component. It may be a thin film layer.

ガス選択燃焼層154は、電気絶縁層14、接合層151、一対の感知層電極152、および、ガス感知層153の表面を覆うように設けられる。このガス選択燃焼層154は、酸化パラジウム(PdO)等の貴金属触媒を担持した焼結体であり、先に説明したように触媒担持Al焼結材である。 The gas selective combustion layer 154 is provided so as to cover the surfaces of the electrical insulating layer 14, the bonding layer 151, the pair of sensing layer electrodes 152, and the gas sensing layer 153. The gas selective combustion layer 154 is a sintered body supporting a noble metal catalyst such as palladium oxide (PdO), and is a catalyst-supporting Al 2 O 3 sintered material as described above.

Alは多孔質体であるため、孔を通過するガスが貴金属触媒に接触する機会を増加させる。そして、検知対象ガスよりも酸化活性の強い還元性ガス(妨害ガス)の燃焼反応を促進し、検知対象ガスの選択性が高まる。つまり、検知対象ガスに対して妨害ガスを酸化除去できる。 Since Al 2 O 3 is a porous body, it increases the chance that the gas passing through the pores will come into contact with the noble metal catalyst. Then, the burning reaction of the reducing gas (interfering gas) having a stronger oxidizing activity than the gas to be detected is promoted, and the selectivity of the gas to be detected is increased. That is, the interfering gas can be oxidized and removed from the gas to be detected.

なお、ガス選択燃焼層154は、このAl以外にも、Cr、Fe、Ni、ZrO、SiO、または、ゼオライトという金属酸化物を主成分としても良い。また、貴金属触媒として、酸化パラジウム(PdO)以外にも、白金(Pt)やパラジウム(Pd)を採用しても良い。 In addition to the Al 2 O 3 , the gas selective combustion layer 154 has Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ni 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , or a metal oxide called zeolite as a main component. Is also good. Further, as the noble metal catalyst, platinum (Pt) or palladium (Pd) may be adopted in addition to palladium oxide (PdO).

このようなガス検知部15(詳しくは感知層電極152を介してガス感知層153)はガス検知信号処理部24と電気的に接続されており、駆動制御・信号処理部20がガス感知層153のセンサ抵抗値を読み出す。   The gas detection unit 15 (specifically, the gas detection layer 153 via the detection layer electrode 152) is electrically connected to the gas detection signal processing unit 24, and the drive control / signal processing unit 20 is connected to the gas detection layer 153. Read the sensor resistance value of.

このようなガスセンサ10は、ダイヤフラム構造を採用して高断熱,低熱容量の構造としている。また、ガスセンサ10は、感知層電極152、ガス感知層153、ガス選択燃焼層154、ヒータ層13の各構成要素をMEMS(微小電気機械システム)等の技術により熱容量を小さくしている。これにより、ガス検知温度Tへの温度変化が速くなり、短パルスでガス検知が可能となる。したがって、低消費電力となる。 Such a gas sensor 10 adopts a diaphragm structure to have a structure of high heat insulation and low heat capacity. In the gas sensor 10, the heat capacity of each component of the sensing layer electrode 152, the gas sensing layer 153, the gas selective combustion layer 154, and the heater layer 13 is reduced by a technique such as MEMS (micro electro mechanical system). As a result, the temperature change to the gas detection temperature T 1 becomes faster, and it becomes possible to detect the gas with a short pulse. Therefore, the power consumption is low.

続いて、図2に断面構造を示した本形態のガスセンサ10、および、ガス検知装置1の製造方法について概略説明する。まず、板状のシリコンウェハー(図示せず)に対して熱酸化法によりその片面(または表裏両面)に熱酸化を施し、熱酸化SiO膜たる熱酸化SiO層121を形成する。 Next, a method for manufacturing the gas sensor 10 and the gas detection device 1 of the present embodiment whose sectional structure is shown in FIG. 2 will be schematically described. First, a plate-shaped silicon wafer (not shown) is thermally oxidized on one side (or both front and back sides) by a thermal oxidation method to form a thermally oxidized SiO 2 layer 121 which is a thermally oxidized SiO 2 film.

そして、熱酸化SiO層121を形成した上面に、支持膜となるCVD−Si膜をプラズマCVD法にて堆積させ、CVD−Si層122を形成する。そして、このCVD−Si層122の上面に、熱絶縁膜となるCVD−SiO膜をプラズマCVD法にて堆積させ、CVD−SiO層123を形成する。 Then, a CVD-Si 3 N 4 film serving as a support film is deposited on the upper surface on which the thermally-oxidized SiO 2 layer 121 is formed by a plasma CVD method to form a CVD-Si 3 N 4 layer 122. Then, on the upper surface of the CVD-Si 3 N 4 layer 122, a CVD-SiO 2 film serving as a heat insulating film is deposited by a plasma CVD method to form a CVD-SiO 2 layer 123.

さらに、CVD−SiO層123の上面に、Pt−W膜(またはNi−Cr膜)をスパッタリング法により蒸着させ、ヒータ層13を形成する。そして、このCVD−SiO層123とヒータ層13との上面に、スパッタSiO膜をスパッタリング法により蒸着させ、スパッタSiO層である電気絶縁層14を形成する。 Further, a Pt—W film (or Ni—Cr film) is vapor-deposited on the upper surface of the CVD-SiO 2 layer 123 by a sputtering method to form the heater layer 13. Then, a sputtered SiO 2 film is vapor-deposited on the upper surfaces of the CVD-SiO 2 layer 123 and the heater layer 13 by a sputtering method to form the electrical insulating layer 14 which is a sputtered SiO 2 layer.

この電気絶縁層14の上に、一対の接合層151、一対の感知層電極152を形成する。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用いて通常のスパッタリング法により行う。成膜条件は接合層(TaあるいはTi)151、感知層電極(PtあるいはAu)152ともに同じで、Arガス(アルゴンガス)圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/cm、膜厚は接合層151/感知層電極152=500Å/2000Åである。これら一対の感知層電極152は、ガス感知層153から電気信号を取り出す電極である。 A pair of bonding layers 151 and a pair of sensing layer electrodes 152 are formed on the electrical insulating layer 14. The film formation is performed by an ordinary sputtering method using an RF magnetron sputtering device. The film forming conditions are the same for the bonding layer (Ta or Ti) 151 and the sensing layer electrode (Pt or Au) 152. Ar gas (argon gas) pressure is 1 Pa, substrate temperature is 300 ° C., RF power is 2 W / cm 2 , and film thickness is The bonding layer 151 / the sensing layer electrode 152 = 500Å / 2000Å. The pair of sensing layer electrodes 152 are electrodes that extract an electric signal from the gas sensing layer 153.

一対の感知層電極152に渡されるとともに、電気絶縁層14の上に、SnO膜がスパッタリング法により蒸着され、ガス感知層153が形成される。この成膜は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法によって行う。ターゲットにはSbを0.1wt%含有するSnOを用いる。成膜条件はAr+Oガス圧力2Pa、基板温度150〜300℃、RFパワー2W/cm、膜厚400nmである。ガス感知層153は、平面視で一辺が50μm程度の角状に形成される。 While passing to the pair of sensing layer electrodes 152, a SnO 2 film is vapor-deposited on the electric insulating layer 14 by a sputtering method to form a gas sensing layer 153. This film formation is performed by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering device. SnO 2 containing 0.1 wt% of Sb is used as the target. The film forming conditions are Ar + O 2 gas pressure 2 Pa, substrate temperature 150 to 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 , and film thickness 400 nm. The gas sensing layer 153 is formed in a square shape with one side of about 50 μm in a plan view.

続いてガス選択燃焼層154を形成する。ガス選択燃焼層154は、PdOを7.0wt%添加したγ−アルミナ(平均粒径2〜3μm)にジエチレングリコールモノエチルエーテルを同重量、さらにシリカゾルバインダを5〜20wt%添加してペーストを生成する。そして、厚さ約30μmでスクリーン印刷により形成する。その後にこの膜を500℃で12時間焼成する。ガス選択燃焼層154は、ガス感知層153を十分覆い尽くすように、直径をガス感知層153の外周部よりも大きくする。もしくはガス感知層153の上面に、ガス選択燃焼層154を同一の大きさで積層するように形成しても良い。ガス選択燃焼層154は、平面視で直径200μm程度の円状に形成されるのが好ましい。   Subsequently, the gas selective combustion layer 154 is formed. The gas selective combustion layer 154 forms a paste by adding the same weight of diethylene glycol monoethyl ether to γ-alumina (average particle diameter 2 to 3 μm) containing 7.0 wt% of PdO and further adding 5 to 20 wt% of silica sol binder. . Then, it is formed by screen printing with a thickness of about 30 μm. Thereafter, the film is baked at 500 ° C. for 12 hours. The gas selective combustion layer 154 has a diameter larger than that of the outer peripheral portion of the gas sensing layer 153 so as to fully cover the gas sensing layer 153. Alternatively, the gas selective combustion layer 154 may be formed on the upper surface of the gas sensing layer 153 so as to have the same size. The gas selective combustion layer 154 is preferably formed in a circular shape having a diameter of about 200 μm in a plan view.

最後にシリコンウェハー(図示せず)の裏面からエッチングによりシリコンを除去する微細加工プロセスを行い、貫通孔を有するSi基板11を形成する。最終的にダイヤフラム構造のガスセンサ10になる。なお、このヒータ層13がヒータ層駆動部22やヒータ層電気特性測定部23に、および、感知層電極152がガス検知信号処理部24に、それぞれ電気的に接続される。ガスセンサ10の製造方法はこのようなものとなる。   Finally, a fine processing process of removing silicon from the back surface of a silicon wafer (not shown) by etching is performed to form a Si substrate 11 having through holes. Finally, the gas sensor 10 having a diaphragm structure is obtained. The heater layer 13 is electrically connected to the heater layer driving unit 22 and the heater layer electric characteristic measuring unit 23, and the sensing layer electrode 152 is electrically connected to the gas detection signal processing unit 24. The method of manufacturing the gas sensor 10 is as described above.

続いて、駆動制御・信号処理部20について説明する。駆動制御・信号処理部20は、図1で示すように、中央処理部21、ヒータ層駆動部22、ヒータ層電気特性測定部23、ガス検知信号処理部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28、電源部29を備えている。   Next, the drive control / signal processing unit 20 will be described. As shown in FIG. 1, the drive control / signal processing unit 20 includes a central processing unit 21, a heater layer driving unit 22, a heater layer electric characteristic measuring unit 23, a gas detection signal processing unit 24, a storage unit 25, and an alarm display unit 26. , An alarm sound output unit 27, an external output unit 28, and a power supply unit 29.

中央処理部21は、ヒータ層駆動部22、ヒータ層電気特性測定部23、ガス検知信号処理部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28と接続される。中央処理部21は、マイクロコンピュータ等のCPUおよびその周辺部によって構成されており、ヒータ層駆動手段211、都市ガス検知手段212、COガス検知手段213、ヒータ層温度算出手段214、過昇温検知手段215、駆動切換手段216、補正手段217、判定手段218、表示制御手段219、出力制御手段220の各機能をハードウェアならびにソフトウェアにより実現し、各種の制御や信号処理を行う。   The central processing unit 21 is connected to the heater layer driving unit 22, the heater layer electric characteristic measuring unit 23, the gas detection signal processing unit 24, the storage unit 25, the alarm display unit 26, the alarm sound output unit 27, and the external output unit 28. . The central processing unit 21 is composed of a CPU such as a microcomputer and its peripherals, and has a heater layer driving unit 211, a city gas detecting unit 212, a CO gas detecting unit 213, a heater layer temperature calculating unit 214, and an excessive temperature rise detection. Each function of the means 215, the drive switching means 216, the correction means 217, the determination means 218, the display control means 219, and the output control means 220 is realized by hardware and software, and various controls and signal processing are performed.

ヒータ層駆動部22は、電源部29から供給された電力を、ガスを精度よく検知するためのヒータ層駆動電力に変換し、ヒータ層13を通電により駆動する回路部である。ヒータ層駆動部22は、中央処理部21内のヒータ層駆動手段211により各種制御が行われる。   The heater layer drive unit 22 is a circuit unit that converts the electric power supplied from the power supply unit 29 into heater layer drive electric power for accurately detecting gas and drives the heater layer 13 by energization. The heater layer driving unit 22 is controlled by the heater layer driving unit 211 in the central processing unit 21.

例えば、ヒータ層駆動時には、図3で示すような通常駆動パターンにて駆動される。通常駆動パターンでは、ガス検知時間(ヒータオン時間)tを500ms、ガス検知周期tを60sというくり返しパルス状に通電する。これら駆動の詳細については後述する検知処理にて説明する。 For example, when the heater layer is driven, the heater layer is driven in the normal drive pattern as shown in FIG. In the normal drive pattern, the gas detection time (heater on time) t 1 is 500 ms and the gas detection period t d is 60 s, and the current is energized in a repeating pulse form. The details of these drives will be described in the detection process described later.

ヒータ層電気特性測定部23は、ヒータ層13の抵抗や電圧などの電気特性値を検出する手段からなり、検出信号を中央処理部21へ送信する。後述するが中央処理部21のヒータ層温度算出手段214は、ヒータ層13の電気特性値、主にヒータ層13の抵抗値に基づいて後述する手法によりガスセンサ温度とほぼ等しいヒータ層温度を計測する。このヒータ層温度の算出の際に記憶部25にアクセスし、後述する各種データを取得する。   The heater layer electric characteristic measuring unit 23 includes means for detecting electric characteristic values such as resistance and voltage of the heater layer 13, and sends a detection signal to the central processing unit 21. As will be described later, the heater layer temperature calculation means 214 of the central processing unit 21 measures the heater layer temperature substantially equal to the gas sensor temperature by a method described later based on the electrical characteristic value of the heater layer 13, mainly the resistance value of the heater layer 13. . When calculating the heater layer temperature, the storage unit 25 is accessed to acquire various data described later.

ガス検知信号処理部24は、一対の感知層電極152を介してガス感知層153と接続されており、検知対象ガスを感知したガス感知層153のセンサ抵抗値を検知する。このセンサ抵抗値に基づいて中央処理部21内の都市ガス検知手段212およびCOガス検知手段213により、都市ガス及びCOガスを検知し、センサ出力として補正手段217へ送る。なお、都市ガス検知手段212およびCOガス検知手段213以外に、各種ガスを検知するような他の手段を採用できる。   The gas detection signal processing unit 24 is connected to the gas sensing layer 153 via the pair of sensing layer electrodes 152, and detects the sensor resistance value of the gas sensing layer 153 that senses the gas to be detected. Based on this sensor resistance value, the city gas detection means 212 and the CO gas detection means 213 in the central processing unit 21 detect the city gas and the CO gas and send them to the correction means 217 as sensor outputs. In addition to the city gas detecting means 212 and the CO gas detecting means 213, other means for detecting various gases can be adopted.

なお、ヒータ層電気特性測定部23、および、ガス検知信号処理部24からの出力はアナログ信号であるため、中央処理部21はこれらのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換部(図示せず)を備えている。   Since the outputs from the heater layer electrical characteristic measuring unit 23 and the gas detection signal processing unit 24 are analog signals, the central processing unit 21 converts the analog signals into digital signals by an A / D conversion unit (see FIG. (Not shown).

記憶部25は、中央処理部21に接続されて各種データの読み出しや書き込みがなされる。記憶部25は、各種の警報を発生するための閾値等の設定値や図示しない環境センサが取得する周囲温度・周囲湿度に応じた補正値等やガス検知装置1が警報を発した時の状態データ等の履歴データを記憶している。   The storage unit 25 is connected to the central processing unit 21 to read and write various data. The storage unit 25 stores set values such as threshold values for issuing various alarms, correction values according to ambient temperature and ambient humidity acquired by an environment sensor (not shown), and states when the gas detection device 1 issues an alarm. Stores historical data such as data.

中央処理部21では、非通電時のヒータ層温度算出手段214で取得した温度を周囲温度として、補正手段217が補正値を算出し、都市ガス検知手段212及びCOガス検知手段213のセンサ出力に対してこの補正値を用いて補正を行い、この補正されたセンサ出力を判定手段218へ送る。判定手段218は補正されたセンサ出力に基づいて検知対象ガスの有無を判定する。また、例えば、図示しない環境センサ(例えば、温度計、湿度計、気圧計など)からの出力に基づいて補正を行うようにしても良い。補正については適宜選択可能である。このような補正により周囲環境の影響を極力排除した精度の高いガス検知を行っている。   In the central processing unit 21, the correction unit 217 calculates a correction value by using the temperature acquired by the heater layer temperature calculation unit 214 in the non-energized state as the ambient temperature, and outputs it to the sensor outputs of the city gas detection unit 212 and the CO gas detection unit 213. On the other hand, the correction is performed using this correction value, and the corrected sensor output is sent to the determination means 218. The determination unit 218 determines the presence or absence of the detection target gas based on the corrected sensor output. Further, for example, the correction may be performed based on the output from an environment sensor (not shown) (eg, thermometer, hygrometer, barometer, etc.). The correction can be appropriately selected. With such a correction, highly accurate gas detection is performed with the influence of the surrounding environment eliminated as much as possible.

なお、補正しない方式を採用しても良い。この場合に、補正手段217をなくして、都市ガス検知手段212及びCOガス検知手段213のセンサ出力に対して判定手段218が判定を行うようにしても良い。   A method without correction may be adopted. In this case, the correction means 217 may be omitted and the determination means 218 may determine the sensor outputs of the city gas detection means 212 and the CO gas detection means 213.

中央処理部21の判定手段218は、ガスが検知されたと判定した場合に表示制御手段219を介して警報表示部26に警報表示させる制御を行い、また、出力制御手段220を介して警報音出力部27や外部出力部28に出力するように制御を行う。   When the determination unit 218 of the central processing unit 21 determines that gas has been detected, it performs control to display an alarm on the alarm display unit 26 via the display control unit 219, and also outputs an alarm sound via the output control unit 220. The control is performed so as to output to the unit 27 and the external output unit 28.

警報表示部26は、例えばLED、ランプ、LCDなどの表示部とそのドライバで構成されており、異常検知時等に警報を表示することが可能である。中央処理部21では、判定手段218の出力を受けた表示制御手段219が、都市ガス、または、COガスが検知されて異常が発生したとする検知内容を警報表示する制御を警報表示部26に対して行う。   The alarm display unit 26 includes, for example, a display unit such as an LED, a lamp, and an LCD, and a driver for the display unit, and can display an alarm when an abnormality is detected. In the central processing unit 21, the display control unit 219, which receives the output of the determination unit 218, causes the alarm display unit 26 to perform control to display an alarm indicating the detected content that the abnormality has occurred due to the detection of city gas or CO gas. To do.

警報音出力部27は、例えばスピーカとそのドライバで構成されており、警報音や音声としてスピーカ等により出力することが可能である。中央処理部21では、判定手段218の出力を受けた出力制御手段220が、都市ガス、または、COガスが検知されて異常が発生したとする検知内容を警報音出力する制御を警報音出力部27に対して行う。   The alarm sound output unit 27 is composed of, for example, a speaker and a driver thereof, and can output an alarm sound or a sound by a speaker or the like. In the central processing unit 21, the output control unit 220, which receives the output of the determination unit 218, outputs the alarm sound of the detection content indicating that the abnormality has occurred due to the detection of the city gas or CO gas by the alarm sound output unit. Perform on 27.

外部出力部28は、例えば接点部や通信部などであって、警報を外部へ出力することが可能である。中央処理部21では、判定手段218の出力を受けた出力制御手段220が、都市ガス、または、COガスが検知されて異常が発生したとする検知内容を電圧等や通信信号の出力信号として外部へ出力する制御を外部出力部28に対して行う。   The external output unit 28 is, for example, a contact unit or a communication unit, and can output an alarm to the outside. In the central processing unit 21, the output control unit 220 that receives the output of the determination unit 218 outputs the content of detection that city gas or CO gas is detected to be abnormal as an output signal of voltage or the like or a communication signal to the outside. The output to the external output unit 28 is controlled.

電源部29は、中央処理部21、ヒータ層駆動部22、ヒータ層電気特性測定部23、ガス検知信号処理部24、記憶部25、警報表示部26、警報音出力部27、外部出力部28に図示しない回路で接続されており、これらに対して電力を供給する。この電源部29は、内蔵される乾電池や充電池などの消耗電池を想定しているが、AC100V等の商用電源と定電圧部により構成しても良い。ガス検知装置1の全体構成はこのようなものである。   The power supply unit 29 includes a central processing unit 21, a heater layer driving unit 22, a heater layer electric characteristic measuring unit 23, a gas detection signal processing unit 24, a storage unit 25, an alarm display unit 26, an alarm sound output unit 27, and an external output unit 28. Are connected by a circuit (not shown), and power is supplied to these. The power supply unit 29 is assumed to be a consumable battery such as a built-in dry battery or a rechargeable battery, but may be composed of a commercial power supply such as AC100V and a constant voltage unit. The overall configuration of the gas detection device 1 is as described above.

続いて、ガス検知装置1によるガス検知動作について説明する。ガス検知装置1の全体の制御は、中央処理部21が司る。図2で示すように、細線で示された導線を通じてヒータ層駆動部22からの駆動信号がガスセンサ10のヒータ層13に入力されてヒータ層駆動を行う。   Next, the gas detection operation of the gas detection device 1 will be described. The central processing unit 21 controls the entire gas detection device 1. As shown in FIG. 2, the drive signal from the heater layer drive unit 22 is input to the heater layer 13 of the gas sensor 10 through the conductive wire indicated by the thin wire to drive the heater layer.

中央処理部21はガス感知層153やガス選択燃焼層154に過昇温が生じているか否かについて判断し、過昇温が生じていない場合は図3で示したような通常駆動パターンで駆動するが、過昇温が生じている場合には後述する過昇温対策駆動パターンで駆動する。この図3の通常駆動パターンは、ガス検知を一単位とし、この一単位をガス検知周期tで繰り返し出現させるパターンである。なお、後述する第2,第3,第4形態でも同様に過昇温対策駆動パターンを用いて駆動する。 The central processing unit 21 determines whether the gas sensing layer 153 or the gas selective combustion layer 154 is overheated. If the gas temperature is not overheated, the central processing unit 21 drives in the normal drive pattern as shown in FIG. However, when the excessive temperature rise occurs, the driving is performed according to the excessive temperature rise countermeasure drive pattern described later. The normal drive pattern of FIG. 3 is a pattern in which the gas detection is set as one unit and this one unit is repeatedly made to appear at the gas detection cycle t d . In the second, third, and fourth modes, which will be described later, the driving is similarly performed using the excessive temperature rise countermeasure drive pattern.

過昇温の有無の判断について説明する。まず、温度の検出原理について説明するため、温度とヒータ層抵抗との関係について説明する。図2で示した構造のガスセンサ10を高温炉に入れてガスセンサ10の周囲の温度を上げ、ヒータ層13のヒータ層抵抗値の変化を測定した。図4のヒータ層抵抗値の変化で示すように、0から約500℃の温度範囲においてヒータ層抵抗値は温度に対してほぼ線形に変化している。周囲温度が上がるにつれてヒータ層抵抗値も上がり、また、周囲温度が下がるにつれてヒータ層抵抗値も下がる。この傾向は複数(図4では8個)のサンプルから確認された。   The determination of the presence or absence of excessive temperature rise will be described. First, in order to explain the principle of temperature detection, the relationship between temperature and heater layer resistance will be described. The gas sensor 10 having the structure shown in FIG. 2 was placed in a high temperature furnace to raise the temperature around the gas sensor 10 and the change in the heater layer resistance value of the heater layer 13 was measured. As shown by the change in the heater layer resistance value in FIG. 4, the heater layer resistance value changes substantially linearly with temperature in the temperature range of 0 to about 500 ° C. The heater layer resistance value increases as the ambient temperature increases, and the heater layer resistance value decreases as the ambient temperature decreases. This tendency was confirmed from a plurality of (8 in FIG. 4) samples.

このような傾向から、ガス感知層153やガス選択燃焼層154が温度変化するにつれて周囲温度が変化することになり、従ってヒータ層抵抗値にも影響する、換言すればヒータ層抵抗値の変化でガス感知層153やガス選択燃焼層154の温度を検出できることが推察される。ヒータ層抵抗値を監視することにより、ガス感知層153やガス選択燃焼層154の温度の変化が把握可能である。   From such a tendency, the ambient temperature changes as the temperature of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 changes, and therefore, the heater layer resistance value is also affected, in other words, the heater layer resistance value changes. It is assumed that the temperatures of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 can be detected. By monitoring the heater layer resistance value, changes in the temperature of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 can be grasped.

続いて、ガス検知時の一連の動作について説明する。まず、過燃焼性ガスがない場合の通常駆動パターンについて説明する。この過燃焼性ガスとは、先に説明したが、過度に燃焼熱の高いガスであり、例えばオクタン(燃焼熱5501kJ/mol(48.3kJ/g))や、テトラヒドロフラン(燃焼熱2530kJ/mol(35.1kJ/g))などが該当する。   Next, a series of operations at the time of gas detection will be described. First, a normal drive pattern when there is no overcombustible gas will be described. As described above, the overcombustible gas is a gas having an excessively high heat of combustion, such as octane (heat of combustion 5501 kJ / mol (48.3 kJ / g)) or tetrahydrofuran (heat of combustion 2530 kJ / mol ( 35.1 kJ / g)) and the like are applicable.

この通常駆動パターンであるが、ヒータ層13により、例えば、図3で示すように、ガス検知(on)と通電停止(off)とのくり返しパルス駆動となる。このガス検知では、詳しくはガス検知温度T(例えば450℃)の高温になる電力でガス検知時間t(例えば500ms)にわたり通電されて、ヒータ層13が加熱され、ガス感知層153やガス選択燃焼層154が温度上昇する。このような通常駆動パターンでは、所定のガス検知周期t(例えば60s)で繰り返しパルスが出現する。 Although this normal drive pattern is used, the heater layer 13 performs repeated pulse drive of gas detection (on) and energization stop (off) as shown in FIG. 3, for example. In this gas detection, more specifically, the heater layer 13 is heated by energizing the heater layer 13 for a gas detection time t 1 (for example, 500 ms) with electric power having a high gas detection temperature T 1 (for example, 450 ° C.), and the gas detection layer 153 and the gas are detected. The temperature of the selective combustion layer 154 rises. In such a normal drive pattern, repetitive pulses appear at a predetermined gas detection period t d (for example, 60 s).

ここで高温時のガス選択燃焼層154は、CO、H等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させるが、CH、C等の可燃性ガスを通過させる。可燃性ガスはガス選択燃焼層154内で拡散して高温の状態のガス感知層153に到達してガス感知層153のSnOと反応し、SnOのセンサ抵抗値を変化させる。このセンサ抵抗値の変化を検知してガス機器などのガス漏れ時に発生する特に都市ガス(CH、C等の可燃性ガス)の有無を検知する。一対の感知層電極152によりガス感知層153のセンサ抵抗値がガス検知信号処理部24により測定される(High−Off方式)。 Here, the gas selective combustion layer 154 at high temperature burns a reducing gas such as CO and H 2 and other miscellaneous gases, but allows a flammable gas such as CH 4 and C 3 H 8 to pass through. Combustible gas reaches the gas sensing layer 153 of the high-temperature state by the diffusion in the gas selective combustion layer 154 reacts with the SnO 2 gas sensitive layer 153, changing the sensor resistance of the SnO 2. This change in sensor resistance is detected for detecting the presence or absence of the particular city gas generated during gas leakage, such as gas equipment (CH 4, combustible gas such as C 3 H 8). The sensor resistance value of the gas sensing layer 153 is measured by the gas sensing signal processing unit 24 by the pair of sensing layer electrodes 152 (High-Off method).

なお、ガス検知ではこのHigh−Off方式に変わる他の方式を採用しても良い。不完全燃焼(CO)を検知する場合、一旦、ヒータ層13の温度を50〜500msの一定期間にわたり高温(High400〜500℃)にし、ガス感知層153のクリーニングを行う。そして、低温(Low約100℃)に降温して不完全燃焼(CO)の検知を行う。これにより、CO感度およびガス選択性が高くなることが知られている(High−Low−Off方式)。   It should be noted that in gas detection, another method may be adopted instead of the High-Off method. When incomplete combustion (CO) is detected, the temperature of the heater layer 13 is once raised to a high temperature (High 400 to 500 ° C.) for a fixed period of 50 to 500 ms, and the gas sensing layer 153 is cleaned. Then, the temperature is lowered to a low temperature (Low about 100 ° C.) to detect incomplete combustion (CO). This is known to increase CO sensitivity and gas selectivity (High-Low-Off method).

また、High状態で、クリーニングのみならずCH、C等の可燃性ガス検知も行い、Low状態でのCO等の不完全燃焼ガスの検知と合わせ、ワンセンサで可燃性ガス・不完全燃焼ガスの両方を検知できるガスセンサとしても良い。 In addition, not only cleaning but also combustible gas detection such as CH 4 and C 3 H 8 in the High state, combined with detection of incomplete combustion gas such as CO in the Low state, combustible gas A gas sensor that can detect both combustion gas may be used.

続いて、通常駆動パターンによる可燃性ガスおよび/または不完全燃焼ガスのガス検知について説明する。
図1に示す中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、ヒータ層駆動部22を駆動してガス検知温度となるようにヒータ層13を加熱駆動する手段として機能しガス検知がなされる。
Next, the gas detection of the combustible gas and / or the incomplete combustion gas by the normal drive pattern will be described.
The heater layer driving unit 211 of the central processing unit 21 shown in FIG. 1 functions as a unit for driving the heater layer driving unit 22 to heat and drive the heater layer 13 to reach the gas detection temperature, and gas detection is performed.

図1に示すガス検知と同時に平行して中央処理部21のヒータ層温度算出手段214はヒータ層電気特性測定部23が検知する電気特性値からヒータ層温度を算出する手段として機能する。このようなヒータ層温度の算出はガス検知時間tの期間中では連続してくり返し行われているものとする。例えば5ms毎にヒータ層温度が出力されている。 In parallel with the gas detection shown in FIG. 1, the heater layer temperature calculating means 214 of the central processing unit 21 functions as a means for calculating the heater layer temperature from the electric characteristic value detected by the heater layer electric characteristic measuring section 23. It is assumed that such calculation of the heater layer temperature is continuously repeated during the gas detection time t 1 . For example, the heater layer temperature is output every 5 ms.

続いて電気特性値の具体例であるヒータ層抵抗値を用いるヒータ層温度の算出をどのように行うかについて説明する。
ヒータ層電気特性測定部23は、図2で示すように、細線で示された導線を通じてヒータ層13からヒータ層抵抗値を測定するようになされており、シャント抵抗を備える。このシャント抵抗は、あらかじめ抵抗値が把握されており、ヒータ層13と直列に接続されている。さらにヒータ層13の両端電圧とシャント抵抗の両端電圧が計測できるように回路構成されている。
Next, how to calculate the heater layer temperature using the heater layer resistance value, which is a specific example of the electrical characteristic value, will be described.
As shown in FIG. 2, the heater layer electrical characteristic measuring unit 23 is configured to measure the heater layer resistance value from the heater layer 13 through a conducting wire indicated by a thin line, and has a shunt resistance. The resistance value of the shunt resistor is known in advance and is connected in series with the heater layer 13. Further, the circuit is configured so that the voltage across the heater layer 13 and the voltage across the shunt resistor can be measured.

ガス検知中であり、ヒータ層13に所定電圧が印加されてガス検知温度Tとなっている。この状態で、ヒータ層13の両端電圧を測定すると同時に直列に配置したシャント抵抗の両端電圧値も測定する。これら両端電圧値が中央処理部21へ送られ、ヒータ層温度算出手段214にて演算処理される。 During the gas detection, a predetermined voltage is applied to the heater layer 13 to reach the gas detection temperature T 1 . In this state, the voltage across the heater layer 13 is measured, and at the same time, the voltage across the shunt resistor arranged in series is also measured. These voltage values at both ends are sent to the central processing unit 21 and are processed by the heater layer temperature calculation means 214.

ヒータ層温度算出手段214では、測定したシャント抵抗の両端電圧値と直列に配置した既知のシャント抵抗値とから電流を算出する。そして、この電流と、読取ったヒータ層13の両端電圧とからヒータ層抵抗値を算出する。そして、算出したヒータ層13のヒータ層抵抗値を用い、ヒータ層温度算出手段214は、以下の式からヒータ層13の温度Tを算出する。このように、ヒータ層温度の変化は、間接的に、ヒータ層抵抗の変化またはヒータ層電圧の変化、ヒータシャント電圧の変化またはヒータ電流の変化としてとらえることも可能である。   The heater layer temperature calculation means 214 calculates the current from the measured voltage value across the shunt resistance and the known shunt resistance value arranged in series. Then, the heater layer resistance value is calculated from this current and the read voltage across the heater layer 13. Then, using the calculated heater layer resistance value of the heater layer 13, the heater layer temperature calculation means 214 calculates the temperature T of the heater layer 13 from the following equation. In this way, the change in the heater layer temperature can be indirectly captured as the change in the heater layer resistance or the change in the heater layer voltage, the change in the heater shunt voltage, or the change in the heater current.

[数2]
R/R=αT+1
ここで、T:ヒータ層温度
R:温度Tでのヒータ層抵抗値
:基準温度でのヒータ層抵抗値(例えば基準温度0℃等)
α:ヒータ層の抵抗温度係数
[Equation 2]
R / R 0 = αT + 1
Here, T: heater layer temperature R: heater layer resistance value at temperature T R 0 : heater layer resistance value at reference temperature (for example, reference temperature 0 ° C., etc.)
α: Temperature coefficient of resistance of heater layer

ここに、基準温度でのヒータ層抵抗値Rの値は予め計測により求められている。またヒータ層の抵抗温度係数αの値は、センサ毎に決定される値である。なお、薄膜センサを作成するウェハーごとのバラつきは少ないので、1枚のウェハーから取れる薄膜センサでは同じ値を与えても良い。あるいは、1ロットで複数のウェハーを流す場合には、同じロットの薄膜センサに同じ値を与えてもよい。 Here, the value of the heater layer resistance value R 0 at the reference temperature is previously obtained by measurement. The value of the temperature coefficient of resistance α of the heater layer is a value determined for each sensor. It should be noted that since there is little variation between wafers on which thin film sensors are made, the same value may be given to thin film sensors that can be obtained from one wafer. Alternatively, when a plurality of wafers are flown in one lot, the same value may be given to the thin film sensors of the same lot.

これら基準温度でのヒータ層抵抗値Rやヒータ層13の抵抗温度係数αは記憶部25に記憶されており、また、ヒータ層温度Tでのヒータ層抵抗値Rはヒータ層電気特性測定部23を通じて取得されるので、上記数2によりヒータ層13の温度Tが算出される。このヒータ層13の温度がガス感知層153やガス選択燃焼層154の温度とみなされる。 The heater layer resistance value R 0 and the resistance temperature coefficient α of the heater layer 13 at the reference temperature are stored in the storage unit 25, and the heater layer resistance value R at the heater layer temperature T is the heater layer electric characteristic measurement unit. 23, the temperature T of the heater layer 13 is calculated by the above equation 2. The temperature of the heater layer 13 is regarded as the temperature of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154.

中央処理部21の過昇温検知手段215は、ヒータ層温度算出手段214で算出したヒータ層温度に基づいてガス感知層の過昇温の有無を検知する手段として機能する。ヒータ層温度が予め設定された上限温度Texを超える場合にガス感知層153の過昇温を検知する。例えば、450℃に加熱するため上限温度Texを455℃(+5℃)と設定した場合であってヒータ層温度(つまりセンサ温度)が450℃であった場合には、上限温度Texを超えていないので過昇温がないと判定する。 The excessive temperature rise detection unit 215 of the central processing unit 21 functions as a unit that detects the presence or absence of excessive temperature rise of the gas sensing layer based on the heater layer temperature calculated by the heater layer temperature calculation unit 214. When the heater layer temperature exceeds a preset upper limit temperature T ex , an excessive temperature rise of the gas sensing layer 153 is detected. For example, when the upper limit temperature T ex is set to 455 ° C. (+ 5 ° C.) for heating to 450 ° C. and the heater layer temperature (that is, the sensor temperature) is 450 ° C., the upper limit temperature T ex is exceeded. Therefore, it is determined that there is no excessive temperature rise.

中央処理部21の駆動切換手段216は、過昇温検知手段215での過昇温が生じていないという判断を受けて、切換を行わず、そのまま通常駆動パターンで駆動する。   The drive switching means 216 of the central processing unit 21 receives the determination that the excessive temperature rise detecting means 215 does not cause the excessive temperature rise, and does not perform the switching, but drives the normal drive pattern as it is.

中央処理部21の都市ガス検知手段212やCOガス検知手段213は、ガス検知信号処理部24を経由して高温時のガス感知層153のセンサ抵抗値から検知対象ガスの有無を検出する手段として機能する。過昇温が生じていないときのヒータ層13の通常駆動パターンは、図3に示されるように、くり返しパルス状であってヒータ層13の駆動がガス検知時間tの最後まで行われるパターンである。これはヒータ層13によりガス検知温度T(450℃)の高温にガス検知時間t(500ms)にわたり加熱されるガス検知がガス検知周期t(例えば60s)毎に繰り返し出現するパターンである。450℃の高温に加熱された状態でガス感知層153が検知対象ガスに接触し、ガス感知層153の変化するセンサ抵抗値を細線で示された導線を通じてガス検知信号処理部24が検知信号として出力することで検知対象ガスの有無を検知する。
過昇温がない場合はこのようにヒータ層13が駆動される。
The city gas detection means 212 and the CO gas detection means 213 of the central processing unit 21 are means for detecting the presence or absence of a detection target gas from the sensor resistance value of the gas sensing layer 153 at high temperature via the gas detection signal processing unit 24. Function. As shown in FIG. 3, the normal drive pattern of the heater layer 13 when the excessive temperature rise is not repeated pulsed, and the heater layer 13 is driven until the end of the gas detection time t 1. is there. This is a pattern in which the gas detection heated by the heater layer 13 to a high temperature of the gas detection temperature T 1 (450 ° C.) for the gas detection time t 1 (500 ms) repeatedly appears at every gas detection cycle t d (for example, 60 s). . The gas sensing layer 153 contacts the gas to be detected in the state of being heated to a high temperature of 450 ° C., and the changing sensor resistance value of the gas sensing layer 153 is detected by the gas detection signal processing unit 24 as a detection signal through a conducting wire indicated by a thin line. The presence or absence of the detection target gas is detected by outputting.
When there is no excessive temperature rise, the heater layer 13 is driven in this way.

続いて、過燃焼性ガスによる過昇温がある場合について説明する。まず、図1に示す中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、ヒータ層駆動部22を駆動してガス検知温度となるようにヒータ層13を加熱駆動する手段として機能する。最初は、通常駆動パターンと同様に、図3に示すように、ヒータ層13により例えばガス検知温度T(例えば450℃)の高温でヒータ層駆動時間(ガス検知時間)t(例えば500ms)にわたり加熱される。 Next, a case where there is an excessive temperature rise due to the overcombustible gas will be described. First, the heater layer driving unit 211 of the central processing unit 21 shown in FIG. 1 functions as a unit that drives the heater layer driving unit 22 to heat and drive the heater layer 13 so as to reach the gas detection temperature. Initially, as in the normal drive pattern, as shown in FIG. 3, the heater layer 13 drives the heater layer at a high temperature of, for example, the gas detection temperature T 1 (for example, 450 ° C.) (gas detection time) t 1 (for example, 500 ms). Is heated over.

そして、ガス検知と同時に平行して図1に示す中央処理部21のヒータ層温度算出手段214はヒータ層電気特性測定部23が検知する電気特性値から上記のようにヒータ層温度を算出する手段として機能する。このようなヒータ層温度の算出はガス検知時間tの間で連続してくり返し行われているものとする。例えば5ms毎にヒータ層温度が出力されている。 In parallel with the gas detection, the heater layer temperature calculating means 214 of the central processing unit 21 shown in FIG. 1 calculates the heater layer temperature from the electric characteristic value detected by the heater layer electric characteristic measuring section 23 as described above. Function as. It is assumed that such calculation of the heater layer temperature is continuously repeated during the gas detection time t 1 . For example, the heater layer temperature is output every 5 ms.

図1に示す中央処理部21の過昇温検知手段215は、ヒータ層温度算出手段214で算出したヒータ層温度に基づいてガス感知層153の過昇温の有無を検知する手段として機能する。ここで、図5に示すように、ヒータ層温度が予め設定された上限温度Texを超える場合にガス感知層153の過昇温を検知する。図5では、ヒータ層温度450℃となるように加熱するため上限温度を455℃(+5℃)と設定した場合であってヒータ層温度(つまりセンサ温度)が460℃であった場合には、上限温度Texを超えるため過昇温があると判定している。 The excessive temperature rise detection means 215 of the central processing unit 21 shown in FIG. 1 functions as means for detecting the presence or absence of excessive temperature rise of the gas sensing layer 153 based on the heater layer temperature calculated by the heater layer temperature calculation means 214. Here, as shown in FIG. 5, when the heater layer temperature exceeds a preset upper limit temperature T ex , overheating of the gas sensing layer 153 is detected. In FIG. 5, when the upper limit temperature is set to 455 ° C. (+ 5 ° C.) to heat the heater layer temperature to 450 ° C. and the heater layer temperature (that is, the sensor temperature) is 460 ° C., Since it exceeds the upper limit temperature T ex , it is determined that there is an excessive temperature rise.

中央処理部21の駆動切換手段216は、過昇温検知手段215での過昇温があるという判断を受けてヒータ層駆動部22の駆動パターンを通常駆動パターンから過昇温対策駆動パターンへ変更するように、ヒータ層駆動手段211での駆動を切り換える手段として機能する。この場合、ヒータ層温度が図5に示すような過昇温対策駆動パターンを含むように駆動される。これは図5で示す過昇温検知(ガス検知停止)の時点で行われることになる。   The drive switching unit 216 of the central processing unit 21 changes the drive pattern of the heater layer drive unit 22 from the normal drive pattern to the excessive temperature rise countermeasure drive pattern in response to the determination of the excessive temperature rise by the excessive temperature rise detection unit 215. Thus, the heater layer driving means 211 functions as a means for switching the driving. In this case, the heater layer temperature is driven so as to include an excessive temperature rise countermeasure drive pattern as shown in FIG. This is performed at the time of overheating detection (gas detection stop) shown in FIG.

本形態での過昇温対策駆動パターンは、過昇温したガス感知層153およびガス選択燃焼層154の温度を低くし、その後の過昇温の原因となる過燃焼性ガスを気化除去または燃焼除去するものである。つまり、中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、図5で示すように、ガス検知時間tの途中であっても、ガス検知をしばらく一時停止してヒータ層温度を下げ、その後にガス検知温度Tよりも低い温度であって過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度Tで、過燃焼性ガス除去時間tにわたりヒータ層13を加熱駆動するように、ヒータ層駆動部22を制御する手段として機能する。なお、一時停止を行わなくても良く、中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、ガス検知時間tの途中で直ちにガス検知温度Tよりも低い温度であって過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度Tで、過燃焼性ガス除去時間tにわたりヒータ層13を加熱駆動するように、ヒータ層駆動部22を制御する手段として機能するようにしても良い。 The drive pattern against excessive temperature rise in this embodiment lowers the temperature of the excessively heated gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154, and vaporizes or combusts the overcombustible gas that causes the subsequent excessive temperature rise. To remove. That is, as shown in FIG. 5, the heater layer driving means 211 of the central processing unit 21 suspends the gas detection for a while to lower the heater layer temperature even after the gas detection time t 1 , and then the gas is not detected. At a temperature lower than the detection temperature T 1 and at an overcombustible gas removal temperature T 0 at which the overcombustible gas is removed, the heater layer 13 is heated and driven for the overcombustible gas removal time t 0. It functions as a means for controlling the drive unit 22. It should be noted that the heater layer driving means 211 of the central processing unit 21 does not have to perform the temporary stop, and immediately after the gas detection time t 1 , the temperature is lower than the gas detection temperature T 1 and the overcombustible gas is removed. The heater layer driving unit 22 may be controlled to heat and drive the heater layer 13 at the overcombustible gas removal temperature T 0 for the overcombustible gas removal time t 0 .

ここにガス検知温度T、および、過燃焼性ガス除去温度Tとした場合に、T<Tの条件を満たす。このような過燃焼性ガス除去温度Tで、吸着した過燃焼性ガスを除去することが可能である。なお、過燃焼性ガスを除去できる温度であれば良いので、過燃焼性ガス除去温度Tは300℃に限定されるものではない。除去したい過燃焼性ガスの種類により温度を適宜決定すればよい。 When the gas detection temperature T 1 and the overcombustible gas removal temperature T 0 are set here, the condition of T 0 <T 1 is satisfied. It is possible to remove the adsorbed overcombustible gas at such an overcombustible gas removal temperature T 0 . Note that the temperature T 0 at which the overcombustible gas is removed is not limited to 300 ° C., as long as it is a temperature at which the overcombustible gas can be removed. The temperature may be appropriately determined according to the type of overcombustible gas to be removed.

この図5の過昇温対策駆動パターンの過燃焼性ガス除去では、ヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり加熱するが、この際に、ガス感知層153およびガス選択燃焼層154の過燃焼性ガスが比較的低温で加熱されることになり、過燃焼性ガスが低温で気化して拡散除去される。また、燃焼除去した場合でもセンサ劣化温度よりも低温のためセンサが劣化する問題は無い。
この場合、ガス検知装置1としては、過昇温検知が所定回数を超えたら外気が汚れている等のアラームを出すなどにより、周囲に報告する。
In the removal of the overcombustible gas in the drive pattern for overheating control in FIG. 5, the heater layer 13 has the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s). Although it is heated, at this time, the overcombustible gas of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 is heated at a relatively low temperature, and the overcombustible gas is vaporized at a low temperature and diffused and removed. Further, even when the fuel is removed by combustion, there is no problem that the sensor deteriorates because the temperature is lower than the sensor deterioration temperature.
In this case, the gas detection device 1 reports to the surroundings by, for example, issuing an alarm that the outside air is dirty when the excessive temperature rise detection exceeds the predetermined number.

このようにして過燃焼性ガスが除去された後に、図1に示す中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、通常駆動パターンで駆動することになり、再び図3で示すようなガス検知温度Tとなるようにヒータ層13を加熱駆動する手段として機能する。以下、先の説明と同様にヒータ層温度算出手段214、過昇温検知手段215、駆動切換手段216と機能させ、過昇温が解消されていない場合は、過昇温対策駆動パターンへ再度変更して過燃焼性ガス除去を再度行ってガス感知層153およびガス選択燃焼層154を劣化させることなくガス検知を行う。ガス検知はこのようにして行われる。 After the overcombustible gas is removed in this way, the heater layer drive means 211 of the central processing unit 21 shown in FIG. 1 is driven in the normal drive pattern, and again the gas detection temperature shown in FIG. It functions as a means for heating and driving the heater layer 13 so as to be T 1 . Hereinafter, similar to the above description, the heater layer temperature calculation means 214, the excessive temperature rise detection means 215, and the drive switching means 216 are caused to function, and if the excessive temperature rise is not eliminated, the driving pattern is changed again to the excessive temperature rise countermeasure drive pattern. Then, the overcombustible gas is removed again to detect the gas without deteriorating the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154. Gas detection is performed in this way.

続いて、このようなガス検知装置1の過燃焼性ガス除去能力の検証結果について説明する。過燃焼性ガスの一例であるテトラヒドロフランにガスセンサを曝露したときの挙動について検証する。まず、テトラヒドロフランに曝露する前のガスセンサ10のヒータ層温度の時間変化を検証する。続いてテトラヒドロフラン10ppm中に24時間を曝露した後のガスセンサ10のヒータ層温度の時間変化を検証する。この際、過燃焼性ガス曝露前と曝露後とのガスセンサで共に過燃焼性ガス除去を行わずにガス検知のためのヒータ層駆動のみを行い、ヒータ層温度の時間変化を検証する。図6は、このような条件におけるガスセンサ10のヒータ層温度の挙動を、過燃焼性ガス曝露前と曝露後とで比較して示している。   Subsequently, a verification result of the overcombustible gas removing ability of the gas detection device 1 will be described. The behavior of a gas sensor exposed to tetrahydrofuran, which is an example of an overflammable gas, will be verified. First, the time change of the heater layer temperature of the gas sensor 10 before exposure to tetrahydrofuran is verified. Then, the time change of the heater layer temperature of the gas sensor 10 after exposing to 10 ppm of tetrahydrofuran for 24 hours is verified. At this time, only the heater layer drive for gas detection is performed without removing the overcombustible gas with the gas sensors before and after the exposure to the overcombustible gas, and the time change of the heater layer temperature is verified. FIG. 6 shows the behavior of the heater layer temperature of the gas sensor 10 under such conditions by comparing before and after overexposure gas exposure.

過燃焼性ガス曝露前で過燃焼性ガスの吸着がない正常なガスセンサ10のヒータ層温度の時間変化は、図6の実線で示すように、設定した検知温度と同じ450℃に約200ms程度で達し、500msまで維持している。一方、過燃焼性ガス曝露後で過燃焼性ガスの吸着があるガスセンサ10のヒータ層温度の時間変化は、図6の一点鎖線で示すように、検知温度である450℃に200ms程度で達した後で更に昇温し、500ms時には、550℃まで到達している。これは、設定ヒータ層温度の450℃を超える温度であり、過燃焼性ガス曝露後のガスセンサ10では過昇温が生じている。   As shown by the solid line in FIG. 6, the time-dependent change in the heater layer temperature of the normal gas sensor 10 without the adsorption of the over-combustible gas before the over-combustible gas exposure is about 200 ms at the same 450 ° C. as the set detection temperature. Reached and maintained for up to 500 ms. On the other hand, the temporal change in the heater layer temperature of the gas sensor 10 in which the overcombustible gas is adsorbed after the exposure to the overcombustible gas reaches the detection temperature of 450 ° C. in about 200 ms, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. After that, the temperature was further raised and reached 550 ° C. at 500 ms. This is a temperature higher than the set heater layer temperature of 450 ° C., and the gas sensor 10 has been overheated after being exposed to the overcombustible gas.

このような過昇温を解決する本発明のガス検知装置1による改善例を説明する。過燃焼性ガス曝露により、過燃焼性ガスがガス感知層153やガス選択燃焼層154に付着した場合、図6の一点鎖線で示すように昇温するため、過昇温があると判定される。そこで、図5で示すような過昇温対策駆動パターンに切り換わり、過燃焼性ガス除去が開始される。   An example of improvement by the gas detection device 1 of the present invention that solves such an excessive temperature rise will be described. When the overcombustible gas adheres to the gas sensing layer 153 or the gas selective combustion layer 154 due to the overcombustible gas exposure, the temperature rises as shown by the one-dot chain line in FIG. . Therefore, the drive pattern is switched to the excessive temperature rise countermeasure drive pattern as shown in FIG. 5, and the removal of the overcombustible gas is started.

図7はテトラヒドロフラン10ppm中に24時間にわたり曝露されたガスセンサ10に対し、300℃に加熱して過燃焼性ガス除去を行う際のヒータ層温度の挙動であるが、特に300℃以上の過昇温は認められない。そして、図8はこの過燃焼性ガス除去後であって、450℃に加熱するガス検知中のヒータ層温度の挙動であるが、特に450℃以上の過昇温は認められない。これは、先に説明の図6の実線で示した過燃焼性ガス曝露前の正常なヒータ層温度の時間変化と同様の傾向である。本発明のガス検知装置1によれば、過昇温が生じた場合に直ちにガス感知層153およびガス選択燃焼層154の温度を低下させ、続いて過燃焼性ガス除去によりガス感知層153およびガス選択燃焼層154に吸着される過燃焼性ガスを除去し、その後にガス検知を行うというものであり、過昇温による影響の排除を実現している。   FIG. 7 shows the behavior of the heater layer temperature when the gas sensor 10 exposed to 10 ppm of tetrahydrofuran for 24 hours is heated to 300 ° C. to remove the overcombustible gas. It is not allowed. FIG. 8 shows the behavior of the heater layer temperature after the removal of the overcombustible gas and during the detection of the gas heated to 450 ° C., but no excessive temperature rise of 450 ° C. or higher is observed. This is the same tendency as the time change of the normal heater layer temperature before the exposure to overburning gas shown by the solid line in FIG. 6 described above. According to the gas detection device 1 of the present invention, the temperature of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 is immediately lowered when an excessive temperature rise occurs, and then the gas sensing layer 153 and the gas are removed by removing the overcombustible gas. The overcombustible gas adsorbed to the selective combustion layer 154 is removed, and then the gas detection is performed, thereby eliminating the influence of the excessive temperature rise.

続いて第2形態について説明する。先に図1〜図8を用いて説明した第1形態と比較すると、第2形態は、図1,図2で示したガス検知装置1の構成が同じであり、さらに過昇温がないときは先に図3を用いて説明した通常駆動パターンで検知を行う点も同じであるが、過昇温対策駆動パターンのみが相違している。第2形態の構成は、先に説明した第1形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、相違する過昇温対策駆動パターンのみ説明する。   Next, the second mode will be described. Compared with the first embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 8, the second embodiment has the same configuration of the gas detection device 1 shown in FIGS. 1 and 2, and when there is no excessive temperature rise. The same applies to the detection using the normal drive pattern described above with reference to FIG. 3, but only the drive pattern against excessive temperature rise is different. The configuration of the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment described above, the same reference numerals are given, redundant description will be omitted, and only different overheating countermeasure drive patterns will be described.

先に説明した第1形態の過昇温対策駆動パターンでは、図5で示すように、過昇温検知時に通電を止めてガス検知を停止し、ガス検知温度Tより低温の過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり連続して加熱している。しかしながら、第2形態の過昇温対策駆動パターンでは、図9に示すように、過燃焼性ガス除去時において、例えば過燃焼性ガス除去温度T(300℃)でパルス幅t(500ms)のパルスをn回(例えば6回)出現させるパルス駆動を採用している。このような形態としても本発明の趣旨を逸脱することなく、過燃焼性ガス除去が行われる。なお、過燃焼性ガス除去時間t、パルス幅tやパルス回数は実情に応じて適宜選択することができる。また、このパルスは同じパルスが連続するものでなくても良く、それぞれパルス幅が異なるパルスであったり、最初だけ温度が低いパルスであって順次温度が上昇するようなパルスであったりしてもよく、各種バリエーションを選択できる。このような形態としても良い。 In the above-described drive pattern for preventing excessive temperature rise of the first embodiment, as shown in FIG. 5, when the excessive temperature rise is detected, the energization is stopped to stop the gas detection, and the overflammable gas temperature lower than the gas detection temperature T 1 is reached. The heating is continuously performed at the removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s). However, in the excessive temperature rise countermeasure drive pattern of the second embodiment, as shown in FIG. 9, at the time of removing the overcombustible gas, for example, the pulse width t 3 (500 ms) at the overcombustible gas removal temperature T 0 (300 ° C.). The pulse drive that causes the pulse of n to appear n times (for example, 6 times) is adopted. Even in such a form, the overcombustible gas is removed without departing from the spirit of the present invention. The overcombustible gas removal time t 0 , the pulse width t 3 and the number of pulses can be appropriately selected according to the actual situation. Further, this pulse does not have to be the same pulse in succession, and may have different pulse widths, or may be a pulse whose temperature is initially low and the temperature increases sequentially. Well, you can choose various variations. Such a form may be adopted.

続いて第3形態について説明する。先に図1〜図8を用いて説明した第1形態と比較すると、第3形態は、図1,図2で示したガス検知装置1の構成が同じであり、さらに過昇温がないときは先に図3を用いて説明した通常駆動パターンで検知が行う点も同じであるが、過昇温対策駆動パターンのみが相違している。第3形態の構成は、先に説明した第1形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、過昇温対策駆動パターンのみ説明する。この過昇温対策駆動パターンは、図5で説明したガス検知停止のみを行うものであり、簡易に過燃焼性ガスの除去を行うパターンである。   Next, the third mode will be described. Compared to the first embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 8, the third embodiment has the same configuration of the gas detection device 1 shown in FIGS. 1 and 2, and when there is no excessive temperature rise. Is the same in that the detection is performed using the normal drive pattern described above with reference to FIG. 3, but only the drive pattern against excessive temperature rise is different. The configuration of the third embodiment is the same as the configuration of the first embodiment described above, the same reference numerals are given, redundant description will be omitted, and only the excessive temperature rise countermeasure drive pattern will be described. This drive pattern for preventing excessive temperature rise is for performing only the gas detection stop described in FIG. 5, and is a pattern for easily removing the overcombustible gas.

先に説明した第1形態の過昇温対策駆動パターンでは、図5で示すように、過昇温検知時に通電を止めてガス検知停止し、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり連続して加熱している。しかしながら、第3形態の過昇温対策駆動パターンでは、ガス検知時間tの途中であっても過昇温の検知後直ちにヒータ層駆動を停止し、そして、過燃焼性ガス除去は行わないでしばらく停止したままのパターンである。その後に図3に示すような通常の駆動パターンに復帰する。 In the above-described drive pattern against excessive temperature rise of the first embodiment, as shown in FIG. 5, when the excessive temperature rise is detected, the energization is stopped and the gas detection is stopped, and the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) The heating is continuously performed for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s). However, in the excessive heating countermeasure drive pattern of the third embodiment, the heater layer driving is stopped immediately after detecting the excessive heating even during the gas detection time t 1 , and the overburning gas is not removed. It is a pattern that has been stopped for a while. After that, the normal drive pattern as shown in FIG. 3 is restored.

この場合は、図1の中央処理部21の駆動切換手段216は、過昇温検知手段215での過昇温が生じているという判断を受けて、過昇温対策駆動パターンへ変更し、ヒータ層駆動を停止するようにヒータ層駆動手段211の駆動の切換を行う。このようにすることで、ヒータ層駆動停止により過燃焼が直ちに無くなって、ヒータ層13や過昇温が生じているガス感知層153およびガス選択燃焼層154が破壊されるような事態が回避される。そして、続くガス検知時に再度過昇温が起こった場合でも同様にヒータ層駆動を停止するというヒータ層駆動を行う。以下、過昇温がなくなるまで繰り返される。その後は、図3に示すような通常の駆動パターンが維持される。   In this case, the drive switching means 216 of the central processing unit 21 of FIG. 1 changes to the overheat-up countermeasure drive pattern in response to the judgment that the overheat-up detection means 215 causes the overheat-up, and the heater The driving of the heater layer driving means 211 is switched so as to stop the layer driving. By doing so, it is possible to avoid a situation in which over-combustion is immediately eliminated by stopping the driving of the heater layer, and the heater layer 13 and the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 that have overheated are destroyed. It Then, even if the excessive temperature rise again occurs during the subsequent gas detection, the heater layer driving is similarly stopped so that the heater layer driving is stopped. The process is repeated until the excessive temperature rise is eliminated. After that, the normal drive pattern as shown in FIG. 3 is maintained.

続いて第4形態について説明する。先に図1〜図8を用いて説明した第1形態と比較すると、第4形態は、図1,図2で示したガス検知装置1の構成が同じであり、さらに過昇温がないときは先に図3を用いて説明した通常駆動パターンで検知が行われる点も同じであるが、過昇温対策駆動パターンは相違している。第4形態の構成は、先に説明した第1形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、相違する過昇温対策駆動パターンのみ説明する。   Then, a 4th form is demonstrated. Compared with the first embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 8, the fourth embodiment has the same configuration of the gas detection device 1 shown in FIGS. 1 and 2, and when there is no excessive temperature rise. Is also the same as that the detection is performed with the normal drive pattern described above with reference to FIG. 3, but the drive pattern against excessive temperature rise is different. The configuration of the fourth mode is the same as the configuration of the first mode described above, the same reference numerals are given, redundant description will be omitted, and only different overheating countermeasure drive patterns will be described.

先に説明した第1形態の過昇温対策駆動パターンでは、図5で示すように、過昇温検知時に通電を止めてガス検知停止し、その後に過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり連続して加熱している。しかしながら、第4形態の過昇温対策駆動パターンでは、図10で示すように、ガス検知時間tの途中であっても過昇温の検知後直ちにヒータ層13へ供給する電力を少なくするヒータ層駆動を行ってヒータ層13の温度をセンサ劣化温度以下である通常のガス検知温度Tへ近づけるというものであり、この際に過燃焼性ガス除去が行われる。 In the above-described drive pattern for preventing excessive temperature rise of the first embodiment, as shown in FIG. 5, the energization is stopped at the time of detecting the excessive temperature rise to stop the gas detection, and then the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 (° C), the heating is continuously performed for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s). However, in the excessive temperature rise countermeasure drive pattern of the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, the heater that reduces the power supplied to the heater layer 13 immediately after the excessive temperature rise is detected even during the gas detection time t 1. Layer driving is performed to bring the temperature of the heater layer 13 close to a normal gas detection temperature T 1 that is equal to or lower than the sensor deterioration temperature. At this time, overcombustible gas removal is performed.

過昇温を検知した場合は、図1の中央処理部21の駆動切換手段216は、過昇温検知手段215での過昇温が生じているという判断を受けて、電力を少なくする過昇温対策駆動パターンへ変更し、電力を少なくするようなヒータ層駆動とするヒータ層駆動手段211の駆動の切換を行う。ガス検知時間t経過後にガス検知を実施する。 When the excessive temperature rise is detected, the drive switching unit 216 of the central processing unit 21 of FIG. 1 receives the determination that the excessive temperature rise is generated by the excessive temperature rise detection unit 215, and reduces the electric power. The drive pattern of the heater layer drive means 211 is changed to drive the heater layer so as to reduce the electric power by changing to the temperature countermeasure drive pattern. Gas detection is performed after the gas detection time t 1 has elapsed.

続くガス検知時に再度過昇温が起こった場合でも同様に電力を少なくするヒータ層駆動を行う。以下、過昇温がなくなるまで繰り返される。その後は、図3に示すような通常の駆動パターンが維持される。そして、所定回数を超えて過昇温対策駆動パターンを実行しても過昇温が検知される場合、アラームを出す。   Even if the temperature rises again during the subsequent gas detection, the heater layer is driven to reduce the power in the same manner. The process is repeated until the excessive temperature rise is eliminated. After that, the normal drive pattern as shown in FIG. 3 is maintained. If the excessive temperature rise is detected even after the excessive temperature rise countermeasure drive pattern is executed over the predetermined number of times, an alarm is issued.

図11に過昇温対策駆動の有無によるヒータ層温度の挙動の比較を示す。テトラヒドロフラン10ppm中に24時間センサチップが曝露された後、通電を開始する。過昇温判定温度を検知温度の+5℃とすると、時間tで455℃を超える。この場合にヒータ層への印加電力を下げないと図11の一点鎖線で示すように500℃を超えて過昇温が生ずるが、ヒータ層への印加電力を下げると、図11の実線で示すように温度を450℃程度に維持でき、これにより、過昇温を防止する。 FIG. 11 shows a comparison of the behavior of the heater layer temperature with and without driving against excessive temperature rise. After the sensor chip has been exposed to 10 ppm of tetrahydrofuran for 24 hours, energization is started. Assuming that the excessive temperature rise determination temperature is + 5 ° C. of the detection temperature, it exceeds 455 ° C. at time t A. In this case, if the power applied to the heater layer is not reduced, an excessive temperature rise occurs above 500 ° C. as indicated by the dashed line in FIG. 11, but if the power applied to the heater layer is reduced, it is indicated by the solid line in FIG. Thus, the temperature can be maintained at about 450 ° C., which prevents excessive temperature rise.

このようなヒータ層駆動停止により過燃焼の影響が低減され、ヒータ層13や過昇温が生じているガス感知層153およびガス選択燃焼層154が破壊されるような事態が回避される。また、電力を下げたときでも過燃焼性ガスが燃焼し、過燃焼性ガス除去も行われる。   By stopping the driving of the heater layer, the influence of over-combustion is reduced, and the situation in which the heater layer 13, the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 that have overheated are destroyed is avoided. Further, even when the electric power is reduced, the overcombustible gas burns, and the overcombustible gas is also removed.

続いて第5形態について図12,図13,図14を参照しつつ説明する。図12,図13の第5形態のガス検知装置2は、先に図1〜図8を用いて説明した第1形態のガス検知装置1の構成のうちヒータ層電気特性測定部23、ヒータ層温度算出手段214、過昇温検知手段215、駆動切換手段216を取り去り、ヒータ層駆動手段211を変更した点が相違する。以下、このヒータ層駆動手段211およびその駆動パターンについて説明し、他の構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。この第5形態は、先に説明した第1,第2,第3,第4形態で用いた過昇温対策駆動パターンに切り換えるのではなく駆動パターンに過燃焼対策駆動パターンを含むものとした(図14)。 Next, the fifth mode will be described with reference to FIGS. 12, 13, and 14. The gas detection device 2 of the fifth embodiment shown in FIGS. 12 and 13 includes the heater layer electric characteristic measuring unit 23 and the heater layer of the configuration of the gas detection device 1 of the first embodiment described above with reference to FIGS. The difference is that the temperature calculation means 214, the excessive temperature rise detection means 215, and the drive switching means 216 are removed and the heater layer drive means 211 is changed. Hereinafter, the heater layer driving means 211 and its driving pattern will be described, and the other components will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted. The fifth embodiment is first described above, the second, third, than switch overheated measures driving pattern used in the fourth embodiment was intended to include overcombustion measures driving pattern in the driving pattern without ( (Fig. 14).

図12に示す中央処理部21のヒータ層駆動手段211は、詳しくは、過燃焼性ガス除去駆動手段211aとガス検知駆動手段211bとして機能する。
まず、過燃焼性ガス除去駆動手段211aでは、図14で示すように、ガス検知温度T(後述)より低い温度であって過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度Tで、過燃焼性ガス除去時間tにわたりヒータ層13を加熱駆動するように、ヒータ層駆動部22を制御する。ヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり加熱する。
Specifically, the heater layer driving means 211 of the central processing unit 21 shown in FIG. 12 functions as an overcombustible gas removal driving means 211a and a gas detection driving means 211b.
First, in the overcombustible gas removal driving means 211a, as shown in FIG. 14, at the overcombustible gas removal temperature T 0 at which the overcombustible gas is removed at a temperature lower than the gas detection temperature T 1 (described later). The heater layer driving unit 22 is controlled so that the heater layer 13 is heated and driven for the overcombustible gas removal time t 0 . The heater layer 13 heats at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s).

この際に、ガス感知部15のガス感知層153およびガス選択燃焼層154の過燃焼性ガスが比較的低温で加熱されることになり、ガス感知層153およびガス選択燃焼層154の細孔内で毛管凝縮効果により付着する過燃焼性ガスは、急激に高温になることなく気化して拡散除去される。また、ガス選択燃焼層154の外側周囲における過燃焼性ガスも急激に高温になることなく気化して拡散除去される。ここで過燃焼性ガス除去温度Tは気化時にガス感知層153およびガス選択燃焼層154が劣化しないような温度となる。燃焼除去した場合でもセンサ劣化温度よりも低温のためセンサが劣化する問題は無い。 At this time, the overcombustible gas in the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 of the gas sensing unit 15 is heated at a relatively low temperature, and the inside of the pores of the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 are heated. Thus, the overcombustible gas that adheres due to the capillary condensation effect is vaporized and diffused and removed without rapidly increasing the temperature. Further, the overcombustible gas around the outside of the gas selective combustion layer 154 is also vaporized and diffused and removed without rapidly increasing the temperature. Here, the overcombustible gas removal temperature T 0 is a temperature at which the gas sensing layer 153 and the gas selective combustion layer 154 do not deteriorate during vaporization. Even when removed by combustion, there is no problem that the sensor deteriorates because the temperature is lower than the sensor deterioration temperature.

続いてガス検知駆動手段211bでは、過燃焼性ガスが除去された後にガス検知温度Tでヒータ層13を加熱駆動するように、ヒータ層駆動部22を制御する。ヒータ層13により例えばガス検知温度T(例えば450℃)の高温でガス検知時間t(例えば500ms)にわたり加熱される。 Subsequently, the gas detection driving unit 211b controls the heater layer drive unit 22 so that the heater layer 13 is driven to be heated at the gas detection temperature T 1 after the overcombustible gas is removed. The heater layer 13 heats at a high temperature, for example, the gas detection temperature T 1 (for example, 450 ° C.) for a gas detection time t 1 (for example, 500 ms).

ここで高温時のガス選択燃焼層154は、CO、H等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させるが、CH、C等の可燃性ガスを通過させる。可燃性ガスはガス選択燃焼層154内を拡散して高温の状態のガス感知層153に到達してガス感知層153のSnOと反応し、SnOのセンサ抵抗値を変化させる。このセンサ抵抗値の変化を検知してガス機器などのガス漏れ時に発生する特に都市ガス(CH、C等の可燃性ガス)の有無を検知する。一対の感知層電極152によりガス感知層153のセンサ抵抗値がガス検知信号処理部24により測定される(High−Off方式)。 Here, the gas selective combustion layer 154 at high temperature burns a reducing gas such as CO and H 2 and other miscellaneous gases, but allows a flammable gas such as CH 4 and C 3 H 8 to pass through. Combustible gas reaches the gas sensing layer 153 of the high-temperature conditions by diffusing the gas selective combustion layer 154 reacts with the SnO 2 gas sensitive layer 153, changing the sensor resistance of the SnO 2. This change in sensor resistance is detected for detecting the presence or absence of the particular city gas generated during gas leakage, such as gas equipment (CH 4, combustible gas such as C 3 H 8). The sensor resistance value of the gas sensing layer 153 is measured by the gas sensing signal processing unit 24 by the pair of sensing layer electrodes 152 (High-Off method).

なお、ガス検知ではHigh−Off方式に変わり、上記のようなHigh−Low−Off方式や、Low状態でのCO等の不完全燃焼ガスの検知と合わせ、ワンセンサで可燃性ガス・不完全燃焼ガスの両方を検知する方式を採用しても良い。そして、このような駆動パターンでは、過燃焼性ガス除去、および、ガス検知からなる一単位が、所定のガス検知周期t(例えば60s)で繰り返し出現する。このようなガス検知装置2も、過燃焼性ガス除去により吸着される過燃焼性ガスが除去され、過昇温の防止が実現されている。 In gas detection, instead of the High-Off method, the high-low-off method and the detection of incomplete combustion gas such as CO in a low state as described above are combined with one sensor to combustible gas / incomplete combustion gas. A method of detecting both of these may be adopted. Then, in such a drive pattern, one unit consisting of removal of overcombustible gas and gas detection repeatedly appears at a predetermined gas detection cycle t d (for example, 60 s). In such a gas detection device 2 as well, the overcombustible gas adsorbed by the removal of the overcombustible gas is removed, and the excessive temperature rise is prevented.

続いて第6形態について説明する。先に図12,図13,図14を用いて説明した第5形態と比較すると、第6形態は、図12,図13で示したガス検知装置2と構成が同じであるが、駆動パターンのみが相違する。第6形態の構成は、先に説明した第5形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、相違する駆動パターンのみ説明する。   Next, the sixth mode will be described. Compared to the fifth embodiment described above with reference to FIGS. 12, 13, and 14, the sixth embodiment has the same configuration as the gas detection device 2 illustrated in FIGS. 12 and 13, but only the drive pattern. Is different. The configuration of the sixth mode is the same as the configuration of the fifth mode described above, the same reference numerals are given, redundant description will be omitted, and only different drive patterns will be described.

先に説明した第5形態では、図14で示すように過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり連続して加熱している。しかしながら、第6形態では、図15に示すように過燃焼性ガス除去時において、例えば過燃焼性ガス除去温度T(300℃)でパルス幅t(500ms)のパルスを1周期でn回(図15では6回)行うパルス駆動を採用している。このような形態としても本発明の趣旨を逸脱することなく、過燃焼性ガス除去が行われる。なお、過燃焼性ガス除去時間t、パルス幅tやパルス回数は実情に応じて適宜選択することができる。また、このパルスは同じパルスでなくても良く、それぞれのパルス幅が異なるものであったり、最初だけ温度が低いパルスであって順次温度が上昇するようなパルスであったりしてもよく、各種バリエーションを選択できる。これにより、電力消費を少なくし、電池駆動を念頭においた低消費電力型のガス検知装置とすることができる。このような形態としても良い。 In the fifth embodiment described above, as shown in FIG. 14, heating is continuously performed at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s). However, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 15, when removing the overcombustible gas, for example, a pulse having a pulse width t 3 (500 ms) at the overcombustible gas removal temperature T 0 (300 ° C.) is n times in one cycle. Pulse drive is performed (6 times in FIG. 15). Even in such a form, the overcombustible gas is removed without departing from the spirit of the present invention. The overcombustible gas removal time t 0 , the pulse width t 3 and the number of pulses can be appropriately selected according to the actual situation. Further, this pulse does not have to be the same pulse, may have different pulse widths, or may be a pulse whose temperature is initially low and the temperature is gradually increased. You can select variations. As a result, it is possible to obtain a low power consumption type gas detection device which consumes less power and is driven by a battery. Such a form may be adopted.

続いて第7形態について説明する。先に図12,図13,図14,図15を用いて説明した第5,第6形態と比較すると、第7形態は、図12,図13,図14,図15で示したガス検知装置2と構成が同じであるが、ガス検知開始当初の駆動パターンのみが相違する。第7形態の構成は、先に説明した第5,第6形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、駆動パターンのみ説明する。この第7形態では、第5,第6形態において、さらに、過燃焼性ガス除去駆動手段211aでは、ガス検知開始から所定の初期期間にわたり過燃焼性ガス除去時間tを長くする点にある。この初期期間の経過後では通常の過燃焼性ガス除去時間tに戻す。 Then, a 7th form is demonstrated. Compared to the fifth and sixth embodiments described above with reference to FIGS. 12, 13, 14, and 15, the seventh embodiment is the gas detection device shown in FIGS. 12, 13, 14, and 15. Although the configuration is the same as that of No. 2, only the drive pattern at the beginning of gas detection is different. The configuration of the seventh mode is the same as the configuration of the fifth and sixth modes described above, the same reference numerals are given, the duplicate description will be omitted, and only the drive pattern will be described. The seventh mode is different from the fifth and sixth modes in that the overcombustible gas removal driving means 211a extends the overcombustible gas removal time t 0 over a predetermined initial period from the start of gas detection. After the lapse of this initial period, the normal over-combustible gas removal time t 0 is restored.

長期保管等で無通電期間が長く、過燃焼性ガスの吸着量が多いと考えられる場合は、通電開始直後の初期期間では、過燃焼性ガス除去時間tを長くすることで、過燃焼性ガスを確実に除去する。これは第5,第6形態で適用可能である。例えば通常では、ヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり加熱するが、ガス検知開始から所定の初期期間のうちは、ヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば10s)にわたり加熱するというものである。これにより過燃焼性ガスの除去能力を高めることができる。このような駆動パターンを採用することができる。 When it is considered that the non-energization period is long and the amount of adsorption of the over-combustible gas is large due to long-term storage, etc., the over-combustibility gas removal time t 0 is increased in the initial period immediately after the start of energization. Make sure to remove the gas. This is applicable in the fifth and sixth forms. For example, normally, the heater layer 13 heats at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s), but within a predetermined initial period from the start of gas detection. Is that the heater layer 13 heats at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 10 s). This can enhance the ability to remove the overcombustible gas. Such a drive pattern can be adopted.

続いて第8形態について説明する。先に図12,図13,図14,図15を用いて説明した第5,第6,第7形態と比較すると、第8形態は、図12,図13で示した発明の構成と同じであるが、ガス検知開始当初から所定期間経過後の駆動パターンのみが相違する。第8形態の構成は、先に説明した第5,第6,第7形態の構成と同じであるとして同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、駆動パターンのみ説明する。第8形態では、第5,第6,第7形態において、さらに、過燃焼性ガス除去駆動手段211aでは、ガス検知開始から所定の駆動期間経過後に過燃焼性ガス除去時間tを短縮する点にある。 Next, the eighth mode will be described. Compared with the fifth, sixth, and seventh modes described above with reference to FIGS. 12, 13, 14, and 15, the eighth mode has the same configuration as that of the invention shown in FIGS. However, only the drive pattern after the lapse of a predetermined period from the beginning of gas detection is different. Since the configuration of the eighth mode is the same as the configurations of the fifth, sixth, and seventh modes described above, the same reference numerals are given, redundant description will be omitted, and only the drive pattern will be described. In the eighth mode, in addition to the fifth, sixth, and seventh modes, the overcombustible gas removal drive means 211a further shortens the overcombustible gas removal time t 0 after a predetermined drive period has elapsed from the start of gas detection. It is in.

複数回にわたり過燃焼性ガス除去が行われた後ならば、過燃焼性ガス除去時間tを短くしても、過燃焼性ガスを充分に除去できる。これにより、電力消費を少なくし、電池駆動を念頭においた低消費電力型のガス検知装置とすることができる。これは第5,第6,第7形態で適用可能である。例えば通常では、ヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり加熱するが、ガス検知開始から所定の駆動期間経過後ではヒータ層13が、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば3s)にわたり加熱するというものである。このような駆動パターンを採用することができる。 After the overcombustible gas is removed a plurality of times, the overcombustible gas can be sufficiently removed even if the overcombustible gas removal time t 0 is shortened. As a result, it is possible to obtain a low power consumption type gas detection device which consumes less power and is driven by a battery. This is applicable in the fifth, sixth and seventh forms. For example, normally, the heater layer 13 is heated at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 5 s), but after a predetermined drive period has elapsed from the start of gas detection. Then, the heater layer 13 is heated at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) for the overcombustible gas removal time t 0 (for example, 3 s). Such a drive pattern can be adopted.

また、第5,第6,第7,第8形態において、過燃焼性ガス除去駆動手段211aは、一のガス検知周期tにおいて、過燃焼性ガス除去温度T(例えば300℃)で過燃焼性ガス除去時間t(例えば5s)にわたり加熱する過燃焼性ガス除去駆動を一回行う。しかしながら、この過燃焼性ガス除去駆動を複数のガス検知周期tの経過毎に一回というように間欠的に行う(例えば図16)ようにしても良い。 In addition, in the fifth, sixth, seventh, and eighth modes, the overcombustible gas removal driving means 211a operates at the overcombustible gas removal temperature T 0 (for example, 300 ° C.) in one gas detection cycle t d . Overcombustible gas removal drive for heating for the combustible gas removal time t 0 (for example, 5 s) is performed once. However, this overcombustible gas removal drive may be performed intermittently, such as once for each elapse of a plurality of gas detection periods t d (for example, FIG. 16).

続いて第9形態について説明する。あらかじめ定められたサイクルで過燃焼性ガス除去駆動を行っていたとしても、過燃焼性ガスが過剰に付着した場合には、所定サイクルの、過燃焼性ガス除去駆動だけでは除去できない場合もある。そこで、通常は定期的に過燃焼性ガス除去駆動を行い、その後に再度過昇温を検知した場合にも過燃焼性ガス除去駆動を行う。この第9形態では先に図1,図2で示す構成を有する。そして、通常は、図14,図15,図16を用いて第5,第6,第7,第8形態として説明した通常パターンで駆動される。この駆動時に上記したように過昇温の有無を検知する。過昇温がなければそのまま通常パターンでの駆動を続ける。しかしながら、過昇温があった場合は図5,図9,図10で示したような過燃焼性ガス除去パターンに切り換える。そして、通常パターンに戻るが再度過昇温があった場合は過燃焼性ガス除去パターンに切り換える。以下、これら通常パターンと過昇温対策駆動パターンによる駆動を、所定回数を超えて実行しても過昇温が検知される場合、アラームを出す。このような形態としても良い。   Next, the ninth mode will be described. Even if the overcombustible gas removal drive is performed in a predetermined cycle, if the overcombustible gas excessively adheres, it may not be removed only by the overcombustible gas removal drive in a predetermined cycle. Therefore, normally, the overcombustible gas removing drive is performed regularly, and the overcombustible gas removing drive is also performed when the excessive temperature rise is detected again thereafter. The ninth mode has the configuration shown in FIGS. Then, normally, it is driven in the normal pattern described as the fifth, sixth, seventh, and eighth modes with reference to FIGS. 14, 15, and 16. During this driving, the presence or absence of excessive temperature rise is detected as described above. If there is no excessive temperature rise, drive in the normal pattern is continued. However, if there is an excessive temperature rise, the pattern is switched to the overcombustible gas removal pattern as shown in FIGS. 5, 9 and 10. Then, the pattern returns to the normal pattern, but if the excessive temperature rise occurs again, the pattern is switched to the overcombustible gas removal pattern. Hereinafter, if the excessive temperature rise is detected even after the driving by the normal pattern and the excessive temperature rise countermeasure driving pattern is executed a predetermined number of times, an alarm is issued. Such a form may be adopted.

続いて本発明の第10形態について図を参照しつつ説明する。先に説明した第1〜第9態と比較すると、本形態はガスセンサとして図17示すようなブリッジ構造のガスセンサ10’を採用したものである。この図17は、ガスセンサの構成をあくまで概念的に見やすく示したもので、各部の大きさや厚さ等は厳密なものではない。 Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. When the first to ninth forms described earlier on purpose comparison, the present embodiment is obtained by employing the gas sensor 10 'of the bridge structure as shown in FIG. 17 as a gas sensor. FIG. 17 conceptually shows the configuration of the gas sensor in an easy-to-see manner, and the size and thickness of each part are not strict.

このブリッジ構造でもダイヤフラム構造と同様に高断熱,低熱容量の構造となり、ガスセンサとして採用できる。ガスセンサ10’は、Si基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス検知部15、貫通孔16、キャビティ17を備える。なお、先の図2を用いて説明したガスセンサ10と同じ構成であるSi基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス検知部15については、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。   Similar to the diaphragm structure, this bridge structure also has a structure with high heat insulation and low heat capacity, and can be used as a gas sensor. The gas sensor 10 ′ includes a Si substrate 11, a heat insulating support layer 12, a heater layer 13, an electric insulating layer 14, a gas detector 15, a through hole 16, and a cavity 17. The Si substrate 11, the thermal insulation support layer 12, the heater layer 13, the electrical insulation layer 14, and the gas detection unit 15 that have the same configuration as the gas sensor 10 described with reference to FIG. The description will be omitted.

ガスセンサ10’は、先に説明したようなSi基板11、熱絶縁支持層12、ヒータ層13、電気絶縁層14、ガス検知部15を形成し、その後に4本のブリッジと中央のステージを残すように上側からウェットエッチングを行い、図17(b)のA−A断面図、図17(c)のB−B断面図で示すように、四角錐または図示しないが四角錐台形のキャビティ17を形成する。このようなガスセンサ10’に対して、先に説明したようなヒータ駆動を行って、ガスを検出するガス検出装置としても良い。   The gas sensor 10 ′ has the Si substrate 11, the heat insulating support layer 12, the heater layer 13, the electric insulating layer 14, and the gas detecting portion 15 as described above, and thereafter four bridges and the central stage are left. As shown in FIG. 17 (b) AA sectional view and FIG. 17 (c) BB sectional view, a quadrangular pyramid or a quadrangular pyramid trapezoidal cavity 17 (not shown) is formed. Form. The gas sensor 10 ′ may be a gas detection device that detects the gas by driving the heater as described above.

以上、本発明のガス検知装置について図を参照しつつ説明した。なお、先に説明した第1〜第10形態では何れもガス選択燃焼層154を備える構成であるものとして説明したが、このガス選択燃焼層154がないようなガス検知部15であっても良い。この場合も、多孔質であるガス感知層153があればガス検知は可能であり、また、多孔質であるガス感知層153は過燃焼性ガスを吸着するため、同様の効果が見込める。このようなガス選択燃焼層154がない構成を採用しても良い。   The gas detector of the present invention has been described above with reference to the drawings. Although the first to tenth embodiments described above are all described as being configured to include the gas selective combustion layer 154, the gas detection unit 15 without the gas selective combustion layer 154 may be used. . Also in this case, gas detection is possible with the porous gas sensing layer 153, and the same effect can be expected because the porous gas sensing layer 153 adsorbs the overcombustible gas. A configuration without such a gas selective combustion layer 154 may be adopted.

以上説明したこれらガス検知装置によれば、過昇温による影響を排除し、信頼性を高めるとともに高精度な検知を実現する。   According to these gas detection devices described above, the influence of excessive temperature rise is eliminated, reliability is increased, and highly accurate detection is realized.

本発明のガス検知装置は、特にガス漏れ警報器等の用途に適用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The gas detection device of the present invention can be applied to applications such as gas leak alarms.

1,2:ガス検知装置
10,10’:ガスセンサ
11:Si基板
12:熱絶縁支持層
121:熱酸化SiO
122:CVD−Si
123:CVD−SiO
13:ヒータ層
14:電気絶縁層
15:ガス検知部
151:接合層
152:感知層電極
153:ガス感知層
154:ガス選択燃焼層
16:貫通孔
17:キャビティ
20,20’:駆動制御・信号処理部
21:中央処理部
211:ヒータ層駆動手段
211a:過燃焼性ガス除去駆動手段
211b:ガス検知駆動手段
212:都市ガス検知手段
213:COガス検知手段
214:ヒータ層温度算出手段
215:過昇温検知手段
216:駆動切換手段
217:補正手段
218:判定手段
219:表示制御手段
220:出力制御手段
22:ヒータ層駆動部
23:ヒータ層電気特性測定部
24:ガス検知信号処理部
25:記憶部
26:警報表示部
27:警報音出力部
28:外部出力部
29:電源部
1,2: Gas sensing device 10, 10 ': gas sensor 11: Si substrate 12: heat insulating support layer 121: a thermal oxide SiO 2 layer 122: CVD-Si 3 N 4 layer 123: CVD-SiO 2 layer 13: a heater layer 14: Electrical insulating layer 15: Gas detection unit 151: Bonding layer 152: Sensing layer electrode 153: Gas sensing layer 154: Gas selective combustion layer 16: Through hole 17: Cavities 20, 20 ': Drive control / signal processing unit 21: Central processing unit 211: heater layer drive means 211a: overcombustible gas removal drive means 211b: gas detection drive means 212: city gas detection means 213: CO gas detection means 214: heater layer temperature calculation means 215: excessive temperature rise detection means 216: Drive switching means 217: Correction means 218: Judgment means 219: Display control means 220: Output control means 22: Heater layer drive section 23: Heater layer electric characteristics Measuring unit 24: Gas detection signal processing unit 25: Storage unit 26: Warning display unit 27: Warning sound output unit 28: External output unit 29: Power supply unit

Claims (11)

多孔質体または柱状構造体により形成されて検知対象ガスを感知するガス感知層、多孔質体により形成されて妨害ガスを燃焼除去するガス選択燃焼層、および前記ガス感知層と前記ガス選択燃焼層とを加熱するヒータ層を有するガス検知部と、
前記ヒータ層を、前記検知対象ガスを検知する通常駆動パターンまたは前記ガス検知部の過昇温を防止する過昇温対策駆動パターンにより通電駆動するヒータ層駆動部と、
前記ヒータ層の温度に基づいて前記ガス感知層または前記ガス選択燃焼層の過昇温を検知する過昇温検知部と、
前記過昇温検知部により過昇温が検出されたときに前記ヒータ層駆動部の駆動パターンを前記通常駆動パターンから前記過昇温対策駆動パターンに変更させる駆動切換部と、
を備え、
前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度を低くし、過燃焼性ガスを気化除去または燃焼除去するパターンであることを特徴とするガス検知装置。
A gas sensing layer formed of a porous body or a columnar structure for sensing a gas to be detected, a gas selective combustion layer formed of a porous body for burning and removing an interfering gas, and the gas sensing layer and the gas selective combustion a gas detector having a heater layer for heating a layer,
A heater layer drive unit that energizes and drives the heater layer by a normal drive pattern for detecting the detection target gas or a drive pattern for preventing excessive temperature rise of the gas detection unit,
An overheating detection unit that detects an overheating of the gas sensing layer or the gas selective combustion layer based on the temperature of the heater layer,
A drive switching unit that changes the drive pattern of the heater layer drive unit from the normal drive pattern to the drive pattern against excessive temperature rise when the excessive temperature rise detection unit detects an excessive temperature rise;
Equipped with
The gas detection device, wherein the drive pattern against excessive temperature rise is a pattern for lowering the temperature of the gas detection unit to vaporize or combust and remove the overcombustible gas.
前記過昇温対策駆動パターンは、前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項1に記載のガス検知装置。   The drive pattern for preventing excessive temperature rise is a temperature lower than the detection temperature of the gas to be detected, and at the overcombustible gas removal temperature at which the overcombustible gas is removed, over a predetermined overcombustible gas removal time. The gas detection device according to claim 1, wherein the heater layer is a pattern for energizing the heater layer. 前記過昇温対策駆動パターンは、前記ヒータ層の通電駆動を一時停止し、その後前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項1に記載のガス検知装置。   The drive pattern for preventing excessive temperature rise is a temperature lower than the detection temperature of the gas to be detected after the energization drive of the heater layer is temporarily stopped, and the overcombustible gas removal temperature at which the overcombustible gas is removed. 2. The gas detection device according to claim 1, wherein the heater layer is energized for a predetermined overcombustible gas removal time. 前記過昇温対策駆動パターンは、所定パルス幅のくり返しパルスにより前記過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項2または3に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to claim 2 or 3, wherein the excessive temperature rise countermeasure drive pattern is a pattern in which the heater layer is energized and driven for a period of the overburnable gas removal time by a repeating pulse having a predetermined pulse width. . 前記過昇温対策駆動パターンは、前記ヒータ層の通電駆動を停止するパターンであることを特徴とする請求項1に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to claim 1, wherein the excessive temperature rise countermeasure drive pattern is a pattern for stopping energization drive of the heater layer. 前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度を前記検知対象ガスのガス検知温度に近づける電力で前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項1に記載のガス検知装置。   The gas according to claim 1, wherein the drive pattern against excessive temperature rise is a pattern for energizing and driving the heater layer with electric power that brings the temperature of the gas detection unit close to the gas detection temperature of the detection target gas. Detection device. 前記過昇温検知部は、 前記ヒータ層の電気特性値を取得するヒータ層電気特性測定部と、 前記電気特性値に基づき前記ヒータ層の温度を算出するヒータ層温度算出部と、からなることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のガス検知装置。   The excessive temperature rise detection unit includes a heater layer electric characteristic measurement unit that acquires an electric characteristic value of the heater layer, and a heater layer temperature calculation unit that calculates a temperature of the heater layer based on the electric characteristic value. The gas detection device according to any one of claims 1 to 6. 多孔質体または柱状構造体により形成されて検知対象ガスを感知するガス感知層、および前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガス検知部と、
前記ヒータ層を、前記検知対象ガスを検知する通常駆動パターン前記検知対象ガスの検知温度より低い温度にて過燃焼性ガスを除去する過燃焼性ガス除去パターンと前記ガス検知部の過昇温を防止する過昇温対策駆動パターンとにより通電駆動するヒータ層駆動部と、
前記ヒータ層の温度に基づいて前記ガス感知層の過昇温を検知する過昇温検知部と、
前記過燃焼性ガス除去パターンによる通電駆動後に、前記通常駆動パターンにより通電駆動を行わせ、前記通常駆動パターンにおいて、前記過昇温検知部により過昇温が検知されたときに前記ヒータ層駆動部の駆動パターンを前記通常駆動パターンから前記過昇温対策駆動パターンに変更させる駆動切換部と、
を備え、
前記過昇温対策駆動パターンは、前記ガス検知部の温度を低くし、過燃焼性ガスを気化除去または燃焼除去するパターンであることを特徴とするガス検知装置。
A gas sensing layer having a porous body or a columnar structure and sensing a gas to be sensed, and a gas sensing part having a heater layer for heating the gas sensing layer;
The heater layer has a normal drive pattern for detecting the detection target gas, an overcombustible gas removal pattern for removing the overcombustible gas at a temperature lower than the detection temperature of the detection target gas, and an excessive temperature rise of the gas detection unit. A heater layer drive section that is energized and driven by a drive pattern for preventing excessive temperature rise ,
An overheating detection unit that detects an overheating of the gas sensing layer based on the temperature of the heater layer,
The energization drive is performed by the normal drive pattern after the energization drive by the overcombustible gas removal pattern, and the heater layer drive unit is operated when the excessive temperature rise detection unit detects the excessive temperature rise in the normal drive pattern. A drive switching unit for changing the drive pattern of the normal drive pattern from the drive pattern against excessive temperature rise,
Equipped with
The excessive temperature rise measures driving pattern, the temperature of the gas sensing portion is lowered, the gas detection apparatus, wherein a pattern der Rukoto to vaporize remove or burn off excessive combustible gases.
前記過燃焼性ガス除去パターンは、前記検知対象ガスの検知温度より低い温度であり、かつ、過燃焼性ガスが除去される過燃焼性ガス除去温度にて所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項8に記載のガス検知装置。 The overcombustible gas removal pattern has a temperature lower than the detection temperature of the detection target gas, and at the overcombustible gas removal temperature at which the overcombustible gas is removed, for a predetermined overcombustible gas removal time. 9. The gas detection device according to claim 8, wherein the heater layer has a pattern for electrically driving . 前記過燃焼性ガス除去パターンは、所定パルス幅のくり返しパルスにより所定の過燃焼性ガス除去時間にわたり前記ヒータ層を通電駆動するパターンであることを特徴とする請求項8に記載のガス検知装置。 9. The gas detection device according to claim 8, wherein the overcombustible gas removal pattern is a pattern in which the heater layer is energized and driven for a predetermined overcombustible gas removal time by a repeating pulse having a predetermined pulse width . 前記過燃焼性ガス除去パターンは、ガス検知開始から所定の初期期間にわたって前記過燃焼性ガス除去時間を長くするパターンであることを特徴とする請求項または10に記載のガス検知装置。 The overcombustion gas removal pattern, gas detection apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that a pattern to lengthen the overcombustion gas removal time for a predetermined initial period from the gas detection start.
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