JP7137280B2 - Freon gas sensor - Google Patents
Freon gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP7137280B2 JP7137280B2 JP2018087571A JP2018087571A JP7137280B2 JP 7137280 B2 JP7137280 B2 JP 7137280B2 JP 2018087571 A JP2018087571 A JP 2018087571A JP 2018087571 A JP2018087571 A JP 2018087571A JP 7137280 B2 JP7137280 B2 JP 7137280B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- protective layer
- freon
- gas sensor
- sensitivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
本発明は、フロンガスを検知する半導体式ガス検知素子を備えたフロンガスセンサに関する。 The present invention relates to a chlorofluorocarbon gas sensor equipped with a semiconductor gas detection element for detecting chlorofluorocarbon gas.
従来より、焼結体のガス感応部を有するガスセンサとしては、接触燃焼式ガスセンサ、半導体式ガスセンサ、固体電解質式ガスセンサ等が知られている。 Conventionally, as a gas sensor having a sintered body gas sensing part, a catalytic combustion gas sensor, a semiconductor gas sensor, a solid electrolyte gas sensor, and the like are known.
例えば、半導体式ガスセンサとしては、フロンガスを検知するフロンガスセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, as a semiconductor type gas sensor, a freon gas sensor for detecting freon gas is known (see, for example, Patent Document 1).
フロンガスを検知するに際しては、単に高感度化だけではなく、低濃度から高濃度に亘る広い濃度範囲(例えば、100ppm~10000ppm)において精度良く検知可能なフロンガスセンサが望まれている。特に、従来のフロンガス対応のガスセンサでは高濃度領域においてはよい挙動を示さない。 When detecting chlorofluorocarbon gas, there is a demand for a chlorofluorocarbon gas sensor that not only has high sensitivity, but also can accurately detect a wide range of concentrations from low to high concentrations (for example, 100 ppm to 10000 ppm). In particular, the conventional gas sensor corresponding to freon gas does not behave well in a high concentration range.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、広い濃度範囲においてフロンガスを精度良く検知可能な半導体式ガス検知素子を備えたフロンガスセンサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a chlorofluorocarbon gas sensor equipped with a semiconductor gas detection element capable of accurately detecting chlorofluorocarbon gas over a wide concentration range.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above, and the means for solving the problems will now be described.
即ち、本発明のフロンガスセンサは、半導体式ガス検知素子を備えたフロンガスセンサにおいて、貴金属線材と、前記貴金属線材を覆い、酸化スズを主成分としてCe、WO3 及びMoを添加した金属酸化物半導体を用いて形成されるガス感応部と、前記ガス感応部を加熱する加熱部と、を備えるものである。 That is , the flon gas sensor of the present invention is a flon gas sensor equipped with a semiconductor type gas detection element, comprising: a noble metal wire; and a heating section for heating the gas sensing section.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記ガス感応部の外周側に形成される保護層を設けたものである。 Moreover, the Freon gas sensor of the present invention is provided with a protective layer formed on the outer peripheral side of the gas sensing portion.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記保護層は、前記ガス感応部側に形成される第一保護層と、前記第一保護層の外周側に形成される第二保護層とからなり、前記第一保護層は、前記第二保護層よりも膜厚が薄く、かつ緻密な層であるものである。 Further, in the chlorofluorocarbon sensor of the present invention, the protective layer comprises a first protective layer formed on the gas sensitive portion side and a second protective layer formed on the outer peripheral side of the first protective layer, The first protective layer is thinner and denser than the second protective layer.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記Ceの含有量は、0.05wt%以上0.60wt%以下であるものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the Ce content is 0.05 wt % or more and 0.60 wt % or less.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記WO3の含有量は、0.5wt%以上5wt%以下であるものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the content of WO 3 is 0.5 wt % or more and 5 wt % or less.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記Moの含有量は、0.075wt%以上3wt%以下であるものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the Mo content is 0.075 wt % or more and 3 wt % or less.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記第一保護層の厚みは、10~200nmであるものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the first protective layer has a thickness of 10 to 200 nm.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記第二保護層の厚みは、0.02~0.40mmであるものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the second protective layer has a thickness of 0.02 to 0.40 mm.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記第一保護層は、酸化アルミニウムを主成分とするものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the first protective layer contains aluminum oxide as a main component.
また、本発明のフロンガスセンサは、前記第二保護層は、酸化アルミニウムを主成分とするものである。 Further, in the Freon gas sensor of the present invention, the second protective layer contains aluminum oxide as a main component.
本発明によれば、広い濃度範囲においてフロンガスを精度良く検知可能なフロンガスセンサを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Freon gas sensor which can detect Freon gas accurately in a wide concentration range is realizable.
次に、本発明の一実施形態である半導体式ガス検知素子Rsを備えたフロンガスセンサ100について図を参照しながら説明する。
Next, a
本実施形態に係るフロンガスセンサ100は、図1に示すように、半導体式ガス検知素子Rs、及び固定抵抗R0、R1、R2をブリッジ回路に組み込んで構成している。ブリッジ回路は電源Eによって常時または間欠的に通電し、半導体式ガス検知素子Rsが検知の際に適した温度となる。また、半導体式ガス検知素子Rsは被検知ガスが吸着すると抵抗値が変化する。このため、本実施形態に係るフロンガスセンサ100では、半導体式ガス検知素子Rsの抵抗値の変化を偏差電圧として取り出し、これをセンサ出力Vとすることで空気中の被検知ガスの濃度を測定することができる。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の半導体式ガス検知素子Rsは、図2に示すように、検出電極となる貴金属線材の一例であるコイル状の貴金属線1と、当該貴金属線1を覆うガス感応部2と、ガス感応部2を加熱する加熱部としてのコイル状ヒータ3と、当該ガス感応部2の外周側に形成される保護層4とを備える。ガス感応部2は、被検知ガスと接触自在に設けられ、略球形に形成される。
なお、貴金属線2は、コイル状ヒータ3を兼ねるものであり、これらは一体として構成されている。
As shown in FIG. 2, the semiconductor gas detection element Rs of this embodiment includes a coil-shaped
The
貴金属線1及びコイル状ヒータ3の材質としては、例えば、白金、又は白金にロジウム等を添加したもの等を適宜選択して使用することができるが、これらに限定されるものではない。また、コイル状ヒータ3の線径、コイル径や巻き数等については図示したものに限らず必要に応じて適宜設定してよい。
As materials for the
ガス感応部2は、例えば、酸化スズ等の金属酸化物を主成分として含むとともにCe(セリウム)、WO3(酸化タングステン)、Mo(モリブデン)を添加した金属酸化物半導体を用いて形成することができる。ガス感応部2は、被検知ガスの種類によって任意に選択可能である。
なお、ガス感応部2の直径は、0.30~0.60mmであることが好ましい。
The gas sensing
It should be noted that the diameter of the
Ceの含有量は、0.05wt%以上0.60wt%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.07wt%以上0.20wt%以下である。Ceの含有量を上記範囲内に設定することで、被検知ガスであるフロンガスの低濃度域(例えば、0~1000ppm)と高濃度域(例えば10000ppm以上)とのフロンガス感度比が小さくなり(ガス感度曲線の直線性が優れ)、広い濃度範囲においてフロンガスを精度良く検知可能となる。 The Ce content is preferably 0.05 wt % or more and 0.60 wt % or less. More preferably, it is 0.07 wt% or more and 0.20 wt% or less. By setting the Ce content within the above range, the CFC sensitivity ratio between the low concentration range (for example, 0 to 1000 ppm) and the high concentration range (for example, 10000 ppm or more) of the CFC gas to be detected is reduced (gas The linearity of the sensitivity curve is excellent), and it is possible to accurately detect Freon gas in a wide concentration range.
例えば、Ceの含有量がゼロである場合、フロンガスの低濃度域でガス感度が高いが、高濃度域での感度変化が小さく、使用に向かない。
また、Ceの含有量が1.0wt%である場合、フロンガスの低濃度域ではガス感度が低すぎ、フロンガスの高濃度域での感度差は大きい。フロンガス以外の可燃性ガスの場合では、さらにガス感度比が悪化する場合がある。
For example, when the Ce content is zero, the gas sensitivity is high in the low concentration range of freon gas, but the change in sensitivity is small in the high concentration range, making it unsuitable for use.
Further, when the Ce content is 1.0 wt %, the gas sensitivity is too low in the low CFC concentration range, and the difference in sensitivity is large in the high CFC concentration range. In the case of combustible gases other than freon gas, the gas sensitivity ratio may be further deteriorated.
WO3の含有量は、0.5wt%以上5wt%以下であることが好ましい。
WO3の含有量が0.05wt%未満の場合、フロンガスに対する感度が十分に得られない。一方、WO3の含有量が5wt%を超えると、フロンガスに対する感度が低下する。
また、Ceの場合と同様に、WO3の含有量を上記範囲内に設定することで、被検知ガスであるフロンガスの低濃度域(例えば、0~1000ppm)と高濃度域(例えば10000ppm以上)とのフロンガス感度比が小さくなり(ガス感度曲線の直線性が優れ)、広い濃度範囲においてフロンガスを精度良く検知可能となる。
The content of WO3 is preferably 0.5 wt% or more and 5 wt% or less.
If the WO3 content is less than 0.05 wt% , sufficient sensitivity to Freon gas cannot be obtained. On the other hand, when the content of WO3 exceeds 5 wt%, the sensitivity to freon gas decreases.
In addition, as in the case of Ce, by setting the content of WO 3 within the above range, the low concentration range (for example, 0 to 1000 ppm) and the high concentration range (for example, 10000 ppm or more) of Freon gas, which is the gas to be detected The chlorofluorocarbon gas sensitivity ratio is small (the linearity of the gas sensitivity curve is excellent), and chlorofluorocarbon gas can be detected with high accuracy in a wide concentration range.
Moの含有量は、0.075wt%以上3wt%以下であることが好ましい。
Moは含有量が0.075wt%未満の場合、フロンガスに対する感度が十分に得られない。一方、Moは含有量が3wt%を超えると、フロンガスに対する感度が低下するとともに、センサのフロンガス選択性が悪化する。
また、Moをガス感応部2に含有させることで温湿度変動によるAir値の変動を抑制することができる。
また、Ceの場合と同様に、Moの含有量を上記範囲内に設定することで、被検知ガスであるフロンガスの低濃度域(例えば、0~1000ppm)と高濃度域(例えば10000ppm以上)とのフロンガス感度比が小さくなり(ガス感度曲線の直線性が優れ)、広い濃度範囲においてフロンガスを精度良く検知可能となる。
The Mo content is preferably 0.075 wt % or more and 3 wt % or less.
When the Mo content is less than 0.075 wt%, sufficient sensitivity to Freon gas cannot be obtained. On the other hand, if the Mo content exceeds 3 wt %, the sensitivity to Freon gas decreases and the selectivity of the sensor to Freon gas deteriorates.
In addition, by including Mo in the gas
In addition, as in the case of Ce, by setting the Mo content within the above range, a low concentration range (for example, 0 to 1000 ppm) and a high concentration range (for example, 10000 ppm or more) of Freon gas, which is the gas to be detected. CFC gas sensitivity ratio becomes smaller (the linearity of the gas sensitivity curve is excellent), and CFC gas can be detected with high accuracy in a wide concentration range.
保護層4は、ガス感応部2側に形成される第一保護層41と、第一保護層41の外周側に形成される第二保護層42とから構成される。第一保護層41は、第二保護層42よりも膜厚が薄く、かつ緻密な層である。
The
第一保護層41は、ガス感応部2の外周面に設けられる。第一保護層41は、無定形の酸化アルミニウム(Al2O3)を含む被覆層である。第一保護層41の厚みと比表面積は、有機シリコーンガスを選択的に確実に吸着することができ、フロンガスセンサ100をシリコーン被毒に強いものとし(シリコーン耐久性向上)、第一保護層41のひび割れや剥離が生じ難く、なおかつ被検知ガスであるフロンガスが留まり難い厚みであれば特に限定されるものではないが、第一保護層41の厚みは、およそ10~200nmに設定することが好ましく、より好ましくは20~90nmである。
The first
第一保護層41は、ガス感応部2の重量に対して0.02wt%以上0.6wt%以下であることが好ましい。
第一保護層41がガス感応部2の重量に対して0.02wt%未満である場合、保護層としてシリコーン耐久性を確保することができず、第一保護層41がガス感応部2の重量に対して0.6wt%を超えると緻密化が進みすぎるためフロンガスが感応部4内に進入できず、高濃度のフロンガスを検知する際に感度が低下してしまう。
The first
If the first
また、第一保護層41は、第二保護層42よりも緻密な層であり、すなわち、第二保護層42は、第一保護層41よりも隙間が大きいポーラス構造としている。上記の如く、第一保護層41の厚みと比表面積を設定することで、有機シリコーンガスを選択的に確実に吸着することができ、フロンガスセンサ100をシリコーン被毒に強いものとすることができる。
The first
第一保護層41は、無定形の酸化アルミニウムを主成分とするものであり、その他の成分として、結晶構造を有するα及びγ-酸化アルミニウムの少なくともいずれか一方を含むものであってもよい。また、無定形の酸化アルミニウムの表面にパラジウム(Pd)触媒等の金属触媒を担持させてもよい。
The first
本発明における無定形の酸化アルミニウムとは、α及びγ-酸化アルミニウムのような結晶構造を有しないものであって、その粒子が重合してできた糸状体が三次元的に絡み合うようにして羽毛状態を形成するものを言う。 Amorphous aluminum oxide in the present invention does not have a crystal structure like α- and γ-aluminum oxide, and its particles are polymerized to form a filamentous body that is three-dimensionally entangled to form feathers. Say what makes up a state.
第二保護層42は、第一保護層41の外周面に設けられる。第二保護層42は、酸化アルミニウム(アルミナ)、シリカアルミナ等を主成分とする金属酸化物の焼結体からなる被覆層であり、第一保護層41と比較して緻密ではない。第二保護層42は、第一保護層41の外周面に設けられることで、第一保護層41と第二保護層42との相乗効果として、ガス感応部2へ有機シリコーンガスが進入することを防ぎ、フロンガスセンサ100をシリコーン被毒に強いものとすることができる。第二保護層42の厚みは、0.02~0.40mmに設定することが好ましく、より好ましくは0.05~0.15nmである。
The second
被検知ガスとしては、フロンガスの他に、例えば、メタンガス、液化石油ガス(LPG)、水素、一酸化炭素、硫化水素、フロンガス、アンモニア、その他の可燃性ガス、毒性ガス等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本実施形態のフロンガスセンサ100では、主にフロンガスを検知することを特徴としているが、フロンガスの他に上記のようなガスを検知することが可能である。例えば、フロンガスセンサ100では、イソブタンガス等を検知することが可能であり、フロンガスセンサ100の定期校正の際には、フロンガスの替わりに入手が容易である濃度既知のイソブタンガスを校正用ガスとして用いることができる。
Gases to be detected include methane gas, liquefied petroleum gas (LPG), hydrogen, carbon monoxide, hydrogen sulfide, chlorofluorocarbons, ammonia, other combustible gases, and toxic gases, in addition to chlorofluorocarbons. is not limited to The
また、本実施形態におけるフロンガスとは、メタンやエタンなどの炭化水素の水素の一部あるいは全部をフッ素や塩素で置換した化合物を総称するものである。また、本実施形態におけるフロンガスとは、その用途の一例として代替冷媒として用いられる。フロン類の冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボンとフロオロカーボンがある。また、特定フロン(フロン11、フロン12、フロン113、フロン114、フロン115の5種類)に代わる代替フロンとしては、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)及びハイドロフルオロカーボン(HFC)がある。ハイドロフルオロカーボンとしては、ジフルオロメタン(R32)、ペンタフルオロエタン(R125)、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R134a)、1,1,2-トリフルオロエタン(R143)、1,1,1-トリフルオロエタン(R143a)、1,1-ジフルオロエタン(R152a)、モノフルオロエタン(R161)が挙げられる。また、フルオロカーボンとしては、オクタフルオロシクロブタン(C318)がある。これらの中で特に、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R134a)、1,1,1-トリフルオロエタン(R143a)、は、従来のジクロロジフルオロメタン(R12)に近い沸点を持っており、代替冷媒として好ましい。
なお、上記ハイドロクロロフルオロカーボンの一例として、クロロジフルオロメタン(R22)が含まれるが、これは代替冷媒としては用いられない。
また、後述するが、R404Aは、R125、R-134a、R-143aの3成分からなる擬似共沸混合冷媒である。R407Cは、R32、R125、R134aの3成分からなる非共沸混合冷媒である。R410Aは、R32とR125の2成分からなる擬似共沸混合冷媒である。
In the present embodiment, Freon gas is a general term for compounds obtained by substituting fluorine or chlorine for part or all of the hydrogen in hydrocarbons such as methane and ethane. In addition, Freon gas in the present embodiment is used as an alternative refrigerant as an example of its application. Fluorocarbon refrigerants include, for example, hydrofluorocarbons and fluorocarbons. Hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and hydrofluorocarbons (HFCs) are alternatives to specific Freon (five types of Freon 11, Freon 12, Freon 113, Freon 114, and Freon 115). Hydrofluorocarbons include difluoromethane (R32), pentafluoroethane (R125), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R134a), 1,1,2-trifluoroethane (R143), 1,1, 1-trifluoroethane (R143a), 1,1-difluoroethane (R152a), monofluoroethane (R161). Fluorocarbons include octafluorocyclobutane (C318). Among these, 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R134a), 1,1,1-trifluoroethane (R143a), in particular, have boiling points close to conventional dichlorodifluoromethane (R12). Therefore, it is preferable as an alternative refrigerant.
An example of the above hydrochlorofluorocarbons includes chlorodifluoromethane (R22), which is not used as an alternative refrigerant.
As will be described later, R404A is a quasi-azeotrope mixture refrigerant composed of three components, R125, R-134a and R-143a. R407C is a non-azeotropic mixed refrigerant composed of three components, R32, R125 and R134a. R410A is a quasi-azeotropic mixture refrigerant composed of two components, R32 and R125.
[ガスセンサ作製方法]
次に、半導体式ガス検知素子Rsの作製方法について説明する。
先ず、貴金属線1のコイル状ヒータ3に、金属酸化物半導体をエチレングリコール等の有機溶媒(バインダー)で混合したペースト状のものを塗布することで球状にし、550~650℃(650℃付近)で焼成してガス感応部2を形成する。このとき例えば、貴金属線1の線径がおよそ10~50μmであって、コイル状ヒータ3のコイル径が100~500μmであり、コイルの巻き数が6~20回である場合、ガス感応部2の球径はおよそ200~1000μmである。
なお、本実施形態においては、線径20μmの白金線を用い、コイル径200μm、コイルの巻数9又は12回にしている。
[Gas sensor manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the semiconductor type gas detection element Rs will be described.
First, the
In this embodiment, a platinum wire with a wire diameter of 20 μm is used, the coil diameter is 200 μm, and the number of turns of the coil is 9 or 12.
次に、「Al2O3・XH2O(X>1)」を含む乳白色のゾル溶液を水で希釈する。その希釈ゾル溶液の液滴をガス感応部2の外周面に滴下し、ガス感応部2の外周面を覆って乾燥させた後、550℃~650℃(650℃付近)で焼成し、無定形Al2O3の第一保護層41を形成する。
Next, the milky white sol solution containing "Al 2 O 3 .XH 2 O (X>1)" is diluted with water. Droplets of the diluted sol solution are dropped on the outer peripheral surface of the
次に、アルミナ等の金属酸化物と、エチレングリコール等の有機溶媒(バインダー)とを混合してペースト状にして、このペースト状にしたものを第一保護層41の外周面に、所定の球径になるように付着させた後、貴金属線1の自己加熱によって焼成して焼結体として形成させることにより半導体式ガス検知素子Rsを作製することができる。
Next, a metal oxide such as alumina and an organic solvent (binder) such as ethylene glycol are mixed to form a paste. The semiconductor-type gas sensing element Rs can be manufactured by forming a sintered body by sintering the
[実施例:ガス検知素子の作製]
白金線のコイル状ヒータ3の部分を酸化スズ中に埋設させて球状に成形する。そして、およそ650℃で2時間焼成してガス感応部2を形成した。
[Example: Fabrication of gas detection element]
The
次に、上述したように、「Al2O3・XH2O(X>1)」を含む乳白色のゾル溶液を、水で希釈し、この希釈ゾル溶液の液滴を上述のガス感応部2の外周面に滴下して乾燥させた。最後に650℃付近で焼成して第一保護層41を形成した。なお、第一保護層41は、ガス感応部2の重量に対して0.02wt%以上0.6wt%以下となるように上記希釈ゾル液の濃度が調製される。
Next, as described above, a milky-white sol solution containing "Al 2 O 3 .XH 2 O (X>1)" is diluted with water, and droplets of this diluted sol solution are applied to the
本実施例におけるガス検知素子として、第一保護層41の膜厚が30nmのものを作製した。
As the gas detecting element in this example, the first
半導体式ガス検知素子Rsの第一保護層41の表面においては、無定形の酸化アルミニウムの粒子が重合してできた糸状体が、三次元的に互いに絡み合うようにして羽毛状態が形成される。
On the surface of the first
次に、アルミナ等の金属酸化物と、エチレングリコール等の有機溶媒(バインダー)とを混合してペースト状にして、このペースト状にしたものを第一保護層41の外周面に、所定の球径になるように付着させた後、貴金属線1の自己加熱によって焼成して焼結体として第二保護層42を形成させることにより半導体式ガス検知素子Rsを作製した。
Next, a metal oxide such as alumina and an organic solvent (binder) such as ethylene glycol are mixed to form a paste. After being adhered so as to have a diameter, the
また、比較例として、半導体式ガス検知素子Rsにおいて第一保護層41を設けていない構成の半導体式ガス検知素子(比較例1)と、保護層4(第一保護層41、第二保護層42)を設けていない半導体式ガス検知素子(比較例2)を作製した。
In addition, as a comparative example, a semiconductor type gas detection element (Comparative Example 1) having a configuration in which the first
[ガスセンサ評価]
図3、図4に、所定ガスのガス濃度とガス感度との関係を示す。
次に、上記実施例、及び比較例1、2に係る半導体式ガス検知素子を備えるフロンガスセンサを用いて、各種のフロンガス及び可燃性ガスに対するガス感度特性を調べた。試験対象のフロンガスとしては、R32、R407C、R134a、R404A、R410A、R22を選択した(図3における上段部分)。また、試験対象の可燃性ガスとしては、メタン、イソブタン、水素、一酸化炭素、エタノールを選択した(図3における下段部分。図3では、比較用にR32も加えている)。これらのガスについてのガス濃度とガス感度との関係を図3、図4に示す。図4に示す実施例によれば、実施例に係るフロンガスセンサでは、フロンガスの低濃度域(100ppm)と高濃度域(5000ppm以上)とのフロンガス感度比が小さくなり(ガス感度曲線の直線性が優れ)、広い濃度範囲においてフロンガスを検知可能であることが分かった。
また、図3、図4に示すように、実施例に係るフロンガスセンサは、検知ガス濃度として100~10000ppmで各種フロンガス、及び各種可燃性ガスを検知することが可能である。
[Gas sensor evaluation]
3 and 4 show the relationship between the gas concentration of a predetermined gas and gas sensitivity.
Next, gas sensitivity characteristics for various chlorofluorocarbons and combustible gases were examined using the chlorofluorocarbon gas sensors provided with the semiconductor type gas detection elements according to the above examples and comparative examples 1 and 2. R32, R407C, R134a, R404A, R410A, and R22 were selected as fluorocarbons to be tested (upper part in FIG. 3). Methane, isobutane, hydrogen, carbon monoxide, and ethanol were selected as combustible gases to be tested (lower portion in FIG. 3. In FIG. 3, R32 is also added for comparison). 3 and 4 show the relationship between gas concentration and gas sensitivity for these gases. According to the example shown in FIG. 4, in the fluorocarbon sensor according to the example, the fluorocarbon gas sensitivity ratio between the low concentration region (100 ppm) and the high concentration region (5000 ppm or more) of chlorofluorocarbon gas is small (the linearity of the gas sensitivity curve is Excellent), and it was found that Freon gas can be detected in a wide concentration range.
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the chlorofluorocarbon gas sensor according to the embodiment can detect various chlorofluorocarbon gases and various combustible gases at a detection gas concentration of 100 to 10000 ppm.
図9に、R32(8000ppm)に対する実施例、及び比較例1、2に係るフロンガスセンサのそれぞれの応答時間を比較したグラフを示す。
図9に示すように、実施例、及び比較例1、2に係るフロンガスセンサにR32を複数回かけて応答時間の試験を行ったところ、比較例1に係るフロンガスセンサは応答速度が遅く、比較例2に係るフロンガスセンサは、感度が徐々に下がったのに対して、実施例に係るフロンガスセンサではこれらの欠点は見当たらなかった。
なお、図10には、実施例、及び比較例1、2に係るフロンガスセンサによるR32のガス濃度依存性(n=3)を示している。図10によれば、実施例に係るフロンガスセンサは、比較例1及び比較例2に係るフロンガスセンサに比べて、ガス濃度1000~2000ppmにおけるガス濃度依存性が少なく、所定のガス濃度領域において検知感度のバランスが良いフロンガスセンサとなっている。
また、図11のグラフは、図10のグラフを用いて、R32のガス濃度2000ppm=1として規格化したものである。
FIG. 9 shows a graph comparing the response time of each of the Freon gas sensors according to Examples and Comparative Examples 1 and 2 for R32 (8000 ppm).
As shown in FIG. 9 , when the CFC sensors according to the example and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a response time test by applying R32 a plurality of times, the CFC sensor according to Comparative Example 1 had a slow response speed. While the sensitivity of the Freon gas sensor according to Example 2 gradually decreased, these drawbacks were not found in the Freon gas sensor according to Example.
Note that FIG. 10 shows the gas concentration dependence (n=3) of R32 for the Freon gas sensors according to the example and comparative examples 1 and 2. As shown in FIG. According to FIG. 10, the freon gas sensor according to the example has less gas concentration dependence at a gas concentration of 1000 to 2000 ppm compared to the freon gas sensors according to comparative examples 1 and 2, and the detection sensitivity in a predetermined gas concentration range. is well-balanced Freon gas sensor.
The graph of FIG. 11 is obtained by standardizing the graph of FIG. 10 assuming that the gas concentration of R32 is 2000 ppm=1.
[Ce、WO3、Mo含有による感度への影響]
上述した実施例に係る半導体式ガス検知素子Rsにおいて、ガス感応部2におけるCe、WO3、Moのそれぞれの含有率を変えて、フロンガスセンサを作製し、R32の各濃度(1000ppm、5000ppm、10000ppm)毎に対するガス感度特性を評価した(図5、図6、及び図7参照)。
[Influence of Ce, WO 3 and Mo content on sensitivity]
In the semiconductor type gas detection element Rs according to the above-described example, the contents of Ce, WO 3 , and Mo in the
図6によれば、Ceの含有率が増えることで、R32に対する感度は低下傾向となっている。Moは、含有率が0.15wt%において感度のピークがある。Moの含有率が多い場合(例えば0.75wt%以上の場合)、WO3の含有率の違いによる感度のピークはなくなるが、Moを含有させていない場合、及び含有率が少ない場合は、WO3の含有率が3~5wt%において感度のピークが存在している。 According to FIG. 6, the sensitivity to R32 tends to decrease as the Ce content increases. Mo has a sensitivity peak at a content of 0.15 wt %. When the Mo content is high (for example, 0.75 wt% or more), the sensitivity peak due to the difference in the WO3 content disappears. A sensitivity peak exists at a content of 3 to 5 wt %.
[フロンガス感度比]
上述した実施例に係る半導体式ガス検知素子Rsにおいて、ガス感応部2におけるCe、WO3、Moのそれぞれの含有率を変えて、フロンガスセンサを作製し、フロンガス(R32)の低濃度域(例えば1000ppm)と高濃度域(例えば10000ppm)とのフロンガス感度比を比較した(図8参照)。図8においては、ガス濃度5000ppmにおける感度を100として、(a)はガス濃度5000ppmによる感度に対するガス濃度1000ppmの感度を示しており、(b)はガス濃度5000ppmによる感度に対するガス濃度10000ppmを示している。
[Freon gas sensitivity ratio]
In the semiconductor type gas detection element Rs according to the above-described embodiment, the contents of Ce, WO 3 , and Mo in the
図8によれば、Moの含有率が低い場合(例えば、含有率ゼロ、0.075wt%の場合)、検知ガスであるフロンガス(R32)の低濃度域(例えば1000ppm)でのガス感度が低いが、高濃度領域(例えば5000~10000ppm)の感度比は良好である(1000ppm未満の精度は良くない)。加えて、WO3の添加による感度上昇が顕著である。この感度上昇は、特に、WO3の含有率が3wt%付近がピークとなっている。フロンガスに対する応答性については、遅くなる(例えば、比較例1に係るフロンガスセンサ)。 According to FIG. 8, when the Mo content is low (e.g., the content is zero, 0.075 wt%), the gas sensitivity in the low concentration region (e.g., 1000 ppm) of Freon gas (R32), which is the detection gas, is low. However, the sensitivity ratio in the high concentration region (eg, 5000-10000 ppm) is good (accuracy below 1000 ppm is not good). In addition, the increase in sensitivity due to the addition of WO3 is remarkable. This increase in sensitivity peaks especially when the content of WO 3 is around 3 wt %. Responsiveness to Freon gas is slow (for example, the Freon gas sensor according to Comparative Example 1).
また、Moの含有率が多いほど、フロンガス(R32)の低濃度域の感度が出すぎているため、フロンガス(R32)の高濃度側の感度比が悪い。フロンガスに対する応答性は、Moの含有率が低い場合に比べて速い。 In addition, as the Mo content increases, the sensitivity in the low concentration range of Freon gas (R32) is too high, so the sensitivity ratio in the high concentration side of Freon gas (R32) is poor. Responsiveness to freon gas is faster than when the Mo content is low.
[温度・湿度依存性調査]
次に、実施例に係るガス検知素子Rsを組み込んだガスセンサ100を用いて、温湿度変動に対する安定性を確認した。図12に示すように、温度を-20℃~40℃、湿度を35%RH~100%RHの範囲で変動させた際のガス感度特性を調査した。検知するガスとしては、R32の1000ppm、2000ppm、5000ppm、10000ppmの4種類と、Airである。結果としては、温湿度変動によらずセンサ出力は略一定の値を示した。具体的には、R32の場合、温度、湿度変動に対するガス感度差が非常に少なく、どのような環境でフロンガスセンサを使用した場合でも、感度変化が少なく、フロンガスセンサとして安定して使用可能である。一方、Airの場合は、温度、湿度が変動した際、空気中の水分吸着(高湿雰囲気)、水分脱離(低湿雰囲気)の影響がなく、出力変動がほとんどない。これは、Ce、WO3、Moを所定量含有させてガス感応部2を構成したことによるものであり、ガスセンサ100は温湿度変動に対して非常に高い安定性を有していることが確認できた。
[Temperature/humidity dependence investigation]
Next, using the
本発明は、フロンガスを検知するガスセンサ、これを用いた検査機器、警報機等に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a gas sensor for detecting Freon gas, an inspection device using the same, an alarm device, and the like.
1 貴金属線
2 ガス感応部
3 コイル状ヒータ(加熱部)
4 保護層
41 第一保護層
42 第二保護層
100 フロンガスセンサ
Rs 半導体ガス検知素子
1
4
Claims (10)
貴金属線材と、
前記貴金属線材を覆い、酸化スズを主成分としてCe、WO3 及びMoを添加した金属酸化物半導体を用いて形成されるガス感応部と、
前記ガス感応部を加熱する加熱部と、を備えるフロンガスセンサ。 A freon gas sensor equipped with a semiconductor type gas detection element,
precious metal wire;
a gas sensing portion covering the noble metal wire and formed using a metal oxide semiconductor containing tin oxide as a main component and to which Ce , WO3 and Mo are added;
and a heating portion that heats the gas sensitive portion.
前記ガス感応部側に形成される第一保護層と、
前記第一保護層の外周側に形成される第二保護層とからなり、
前記第一保護層は、前記第二保護層よりも膜厚が薄く、かつ緻密な層である請求項2に記載のフロンガスセンサ。 The protective layer is
a first protective layer formed on the side of the gas sensitive part;
A second protective layer formed on the outer peripheral side of the first protective layer,
3. The Freon gas sensor according to claim 2, wherein the first protective layer is thinner and denser than the second protective layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018087571A JP7137280B2 (en) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | Freon gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018087571A JP7137280B2 (en) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | Freon gas sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019191123A JP2019191123A (en) | 2019-10-31 |
JP7137280B2 true JP7137280B2 (en) | 2022-09-14 |
Family
ID=68390142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018087571A Active JP7137280B2 (en) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | Freon gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7137280B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007510934A (en) | 2003-11-12 | 2007-04-26 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | System and method for detecting and analyzing gas |
JP2009168449A (en) | 2007-01-16 | 2009-07-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2014092524A (en) | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Fis Inc | Semiconductor gas sensor element |
JP2017110942A (en) | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 東京計器株式会社 | Gas detection element and method for producing the same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6358246A (en) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | Oxygen sensor |
JP3197841B2 (en) * | 1997-04-15 | 2001-08-13 | 三興商事株式会社 | Measurement method of odor intensity in aqueous solution |
-
2018
- 2018-04-27 JP JP2018087571A patent/JP7137280B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007510934A (en) | 2003-11-12 | 2007-04-26 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | System and method for detecting and analyzing gas |
JP2009168449A (en) | 2007-01-16 | 2009-07-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2014092524A (en) | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Fis Inc | Semiconductor gas sensor element |
JP2017110942A (en) | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 東京計器株式会社 | Gas detection element and method for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019191123A (en) | 2019-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7155192B2 (en) | Systems and methods for determining at least one property of matter | |
JP4580405B2 (en) | Hydrogen gas sensor | |
JP5155546B2 (en) | Contact combustion type gas detection element and manufacturing method thereof | |
JPH11501730A (en) | Gas sensor | |
JP7137280B2 (en) | Freon gas sensor | |
JP6537154B2 (en) | Gas sensor | |
JP7403232B2 (en) | Semiconductor gas detection element | |
JP4532671B2 (en) | Hydrogen gas detector | |
JP4041228B2 (en) | CFC gas sensor and manufacturing method thereof | |
RU2403563C1 (en) | Differential sensor for gas analyser | |
JP4806232B2 (en) | Semiconductor gas sensor and semiconductor gas sensor for gas chromatograph | |
JP2009002888A (en) | Contact combustion type gas sensor | |
JPS628048A (en) | Gas sensor and manufacture thereof | |
KR20200005553A (en) | Temperature determination method of solid electrolyte gas sensor | |
JPS628135B2 (en) | ||
RU91763U1 (en) | DIFFERENTIAL GAS SENSOR | |
KR20220131862A (en) | Hydrogen gas sensor | |
JPS6128934B2 (en) | ||
JPH0230460B2 (en) | GASUKENCHISOSHI | |
JPS6128932B2 (en) | ||
KR20220136151A (en) | Hydrogen gas sensor | |
TW202239708A (en) | Halogenated gas sensor, method of manufacturing the same, and method of detecting halogenated gas using the same | |
JPH04295751A (en) | Moisture-quantity measuring method | |
JPS59107252A (en) | Gas detecting element | |
KR20220131863A (en) | Hydrogen gas sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210420 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220324 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220705 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220711 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220802 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220831 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7137280 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |