JPH01295151A - ガス検出装置 - Google Patents

ガス検出装置

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JPH01295151A
JPH01295151A JP12544688A JP12544688A JPH01295151A JP H01295151 A JPH01295151 A JP H01295151A JP 12544688 A JP12544688 A JP 12544688A JP 12544688 A JP12544688 A JP 12544688A JP H01295151 A JPH01295151 A JP H01295151A
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JP
Japan
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gas
gas sensor
heating resistor
sensor
tin oxide
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Pending
Application number
JP12544688A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Haruki
春木 弘
Hiroshi Sakai
博 酒井
Shinichi Ochiwa
小知和 眞一
Kazunari Kubota
窪田 一成
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は酸化すず系半導体をガス感応体とするガス検
出装置、特にその加熱装置に関する。
〔従来の技術〕
酸化すず系半導体をガス感応体とする従来のガスセンサ
を第11図および第12図に示す。このガスセンサ10
aはアルミナ製のセンサ基板11の一方の面には第11
図に示すように一対の電極12.13が設けられ、この
電極12.13を跨いでガス感応体として酸化すず系半
導体14が設けられている。センサ基板11の他方の面
には第12図に示すように白金厚膜ヒータ17が設けら
れている。この白金厚膜ヒータ17は、このようなガス
センサ10aを一般家庭用ガス漏れ警報器に用いる場合
、被検ガスであるイソブタン、メタンおよび水素をガス
感応体により検知しガス漏れ警報器として必要な出力を
得るためにガスセンサ10aを常時350℃〜450℃
に加熱しておくためのものである。15.’16は酸化
すず系半導体14のリード線、18.19は白金厚膜ヒ
ータ17のリード線である。
白金厚膜ヒータ17を350℃〜450℃に加熱するた
めにヒータに印加される電圧は数〔v〕〜十数(V)程
度の低電圧であり、これを一般家庭用の商用交流100
(V)電源より得ようとする場合には第13図に示すよ
うに降圧用変圧器を用いる。第13図において1は商用
交流電源、2は降圧用変圧器、3は分圧抵抗器、4は警
報ブザー等を作動さ、せるために必要な出力■。を得る
ための負荷抵抗器、10aは前述したガスセンサである
。降圧用変圧器2の二次側出力はガスセンサ10のリー
ド線18゜19に接続される。このように発熱抵抗体と
して白金厚膜ヒータを用いるガスセンサを一般家庭用ガ
ス漏れ警報器に用いる場合には商用交流電源を降圧する
変圧器を必要とし、これがガス漏れ警報器の小形化、軽
量化、低価格化の障害となっていた。
この障害を取除くため、降圧用変圧器を用いることなく
商用交流電源100(V)を直接印加できる発熱抵抗体
材料として酸化ルテニウム(RuOz)を主成分とする
発熱抵抗体が注目されている。第14図はガスセンサ1
0bのセンサ基板11の他方の面に一対の電極20.2
1を設け、この電極20.21を跨いで酸化ルテニウム
系発熱抵抗体22を設け、電極20゜21にはそれぞれ
リード線23.24を接続したものである。センサ基板
11の一方の面は第11図と全く同じであるので図示省
略した。第15図はこのガスセンサ10bを商用交流電
源に接続した電気回路図で、第13図で示した降圧用変
圧器を用いることなく酸化ルテニウム系発熱抵抗体22
は電極20.21およびリードvA23,24を介して
商用交流電源1に直接接続されている。ガス感応体であ
る酸化すず系半導体の商用交流電源1への接続は第13
図と全く同じであるので説明は省略する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した酸化ルテニウム系発熱抵抗体を使用したガスセ
ンサ10bには降圧用変圧器を不要とすることからガス
漏れ警報器の小形化、軽量化、低価格化には有効である
が、つぎのような欠点をもっている。すなわち、この酸
化ルテニウム系発熱抵抗体22はガス感応体である酸化
すず系半導体14から必要な出力を得るために350℃
〜450℃のような高温で長期間使用した場合、酸化ル
テニウムの蒸発によりその電気抵抗値が増大するので流
れる電流値が減少し、これがため発熱機能が低下する。
本発明の目的は上述した事情に鑑み、降圧用変圧器を用
いることなく直接商用交流電源に接続し得るような、ま
た長期間使用しても全体の加熱効果が低下しないような
ガス検出装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的は本発明によれば、センサ基板の一方の面に酸
化すず系半導体からなるガス感応体を有し、前記センサ
基板の他方の面に発熱抵抗体を有するガス検出装置にお
いて、前記発熱抵抗体は酸化チルニウムを主成分とし、
清浄空気中および被検ガス雰囲気中で常時所定温度に加
熱される発熱抵抗体であるとともに前記酸化すず系半導
体からなるガス感応体の被検ガス雰囲気中での電気抵抗
の減少による発熱をガス感応体の加熱に利用することに
より達せられる。
〔作用〕
・酸化ルテニウムを主成分とする発熱体は降圧用変圧器
を用いることなく商用交流電源100vを直接印加でき
、清浄空気中および被検ガス雰囲気中で所定の温度で加
熱し、一方酸化すず系半導体は従来通りガス感応体とし
ての機能を有し、さらに被検ガス雰囲気中においては被
検ガスと反応してその電気抵抗値が減少し、これがため
電流が多く流れることにより発熱機能をも有するように
なり、前記酸化ルテニウム系発熱体の不足する発熱量を
補うので全体としての加熱量はガス感応体の温度を高め
るのに充分である。
〔実施例〕
第1図ないし第5図はそれぞれ本発明の一実施例を示し
、第1図はガスセンサの要部断面図、第2図は第1図の
P矢視平面図、第3図は第1図のQ矢視平面図、第4図
はガスセンサの組立斜視図、第5図は基本電気回路図で
ある。ガスセンサ30は次のようにして製造される。ま
ず第1図、第2図におけるアルミナ製のセンサ基板31
の一方の面に白金ペーストを塗布して焼成し一対の電極
32.33を形成する。この画電極32.33に跨がっ
て表面に次のような処理を行う。すなわち金属すずを硝
酸で酸化する・ことにより得られた酸化すず粉末にバイ
ンダを混合してペースト状とし、所定の形状に塗布して
800℃で30分間焼成したのち塩化パラジウム水溶液
に含浸し、空気中で600℃、3時間の熱処理を行ない
ガス感応機能および発熱機能をもつ酸化すず系半導体3
4を形成した。35.36は前記両電極32.33より
引出されるリード線である。次に第1図、第3図におけ
るアルミナ製のセンサ基板31の他方の面にも前記一方
の面で処理した方法と同じような一対の電極37.38
を形成する。この両極37.38に跨がって表面に酸化
ルテニウム系ペーストを塗布し、空気中で850℃、 
30分間焼成して酸化ルテニウム系発熱抵抗体39を形
成した。40゜41は前記両電極37.38より引出さ
れるリード線である。
このように構成したガスセンサ30は第4図に示すよう
に組立られる。ベース46に植設された一対のステム4
2,43には酸化すず系半導体34からのリード線35
.36をそれぞれ接続し、他の一対のステム44 、4
5には酸化ルテニウム系発熱抵抗体39からのリード線
40.41を接続している。このように組立られたガス
センサ30は第5図の基本電気回路に示すように接続す
る。すなわちガスセンサ30の酸化ルテニウム系発熱抵
抗体39はステム44,45を介して (降圧用変圧器
を用いることなく)商用交流電源47に直接接続する。
酸化すず系半導体34の一方のリード線36はステム4
2を介して商用交流電源47に接続し、他方のリード線
35はステム43を介し負荷抵抗器48を経由して商用
交流電源47に接続している。この負荷抵抗器48の両
端子から出力V。
が得られる。
第5図に示す基本電気回路において、酸化ルテニウム系
発熱抵抗体39の電気抵抗値は28〔KΩ〕になるよう
にトリミングし、負荷抵抗器48の電気抵抗値は12.
5(KΩ〕とした。この場合商用交流電源100(V)
を印加したとき酸化ルテニウム系発熱抵抗体39での消
費電力は0.35 〔W)で、ガスセンサ30の出力特
性を通常のガス注入法により実験した結果審第6図に示
す。第6図における縦軸は出力電圧〔V〕、横軸は被検
ガスとしてのイソブタン濃度〔%〕を示す。前記実験に
おいて、本発明によるガスセンサ30は清浄空気中では
酸化ルテニウム系発熱抵抗体39により 300℃に加
熱されているが、0.2%イソブタン中では、酸化すず
系半導体34の電気抵抗値が減少して電流が多く流れる
ようになり発熱する。この酸化すず系半導体34での発
熱量は酸化ルテニウム系発熱抵抗体39での発熱量に加
えられ、その結果ガスセンサー0aは前記300℃から
450℃に昇温する。
また前記酸化すず系半導体34の電気抵抗値の減少は負
荷抵抗器48にかかる分圧を高め、この両端子の出力電
圧港を大きくする効果もある。これの比較例として第1
3図で示した従来の基本電気回路により求めたガスセン
サー0aの出力例を第7図に示す。このガス”センサー
0aでは温度が450℃の時白金厚膜ヒーター7の印加
電圧は3.I  C’V)で′あり、一般家庭用商用交
流電源1の電圧100  (V)を降圧用変圧器2を用
いて降圧して印加しなければならなかった。他の比較例
として第15図で示した他の従来の基本電気回路により
求めたガスセンサー0bの出力例を第8図に示す。この
ガスセンサー0bでは曲線Aに示すような出力特性を得
るためには酸化ルテニウム系発熱抵抗体39の電力を大
きくしてガスセンサー0bの温度を450℃に維持して
おかねばならず、この場合には酸化ルテニウムの熱的劣
化が促進される。曲線Bで示す出力特性は酸化ルテニウ
ムの熱的劣化が生じない温度300°Cにガスセンサ1
0bを加熱して維持した場合であり、この場合は十分な
出力特性が得られない。
第9図はガスセンサ30または10bにおける0、2〔
%〕濃度のイソブタンに対する出力の経時安定性を示す
もので、縦軸は出力電圧〔■〕、横軸は通電時間〔日〕
である。図におC>る曲線Cは本発明によるガスセンサ
30、曲線り、Eは比較例として第14図1.第15図
で示したガスセンサ10bを温度450℃に加熱維持し
た場合(曲線D)と温度300℃に加熱維持した場合(
曲線E)である。図から明らかなように第14図、第1
5図で示したガスセンサ10bは低温(300℃)加熱
維持のときは出力は安定して得られるが出力の値が小さ
く、高温(450℃)加熱維持のときは初期には比較的
大きい出力が得られるが、経時とともに酸化ルテニウム
系発熱抵抗体39が劣化するため発熱量が少なくなって
ガスセンサ10bの温度が低くなり、出力も徐々に減少
する。これに対し本発明によるガスセンサ3oは曲線C
で示すように出力は大きく、しかも経時的にも安定して
いる。
〔発明の効果〕
この発明によればガス感応体である酸化すず系半導体に
被検ガス雰囲気中で発熱機能をもたせ、ガスセンサを加
熱する発熱抵抗体に酸化ルテニウムを主成分とする材料
を使うことにより、一般家庭用商用交流電源を用いてそ
の電源電圧を直接ガスセンサに印加して加熱することが
でき降圧用変圧器が不要であるためガスセンサは小形化
できる。
そしてがすセンサからの出力は従来よりも大きくかつ長
期にわたって安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図はそれぞれ本発明の一実施例を示し
、第1図はガスセンサの要部断面図、第2図は第1図の
P矢視平面図、第3図は第1図のQ矢視平面図、第4図
はガスセンサの組立斜視図、第5図は基本的電気回路図
、第6図ないし第8図はそれぞれガスセンサの出力特性
を表わす特性図、第9図はガスセンサの経時的出力特性
を表わす特性図、第11図は従来のガスセンサのガス感
応体側から見た平面図、第12図は同上ガスセンサの発
熱抵抗体側から見た平面図、第13図は同上ガスセンサ
の基本的電気回路図、第14図は従来のガスセンサの発
熱抵抗体として酸化ルテニウム系の材料を使用した平面
図、第15図は同上ガスセンサの基本的電気回路図であ
る。 30:ガスセンサ、31:センサ基板、34:酸化すず
系半導体、39二酸化ルテニウム系発熱抵抗体。 や −゛   剖ぐ −躬 ぐ 番      ((”i ビ             r) j                 r−一    
      C〈 LN      LN 手続補正書彷幻 昭和63年9月16日 3、補正をする者 事件との関係       出願人 任  所  川崎市川崎区田辺新田1番1号名 称 (
523)富士電機株式会社 4、代 理 人 住  所  川崎市川崎区田辺新田1番1号補  正 
 の  内  容 明細書第12頁において第2行目に「第11図」とある
のを「第10図」と、第3行目に「第12図」とあるの
を「第11図Jと、第4行目に「第13図」とあるのを
「第12図」と、第5行目に「第14図」とあるのを「
第13図」と、第7行目に「第15図]とあるのを「第
14図」とそれぞれ補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)センサ基板の一方の面に酸化すず系半導体からなる
    ガス感応体を有し、前記センサ基板の他方の面に発熱抵
    抗体を有するガス検出装置において、前記発熱抵抗体は
    酸化ルテニウムを主成分とし、清浄空気中および被検ガ
    ス雰囲気中で常時所定温度に加熱される発熱抵抗体であ
    るとともに前記酸化すず系半導体からなるガス感応体の
    被検ガス雰囲気中での電気抵抗の減少による発熱をガス
    感応体の加熱に利用することを特徴とするガス検出装置
JP12544688A 1988-05-23 1988-05-23 ガス検出装置 Pending JPH01295151A (ja)

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