JPH02263145A - 半導体式ガスセンサ - Google Patents
半導体式ガスセンサInfo
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- JPH02263145A JPH02263145A JP8525989A JP8525989A JPH02263145A JP H02263145 A JPH02263145 A JP H02263145A JP 8525989 A JP8525989 A JP 8525989A JP 8525989 A JP8525989 A JP 8525989A JP H02263145 A JPH02263145 A JP H02263145A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
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〕
本発明はガス漏れ警報器として用いられる半導体式ガス
センサに係り、特に内部層と外部層の構成に関する。
センサに係り、特に内部層と外部層の構成に関する。
酸化スズを用いた半導体式ガスセンサは、ＬＰガスまた
は都市ガスのガス漏れ警報器として広く用いられる。こ
れは酸化スズの電気抵抗が、可燃性ガスを含む空気中に
おいては清浄空気中よりも減少するという性質を利用す
る。この種のセンサでは通常、ガス感度（清浄大気中で
の抵抗値Ｒ８と可燃性ガスを含む大気中での抵抗値Ｒ９
との比（Ｒ，／Ｒ，））を増大させるため、パラジウム
白金などの貴金属を酸化スズに添加することが行われる
。電気抵抗の変化は例えば酸化スズ半導体層を検出用電
源および負荷抵抗と直列に接続し、負荷抵抗の端子間電
圧を検知することにより容易に検出することができる。
は都市ガスのガス漏れ警報器として広く用いられる。こ
れは酸化スズの電気抵抗が、可燃性ガスを含む空気中に
おいては清浄空気中よりも減少するという性質を利用す
る。この種のセンサでは通常、ガス感度（清浄大気中で
の抵抗値Ｒ８と可燃性ガスを含む大気中での抵抗値Ｒ９
との比（Ｒ，／Ｒ，））を増大させるため、パラジウム
白金などの貴金属を酸化スズに添加することが行われる
。電気抵抗の変化は例えば酸化スズ半導体層を検出用電
源および負荷抵抗と直列に接続し、負荷抵抗の端子間電
圧を検知することにより容易に検出することができる。
この際酸化スズ半導体層はヒータで所定温度に加熱され
る。
る。
酸化スズ半導体をガス漏れ警報器として用いる場合に必
要となるのがアルコール不感特性である。
要となるのがアルコール不感特性である。
これは調理あるいは燗に際して発生ずるエチルアルコー
ルのガスがガスセンサに触れ酸化スズガスセンサの電気
抵抗を減少させて誤報を発することに関係する。一般に
酸化スズガスセンサは、エチルアルコールに対して、Ｌ
Ｐガスの主成分であるイソブタンガスや都市ガスの主
成分であるメタンガスなどの炭化水素ガスに対するより
大きなガス感度（（Ｒ０／Ｒ９）を有する。したがって
アルコールに対するガス感度をできるだけ低減させ目的
とするガスのみに選択的に高感度で検出するセンサが要
求され、このために酸化スズ層またはその表面にエチル
アルコール不活性化処理が施される。この不活性処理は
、例えば酸化スズ層の外側表面を酸化触媒層で被覆して
エチルアルコールを酸化除去することにより行われる。
ルのガスがガスセンサに触れ酸化スズガスセンサの電気
抵抗を減少させて誤報を発することに関係する。一般に
酸化スズガスセンサは、エチルアルコールに対して、Ｌ
Ｐガスの主成分であるイソブタンガスや都市ガスの主
成分であるメタンガスなどの炭化水素ガスに対するより
大きなガス感度（（Ｒ０／Ｒ９）を有する。したがって
アルコールに対するガス感度をできるだけ低減させ目的
とするガスのみに選択的に高感度で検出するセンサが要
求され、このために酸化スズ層またはその表面にエチル
アルコール不活性化処理が施される。この不活性処理は
、例えば酸化スズ層の外側表面を酸化触媒層で被覆して
エチルアルコールを酸化除去することにより行われる。
酸化触媒としては、例えば白金、パラジウム等の貴金属
を活性アルミナに担持させた触媒が用いられる。
を活性アルミナに担持させた触媒が用いられる。
このアルコール不感特性は前述し−タの加熱用電源電圧
変動時においても満足する必要がある。
変動時においても満足する必要がある。
また酸化スズ半導体をガス漏れ警報器として用いる場合
には上述のアルコール不感特性の他、警報ガス濃度特性
が重要である。半導体式ガスセンサは前述したように電
源電圧によりヒータを加熱して使用されるが、電源電圧
が変動してセンサ温度が変化しても予め設定された警報
ガス濃度につきその変動幅が小さいことが要求される。
には上述のアルコール不感特性の他、警報ガス濃度特性
が重要である。半導体式ガスセンサは前述したように電
源電圧によりヒータを加熱して使用されるが、電源電圧
が変動してセンサ温度が変化しても予め設定された警報
ガス濃度につきその変動幅が小さいことが要求される。
［発明が解決しようとする課題〕
前述した酸化スズ層 （内部層）と酸化触媒層（外部層
）の２層からなる半導体式ガスセンサはセンサ温度を４
００℃以上に保持することよりアルコールに対する感度
をイソブタンに対する感度より小さくしてアルコール不
感特性を満足させることができるが警報ガス濃度特性に
関してはこれを満足させることが困難である。即ち外部
層である酸化触媒層においてはアルコールガスが酸化燃
焼する他イソブタン等の警報を目的とする可燃性ガスも
酸化燃焼するのであるが、電源電圧が高（なってセンサ
温度が上昇すると、イソブタンの酸化触媒層における燃
焼量が増大しその結果内部層の酸化スズ層に到達するイ
ソブタン量が減少して酸化スズ層の電気抵抗は増大しよ
うとする。これに対し、酸化スズ半導体は白金触媒を担
持している場合は負の温度特性を有しているため、セン
サ温度上昇により内部層である酸化スズ層の電気抵抗は
減少しようとする。このようにして酸化スズ層の電気抵
抗はこの２つの相きっ抗する作用の相対的な強弱によっ
て最終的に決定される。前述した活性アルミナからなる
酸化触媒層（外部層）と酸化スズ層 （内部層）の２層
からなる半導体式ガスセンサは前記２つの作用を丁度バ
ランスさせることが困難で、電源電圧の変動によつてイ
ソブタンの所定の警報ガス濃度におけるガスセンサの電
気抵抗が変化し、結果として警報ガス濃度が変化して半
導体式ガスセンサの信頼性を損なうことになる。
）の２層からなる半導体式ガスセンサはセンサ温度を４
００℃以上に保持することよりアルコールに対する感度
をイソブタンに対する感度より小さくしてアルコール不
感特性を満足させることができるが警報ガス濃度特性に
関してはこれを満足させることが困難である。即ち外部
層である酸化触媒層においてはアルコールガスが酸化燃
焼する他イソブタン等の警報を目的とする可燃性ガスも
酸化燃焼するのであるが、電源電圧が高（なってセンサ
温度が上昇すると、イソブタンの酸化触媒層における燃
焼量が増大しその結果内部層の酸化スズ層に到達するイ
ソブタン量が減少して酸化スズ層の電気抵抗は増大しよ
うとする。これに対し、酸化スズ半導体は白金触媒を担
持している場合は負の温度特性を有しているため、セン
サ温度上昇により内部層である酸化スズ層の電気抵抗は
減少しようとする。このようにして酸化スズ層の電気抵
抗はこの２つの相きっ抗する作用の相対的な強弱によっ
て最終的に決定される。前述した活性アルミナからなる
酸化触媒層（外部層）と酸化スズ層 （内部層）の２層
からなる半導体式ガスセンサは前記２つの作用を丁度バ
ランスさせることが困難で、電源電圧の変動によつてイ
ソブタンの所定の警報ガス濃度におけるガスセンサの電
気抵抗が変化し、結果として警報ガス濃度が変化して半
導体式ガスセンサの信頼性を損なうことになる。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は外部層
におけるイソブタンの酸化燃焼量の増減とセンサ温度の
上下とによりひきおこされる酸化スズ層の電気抵抗変化
が相互にバランスするようにして電源電圧変動があって
もアルコールガスによる誤動作がないうえ警報ガス濃度
の安定した半導体式ガスセンサを提供することにある。
におけるイソブタンの酸化燃焼量の増減とセンサ温度の
上下とによりひきおこされる酸化スズ層の電気抵抗変化
が相互にバランスするようにして電源電圧変動があって
もアルコールガスによる誤動作がないうえ警報ガス濃度
の安定した半導体式ガスセンサを提供することにある。
上述の目的はこの発明によれば、基板上に可燃性ガスと
接触して電気抵抗を減ずる酸化スズよりなる内部層と酸
化触媒として働く外部層とを積層してなる半導体式ガス
センサにおいて、白金触媒を０．２〜０．６重量％担持
した酸化スズよりなる内部層と、白金触媒を１．０〜２
．４重量％担持した酸化スズよりなる外部層を備えるこ
とにより達成される。
接触して電気抵抗を減ずる酸化スズよりなる内部層と酸
化触媒として働く外部層とを積層してなる半導体式ガス
センサにおいて、白金触媒を０．２〜０．６重量％担持
した酸化スズよりなる内部層と、白金触媒を１．０〜２
．４重量％担持した酸化スズよりなる外部層を備えるこ
とにより達成される。
ガスセンサの電気抵抗は白金触媒の相対的に少ない内部
層の電気抵抗によって決定される。内部層の電気抵抗は
外部層より小さい。
層の電気抵抗によって決定される。内部層の電気抵抗は
外部層より小さい。
外部層を酸化スズで形成しさらに白金触媒量を１．０重
量％以上にすると電源電圧が変動しても外部層でアルコ
ールが選択的に酸化燃焼されガスセンサの電気抵抗を決
める内部層に到達するアルコール量が減る。さらに外部
層、内部層の白金担持量を所定量にすると、０．１〜０
．３重量％のイソブタン警報ガス濃度においてガスセン
サの電気抵抗値Ｒ９が広い温度範囲にわたり一定になる
。
量％以上にすると電源電圧が変動しても外部層でアルコ
ールが選択的に酸化燃焼されガスセンサの電気抵抗を決
める内部層に到達するアルコール量が減る。さらに外部
層、内部層の白金担持量を所定量にすると、０．１〜０
．３重量％のイソブタン警報ガス濃度においてガスセン
サの電気抵抗値Ｒ９が広い温度範囲にわたり一定になる
。
次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係るガスセンサの断面図で
ある。アルミナ基板１３上に白金触媒を担持した酸化ス
ズからなる内部層１２が形成され、さらにその上に白金
触媒を担持した酸化スズからなる外部層１７が積層され
る。電気抵抗は電極１１を介して測定される。１５はヒ
ータである。内部層１２および外部層１７は以下の方法
で形成される。まず市販酸化スズ粉末（比表面積５０ｍ
２／ｇ、中心粒径５μｍ）を粉砕機で中心粒径１μｍと
なるように粉砕し、この粉末に所定の白金担持量となる
ように塩化白金酸水溶液を添加し、１１０°ｃ、２時間
攪拌乾燥後、６００℃、３時間熱処理する。次にこの粉
末にシリカゾル５重量％および少量の純水を加えて乳バ
チで混合しペースト状とする。このペーストをスクリー
ン印刷法によりアルミナ基板１３上に３０〜１００咀の
厚さで塗布し、８００°Ｃで１５分間熱処理してアルミ
ナ基板上に固着させ内部層１２を形成する。次に内部層
と同様の方法により所定の白金量を担持した酸化スズ粉
末を用いてスクリーン印刷法により内部層１２を被覆す
るように外部層１７を形成する。
ある。アルミナ基板１３上に白金触媒を担持した酸化ス
ズからなる内部層１２が形成され、さらにその上に白金
触媒を担持した酸化スズからなる外部層１７が積層され
る。電気抵抗は電極１１を介して測定される。１５はヒ
ータである。内部層１２および外部層１７は以下の方法
で形成される。まず市販酸化スズ粉末（比表面積５０ｍ
２／ｇ、中心粒径５μｍ）を粉砕機で中心粒径１μｍと
なるように粉砕し、この粉末に所定の白金担持量となる
ように塩化白金酸水溶液を添加し、１１０°ｃ、２時間
攪拌乾燥後、６００℃、３時間熱処理する。次にこの粉
末にシリカゾル５重量％および少量の純水を加えて乳バ
チで混合しペースト状とする。このペーストをスクリー
ン印刷法によりアルミナ基板１３上に３０〜１００咀の
厚さで塗布し、８００°Ｃで１５分間熱処理してアルミ
ナ基板上に固着させ内部層１２を形成する。次に内部層
と同様の方法により所定の白金量を担持した酸化スズ粉
末を用いてスクリーン印刷法により内部層１２を被覆す
るように外部層１７を形成する。
内部層および外部層に担持する白金量については、種々
の組み合わせについてガスセンサを試作し、警報ガス濃
度特性とアルコール不感特性の２つの特性を同時に満足
する領域を見出した。結果が第１表に示される。
の組み合わせについてガスセンサを試作し、警報ガス濃
度特性とアルコール不感特性の２つの特性を同時に満足
する領域を見出した。結果が第１表に示される。
第１表
第１表中の上段は警報ガス濃度特性、下段はアルコール
不感特性を示す。各点１０個ずつのセンサについて９割
以上合格のものを○、それ以外を×で表わした。表に示
すように内部層の白金担持量が０．２〜０．６％でかつ
外部層の白金担持量が１．０〜２．４％の範囲にある場
合のみ両特性を同時に満足することがわかる。ここで、
アルコール不感特性の合否判定は次のように行われる。
不感特性を示す。各点１０個ずつのセンサについて９割
以上合格のものを○、それ以外を×で表わした。表に示
すように内部層の白金担持量が０．２〜０．６％でかつ
外部層の白金担持量が１．０〜２．４％の範囲にある場
合のみ両特性を同時に満足することがわかる。ここで、
アルコール不感特性の合否判定は次のように行われる。
電源電圧１００Ｖ 、０．２％イソブタンガス中での抵
抗値を警報発生レベルの抵抗値Ｒ９５とし、センサの抵
抗値がこのＲｇｓより小さくなった場合にガス漏れ警報
を発するように設定しておく。イソブタンガスあるいは
エチルアルコールガス濃度を０から徐々に増して警報を
発する時の濃度を求めそれぞれＣＢＣＡとする。電源電
圧を変動を考慮して９０Ｖ、１００Ｖ、ｌｌ０Ｖと変化
させても常にＣｎ＜ＣＡが成立する場合にアルコール不
感特性を合格と判定する。
抗値を警報発生レベルの抵抗値Ｒ９５とし、センサの抵
抗値がこのＲｇｓより小さくなった場合にガス漏れ警報
を発するように設定しておく。イソブタンガスあるいは
エチルアルコールガス濃度を０から徐々に増して警報を
発する時の濃度を求めそれぞれＣＢＣＡとする。電源電
圧を変動を考慮して９０Ｖ、１００Ｖ、ｌｌ０Ｖと変化
させても常にＣｎ＜ＣＡが成立する場合にアルコール不
感特性を合格と判定する。
また警報ガス濃度特性の合否判定は、同様の電圧変動に
対して常に０．１％≦ＣＢ≦０．３％である時に合格と
判定する。代表例として内部層と外部層に担持された白
金量がそれぞれ０．４重量％と１．８重量％の場合（曲
線ＡＬ ０．８重量％と１．８重量％の場合（曲線Ｂ）
、０．４重量％と５．０重量％の場合（曲線Ｃ）につき
センサ抵抗の温度依存性が第２図に示される。この図か
ら内部層と外部層の白金担持量が所定範囲内にある （
曲線Ａ）と、センサ抵抗が広い温度範囲にわたって一定
であることがわかる。
対して常に０．１％≦ＣＢ≦０．３％である時に合格と
判定する。代表例として内部層と外部層に担持された白
金量がそれぞれ０．４重量％と１．８重量％の場合（曲
線ＡＬ ０．８重量％と１．８重量％の場合（曲線Ｂ）
、０．４重量％と５．０重量％の場合（曲線Ｃ）につき
センサ抵抗の温度依存性が第２図に示される。この図か
ら内部層と外部層の白金担持量が所定範囲内にある （
曲線Ａ）と、センサ抵抗が広い温度範囲にわたって一定
であることがわかる。
なおイソブタンにかえてメタンを使用した場合について
も同様な結果が得られた。
も同様な結果が得られた。
この発明によれば、基板上に可燃性ガスと接触して電気
抵抗を減ずる酸化スズよりなる内部層と酸化触媒として
働く外部層とを積層してなる半導体式ガスセンサにおい
て、白金触媒を０．２〜０．６重量％担持した酸化スズ
よりなる内部層と、白金触媒を１．０〜２．４重量％担
持した酸化スズよりなる外部層を備えるので電源電圧が
変動してもアルコールガスが外部層においてよく酸化燃
焼してセンサの電気抵抗を決める酸化スズ内部層に到達
するアルコールガス量が少なくなり、アルコールによる
誤報発信のない半導体式ガスセンサが得られる。またセ
ンサ温度が上下して外部層における警報ガス （イソブ
タン等）の酸化燃焼量が増減ずることにより生ずる内部
層の電気抵抗変化と、センサ温度が上下して酸化スズ半
導体の抵抗温度特性により生ずる内部層の電気抵抗変化
とが丁度バランスして所定警報ガス濃度におけるセンサ
抵抗がセンサ温度の広い範囲にわたり一定となり、その
結果電源電圧変動に対して警報ガス濃度の安定した半導
体式ガスセンサが得られる。
抵抗を減ずる酸化スズよりなる内部層と酸化触媒として
働く外部層とを積層してなる半導体式ガスセンサにおい
て、白金触媒を０．２〜０．６重量％担持した酸化スズ
よりなる内部層と、白金触媒を１．０〜２．４重量％担
持した酸化スズよりなる外部層を備えるので電源電圧が
変動してもアルコールガスが外部層においてよく酸化燃
焼してセンサの電気抵抗を決める酸化スズ内部層に到達
するアルコールガス量が少なくなり、アルコールによる
誤報発信のない半導体式ガスセンサが得られる。またセ
ンサ温度が上下して外部層における警報ガス （イソブ
タン等）の酸化燃焼量が増減ずることにより生ずる内部
層の電気抵抗変化と、センサ温度が上下して酸化スズ半
導体の抵抗温度特性により生ずる内部層の電気抵抗変化
とが丁度バランスして所定警報ガス濃度におけるセンサ
抵抗がセンサ温度の広い範囲にわたり一定となり、その
結果電源電圧変動に対して警報ガス濃度の安定した半導
体式ガスセンサが得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る半導体式ガスセンサう
示す断面図、第２図はこの発明の実施例に係る半導体式
ガスセンサの抵抗温度依存性を示す線図である。 １１：電極、１２：内部層、１３：基板、１５：ヒータ
、第１図 第２図
示す断面図、第２図はこの発明の実施例に係る半導体式
ガスセンサの抵抗温度依存性を示す線図である。 １１：電極、１２：内部層、１３：基板、１５：ヒータ
、第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）基板上に可燃性ガスと接触して電気抵抗を減ずる酸
化スズよりなる内部層と酸化触媒として働く外部層とを
積層してなる半導体式ガスセンサにおいて、 白金触媒を０．２〜０．６重量％担持した酸化スズより
なる内部層と、白金触媒を１．０〜２．４重量％担持し
た酸化スズよりなる外部層を備えることを特徴とする半
導体式ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8525989A JPH02263145A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 半導体式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8525989A JPH02263145A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 半導体式ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02263145A true JPH02263145A (ja) | 1990-10-25 |
Family
ID=13853575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8525989A Pending JPH02263145A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 半導体式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02263145A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03162656A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-12 | Fuji Electric Co Ltd | ガスセンサ |
| JPH03172749A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-26 | Fuji Electric Co Ltd | ガスセンサ |
| US6634210B1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-10-21 | Delphi Technologies, Inc. | Particulate sensor system |
| JP2008241430A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | New Cosmos Electric Corp | 半導体式ガス検知素子 |
-
1989
- 1989-04-04 JP JP8525989A patent/JPH02263145A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03162656A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-12 | Fuji Electric Co Ltd | ガスセンサ |
| JPH03172749A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-26 | Fuji Electric Co Ltd | ガスセンサ |
| US6634210B1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-10-21 | Delphi Technologies, Inc. | Particulate sensor system |
| JP2008241430A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | New Cosmos Electric Corp | 半導体式ガス検知素子 |
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