JPH0312701B2 - - Google Patents
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- JPH0312701B2 JPH0312701B2 JP58062075A JP6207583A JPH0312701B2 JP H0312701 B2 JPH0312701 B2 JP H0312701B2 JP 58062075 A JP58062075 A JP 58062075A JP 6207583 A JP6207583 A JP 6207583A JP H0312701 B2 JPH0312701 B2 JP H0312701B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、加熱体にガス感応半導体を被覆し
て２端子構造に形成した２端子形半導体ガス検知
素子に関するものである。
て２端子構造に形成した２端子形半導体ガス検知
素子に関するものである。
従来のガス検知素子は、白金蒸着膜等により
形成された加熱体の回路とSnO2等の金属酸化物
半導体により形成されたガス検知半導体の回路と
を絶縁板を介して電気的に絶縁し、かつ加熱体と
ガス検知半導体の各両端にそれぞれ端子を設けて
４端子構造としたもの、また上記加熱体とガス
検知半導体の各回路のいずれか一端を接続してそ
れぞれに端子を設けて３端子構造としたものがあ
る。
形成された加熱体の回路とSnO2等の金属酸化物
半導体により形成されたガス検知半導体の回路と
を絶縁板を介して電気的に絶縁し、かつ加熱体と
ガス検知半導体の各両端にそれぞれ端子を設けて
４端子構造としたもの、また上記加熱体とガス
検知半導体の各回路のいずれか一端を接続してそ
れぞれに端子を設けて３端子構造としたものがあ
る。
ところで上記素子においては、清浄大気中で
は、加熱体（ヒータ）により加熱、センサ自
体を流れる電流によるジユール加熱の両方によつ
て、センサは一定の高温状態に保持され、いわゆ
るガス待ち状態でのベース値が定まる。また、
とは互いに独立ではなく、の変化により半導
体の温度が変動し、さらに抵抗値（ベース値）が
変動し、のジユール加熱も変わる。このような
温度変動を伴うベース値の変動は、一定濃度ガス
中での出力の変動の大きな原因となる。の変動
の原因としては、ヒータ電圧の変動、の変動の
原因としては環境の温度、湿度の変動があげられ
る。
は、加熱体（ヒータ）により加熱、センサ自
体を流れる電流によるジユール加熱の両方によつ
て、センサは一定の高温状態に保持され、いわゆ
るガス待ち状態でのベース値が定まる。また、
とは互いに独立ではなく、の変化により半導
体の温度が変動し、さらに抵抗値（ベース値）が
変動し、のジユール加熱も変わる。このような
温度変動を伴うベース値の変動は、一定濃度ガス
中での出力の変動の大きな原因となる。の変動
の原因としては、ヒータ電圧の変動、の変動の
原因としては環境の温度、湿度の変動があげられ
る。
従来の３端子または４端子構造の素子では上述
したように電源電圧変動によるベース値、一定濃
度のガス中の出力値の変動が大きいという欠点が
あつた。
したように電源電圧変動によるベース値、一定濃
度のガス中の出力値の変動が大きいという欠点が
あつた。
この発明は、上記の欠点を解消するためになさ
れたもので、正の抵抗温度係数をもつ単一の貴金
属線からなる加熱体の負の抵抗温度係数をもつガ
ス感応半導体を被覆して２端子構造とすることに
より構造が簡単で上記，の変動原因によるベ
ース値、ガス中での値の変化の少ない２端子形半
導体ガス検知素子を提供するものである。以下こ
の発明について説明する。
れたもので、正の抵抗温度係数をもつ単一の貴金
属線からなる加熱体の負の抵抗温度係数をもつガ
ス感応半導体を被覆して２端子構造とすることに
より構造が簡単で上記，の変動原因によるベ
ース値、ガス中での値の変化の少ない２端子形半
導体ガス検知素子を提供するものである。以下こ
の発明について説明する。
この発明によるセンサが従来の３端子または４
端子の半導体式センサと異なるのは、ヒータであ
る単一の貴金属線からなる加熱体が、信号検出の
機能を兼ねていることである。つまり、電気的に
はヒータの抵抗（その値をRAとする）と、半導
体の抵抗（その値をRBとする）が並列回路を構
成しているとみなすことが可能である。従つて、
模式的には第２図のような回路になり、両端子
L1，L2での合成抵抗R′は次式で表わすことがで
きる。
端子の半導体式センサと異なるのは、ヒータであ
る単一の貴金属線からなる加熱体が、信号検出の
機能を兼ねていることである。つまり、電気的に
はヒータの抵抗（その値をRAとする）と、半導
体の抵抗（その値をRBとする）が並列回路を構
成しているとみなすことが可能である。従つて、
模式的には第２図のような回路になり、両端子
L1，L2での合成抵抗R′は次式で表わすことがで
きる。
R′＝RARB／RA＋RB
ガス吸着によつて変動するのはRBである。
次に、温度の変動による合成抵抗R′の変動に
ついて説明する。
ついて説明する。
一般に、加熱体に使用する貴金属において、温
度に対する電気的抵抗値RAの変化は第１図の直
線１に示すように直線的に変化し、 RA＝RAO（１＋AT） と近似できる。ここで、RAOは０℃における抵抗
値、Ａは抵抗温度係数で正であり、Ｔは温度
（℃）である。なお、第１図の縦軸は抵抗値Ｒを
示している。
度に対する電気的抵抗値RAの変化は第１図の直
線１に示すように直線的に変化し、 RA＝RAO（１＋AT） と近似できる。ここで、RAOは０℃における抵抗
値、Ａは抵抗温度係数で正であり、Ｔは温度
（℃）である。なお、第１図の縦軸は抵抗値Ｒを
示している。
また、ガス感応半導体に使用する金属酸化物半
導体においては、温度に対する電気的抵抗値RB
の変化は、第１図の曲線２に示すように変化す
る。そして、安定な温度T′の領域では抵抗の温
度依存は真性半導体のそれで近似でき、 となり、抵抗温度係数は負となる。ただし、
RBO，Ｂは正の定数、Ｔは絶対温度（〓）であ
る。
導体においては、温度に対する電気的抵抗値RB
の変化は、第１図の曲線２に示すように変化す
る。そして、安定な温度T′の領域では抵抗の温
度依存は真性半導体のそれで近似でき、 となり、抵抗温度係数は負となる。ただし、
RBO，Ｂは正の定数、Ｔは絶対温度（〓）であ
る。
合成抵抗R′の温度変化は低温領域では貴金属
線の抵抗が大きく効き、抵抗温度係数は正であ
る。また、高温領域では半導体の抵抗が大きく効
き、抵抗温度係数は負になる（第３図参照）。し
たがつて、４つのパラメータRAO，Ａ，RBO，Ｂ
の適当な組み合わせによつて、第３図に示すよう
に温度T′の領域でＲの温度依存度を見掛上ほと
んど０にすることが可能である。
線の抵抗が大きく効き、抵抗温度係数は正であ
る。また、高温領域では半導体の抵抗が大きく効
き、抵抗温度係数は負になる（第３図参照）。し
たがつて、４つのパラメータRAO，Ａ，RBO，Ｂ
の適当な組み合わせによつて、第３図に示すよう
に温度T′の領域でＲの温度依存度を見掛上ほと
んど０にすることが可能である。
温度T′の領域ではヒータ電源電圧の変動、
周囲の温度変動の両方に対して、ベースの変動
のないセンサを得ることができる。
周囲の温度変動の両方に対して、ベースの変動
のないセンサを得ることができる。
次に上記原理に基づいて形成されたガス検知素
子について説明する。
子について説明する。
第４図はこの発明の一実施例を示す斜視図で、
１１は耐熱性で電気的に絶縁性を有する円筒また
は円柱状の支持体、１２は前記指示体１１の外周
の白金蒸着膜で形成され電極を兼ねた加熱体で所
定の抵抗値となるようにらせん状にトリミングさ
れている。１３は前記加熱体１２の外周と接触
し、SnO2等の金属酸化物半導体で被覆されたガ
ス感応半導体、１４，１５はそれぞれ加熱体１２
とガス感応半導体１３の両端に接続されたリード
線である。
１１は耐熱性で電気的に絶縁性を有する円筒また
は円柱状の支持体、１２は前記指示体１１の外周
の白金蒸着膜で形成され電極を兼ねた加熱体で所
定の抵抗値となるようにらせん状にトリミングさ
れている。１３は前記加熱体１２の外周と接触
し、SnO2等の金属酸化物半導体で被覆されたガ
ス感応半導体、１４，１５はそれぞれ加熱体１２
とガス感応半導体１３の両端に接続されたリード
線である。
第５図はこの発明の他の実施例を示すもので、
２１は平板状の支持体、２２は加熱体、２３はガ
ス感応半導体、２４，２５はリード線である。
２１は平板状の支持体、２２は加熱体、２３はガ
ス感応半導体、２４，２５はリード線である。
第６図はこの発明のさらに他の実施例を示すも
ので、支持体がなく、コイル状の加熱体２２上を
回転だ円形状のガス感応半導体２３がおおつてい
る。
ので、支持体がなく、コイル状の加熱体２２上を
回転だ円形状のガス感応半導体２３がおおつてい
る。
なお、第６図の各部分は第５図と同一材質のも
のが使用されている。
のが使用されている。
第７図、第８図は第４図の２端子形半導体ガス
感応素子を使用した回路の一例を示すものであ
る。これらの図で、Ｓは２端子形半導体ガス検知
素子、Ｅは電源（電源電圧も示す）、Ｖは出力検
出器（出力電圧も示す）、R0，R1，R2は負荷抵抗
器、、R3は零点調整の可変抵抗器である。その他
第４図と同一符号は同一部分を示す。 また、第
５図、第６図の２端子形半導体ガス検知素子を使
用しても同一の回路となる。
感応素子を使用した回路の一例を示すものであ
る。これらの図で、Ｓは２端子形半導体ガス検知
素子、Ｅは電源（電源電圧も示す）、Ｖは出力検
出器（出力電圧も示す）、R0，R1，R2は負荷抵抗
器、、R3は零点調整の可変抵抗器である。その他
第４図と同一符号は同一部分を示す。 また、第
５図、第６図の２端子形半導体ガス検知素子を使
用しても同一の回路となる。
第９図はこの発明による実験データの一例を示
すもので、電源電圧Ｅ（温度に対応）と出力電圧
Ｖとの関係を示し、曲線ａはH2ガス、曲線ｂは
CO：H2＝２：１の混合ガス、曲線ｃはC2H5OH
ガス、、曲線ｄはCOガス、曲線ｅはCH4ガス、曲
線ｆはベース（空気）を示し、各ガスはいずれも
100ppmのものであり、用いた２端子形半導体ガ
ス検知素子は10ケを用いてその平均値をプロツト
して各曲線を得たものである。
すもので、電源電圧Ｅ（温度に対応）と出力電圧
Ｖとの関係を示し、曲線ａはH2ガス、曲線ｂは
CO：H2＝２：１の混合ガス、曲線ｃはC2H5OH
ガス、、曲線ｄはCOガス、曲線ｅはCH4ガス、曲
線ｆはベース（空気）を示し、各ガスはいずれも
100ppmのものであり、用いた２端子形半導体ガ
ス検知素子は10ケを用いてその平均値をプロツト
して各曲線を得たものである。
この図からわかるように、電源電圧2.6ボルト
以上ではほとんど変動がなく、これは電源電圧変
動に対応し出力電圧が変動しないことを示してい
る。
以上ではほとんど変動がなく、これは電源電圧変
動に対応し出力電圧が変動しないことを示してい
る。
以上詳細に説明したように、この発明は正の抵
抗温度係数を有する加熱体と、この単一の貴金属
線からなる加熱体を密着しておおつて接続された
負の抵抗温度係数を有するガス感応半導体とで構
成し、しかも使用温度において加熱体の抵抗温度
係数とガス感応半導体の抵抗温度係数とが相殺さ
れるように選定したので、温度の変動に対し出力
の変動の少ないガス検知素子を得ることができる
利点がある。
抗温度係数を有する加熱体と、この単一の貴金属
線からなる加熱体を密着しておおつて接続された
負の抵抗温度係数を有するガス感応半導体とで構
成し、しかも使用温度において加熱体の抵抗温度
係数とガス感応半導体の抵抗温度係数とが相殺さ
れるように選定したので、温度の変動に対し出力
の変動の少ないガス検知素子を得ることができる
利点がある。
第１図は貴金属とガス感応半導体に用いる金属
酸化物半導体の温度に対する電気的抵抗値の変化
を示す図、第２図は加熱体とガス感応半導体とを
電気的に並列に接続した場合の等価回路図、第３
図は第２図の等価回路の温度に対する電気的抵抗
値の変化を示す図、第４図はこの発明の一実施例
を示す一部を破断して示した斜視図、第５図、第
６図はいずれもこの発明の他の実施例を示す一部
を破断して示した斜視図、第７図、第８図はこの
発明による２端子形半導体ガス検知素子を使用し
た回路の例をそれぞれ示す図、第９図はこの発明
による実験データの一例で、電源電圧と出力電圧
との関係を示す図である。 図中、１１，２１は支持体、１２，２２は加熱
体、１３，２３はガス感応半導体、１４，１５，
２４，２５はリード線である。
酸化物半導体の温度に対する電気的抵抗値の変化
を示す図、第２図は加熱体とガス感応半導体とを
電気的に並列に接続した場合の等価回路図、第３
図は第２図の等価回路の温度に対する電気的抵抗
値の変化を示す図、第４図はこの発明の一実施例
を示す一部を破断して示した斜視図、第５図、第
６図はいずれもこの発明の他の実施例を示す一部
を破断して示した斜視図、第７図、第８図はこの
発明による２端子形半導体ガス検知素子を使用し
た回路の例をそれぞれ示す図、第９図はこの発明
による実験データの一例で、電源電圧と出力電圧
との関係を示す図である。 図中、１１，２１は支持体、１２，２２は加熱
体、１３，２３はガス感応半導体、１４，１５，
２４，２５はリード線である。
Claims (1)
- １ 正の抵抗温度係数を有する単一の貴金属線か
らなる加熱体と、この加熱体を密着しておおつて
接続された負の抵抗温度係数を有するガス感応半
導体とからなり、前記加熱体とガス感応半導体と
の合成抵抗でガスを検出する半導体ガス検知素子
において、使用温度において前記加熱体の抵抗変
化分と前記ガス感応半導体の抵抗変化分とが相殺
されるように前記両者の抵抗値と抵抗温度係数を
選定したことを特徴とする２端子形半導体ガス検
知素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58062075A JPS59188549A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | ２端子形半導体ガス検知素子 |
| KR1019840000885A KR870001052B1 (ko) | 1983-03-29 | 1984-02-23 | 열선형 반도체 가스 검지장치 |
| EP19840301211 EP0120605B1 (en) | 1983-03-29 | 1984-02-24 | Gas detecting apparatus |
| DE8484301211T DE3468739D1 (en) | 1983-03-29 | 1984-02-24 | Gas detecting apparatus |
| CA000448849A CA1215758A (en) | 1983-04-11 | 1984-03-05 | Semiconductor type gas sensor having two terminals |
| US06/750,226 US4688014A (en) | 1983-04-11 | 1985-06-28 | Semiconductor type gas sensor having two terminals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58062075A JPS59188549A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | ２端子形半導体ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59188549A JPS59188549A (ja) | 1984-10-25 |
| JPH0312701B2 true JPH0312701B2 (ja) | 1991-02-20 |
Family
ID=13189591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58062075A Granted JPS59188549A (ja) | 1983-03-29 | 1983-04-11 | ２端子形半導体ガス検知素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4688014A (ja) |
| JP (1) | JPS59188549A (ja) |
| CA (1) | CA1215758A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2030693T3 (es) * | 1986-10-28 | 1992-11-16 | Figaro Engineering Inc. | Sensor y procedimiento para su fabricacion. |
| JP3046353B2 (ja) * | 1991-04-05 | 2000-05-29 | ビージー・ピーエルシー | 酸化錫ガスセンサー |
| CN101464467A (zh) * | 2007-12-21 | 2009-06-24 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 多功能便携式电子装置 |
| RU2509303C1 (ru) * | 2012-10-29 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Полупроводниковый газовый сенсор |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52138196A (en) * | 1976-05-13 | 1977-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas detecting element |
| JPS5396895A (en) * | 1977-02-03 | 1978-08-24 | Nitto Electric Ind Co | Gas sensor element |
| JPS5587941A (en) * | 1978-12-27 | 1980-07-03 | Toshiba Corp | Humidity sensor |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3901067A (en) * | 1973-06-21 | 1975-08-26 | Gen Monitors | Semiconductor gas detector and method therefor |
| US4234542A (en) * | 1979-01-29 | 1980-11-18 | Bendix Autolite Corporation | Thin coat temperature compensated resistance oxide gas sensor |
| JPS55166032A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-24 | Kanagawaken | Gas detecting element and gas detecting method |
| JPS568537A (en) * | 1979-07-03 | 1981-01-28 | Tdk Corp | Flammable gas detecting element |
| JPS5651655A (en) * | 1979-10-04 | 1981-05-09 | Asahi Glass Co Ltd | Gas-sensitive material for reducing gas |
| JPS56112638A (en) * | 1980-02-13 | 1981-09-05 | Nippon Denso Co Ltd | Gas component detecting element |
| US4396899A (en) * | 1980-04-16 | 1983-08-02 | Kabushiki Kaisha Kirk | Platinum thin film resistance element and production method therefor |
| DE3019387C2 (de) * | 1980-05-21 | 1986-01-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor mit einem in den Sensoraufbau integrierten Heizelement |
-
1983
- 1983-04-11 JP JP58062075A patent/JPS59188549A/ja active Granted
-
1984
- 1984-03-05 CA CA000448849A patent/CA1215758A/en not_active Expired
-
1985
- 1985-06-28 US US06/750,226 patent/US4688014A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52138196A (en) * | 1976-05-13 | 1977-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas detecting element |
| JPS5396895A (en) * | 1977-02-03 | 1978-08-24 | Nitto Electric Ind Co | Gas sensor element |
| JPS5587941A (en) * | 1978-12-27 | 1980-07-03 | Toshiba Corp | Humidity sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1215758A (en) | 1986-12-23 |
| JPS59188549A (ja) | 1984-10-25 |
| US4688014A (en) | 1987-08-18 |
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