JPH0318935Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、熱伝導度検出器に関し、更に詳しく
は、被測定ガス中の各成分ガスが有する熱伝導度
を検出することにより被測定ガスの定性若しくは
定量を行なう熱伝導度検出器に関するものであ
る。

第１図は、熱伝導度検出器の従来例の回路説明
図であり、図中、１は定電流電源、２は純粋なキ
ヤリアガスが流れる参照ガス用流路、３はサンプ
ルガスを含むことのあるキヤリアガスが流れる測
定ガス用流路、４ａ，４ｃは比較用のタングステ
ンフイラメント、４ｂ，４ｄは測定用のタングス
テンフイラメントであつてフイラメント４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄはホイートストーンブリツジを構
成しており、５，６は差動増幅器、７は可変電圧
電源である。図において、定電流電源１から供給
された所定の電流が、フイラメント４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに流れジユールの法則に従つて各フイ
ラメントが発熱する。一方、比較ガス用流路２に
は、純粋なキヤリアガスが流れてフイラメント４
ａ，４ｂから熱を奪い、測定用ガス流路３にはサ
ンプルガスを含むことのあるキヤリアガスは流れ
てフイラメント４ｂ，４ｄから熱を奪う。而し
て、サンプルガスの熱伝導度に応じて各フイラメ
ントの熱バランスが変化してホイートストーンブ
リツジに不平衡電圧が発生し、該不平衡電圧は差
動増幅器５により増幅されたのち、可変電圧電源
７と、差動増幅器６からなる減算回路でベース電
圧変動および不平衡電圧の初期値が減算されて出
力信号Eoutが与えられる。該出力Eoutは、サン
プルガスの熱伝導度に対応しており、該出力
Eoutからサンプルガスの定性若しくは定量が行
なわれる。

然し乍ら、上記従来例においては、フイラメン
ト４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは製品価格が高価な
上、機械的振動にも弱く、またキヤリアガスの流
れが停止するとキヤリアガスによるフイラメント
の冷却が妨げられてフイラメントの発熱が暴走
し、フイラメントの絶縁が害されたり溶断したり
する等の欠点があつた。

本考案は、かかる欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記欠点を全て取り除いた新
しい熱伝導度検出器を提供するにある。

本考案の特徴は、被測定ガス中の各成分ガスが
有する熱伝導度を検出することによつて、被測定
ガスの定性若しくは定量を行なう熱伝導度検出器
において、熱伝導性のよいヒートシンクに搭載さ
れた絶縁基板上に形成され抵抗温度係数の大きい
薄膜抵抗からなり、比較用ガスの流路におかれて
薄膜抵抗により構成される第１および第３の検出
素子と、熱伝導性のよいヒートシンクに搭載され
絶縁基板上に互いに近接して形成された抵抗温度
係数の大きい薄膜抵抗とヒータ抵抗とからなり、
測定用ガスの流路におかれて薄膜抵抗により構成
される第２および第４の検出素子とでホイートス
トーンブリツジを構成し、測定ガスに起因する前
記第２および第４の検出素子の熱量変化を前記第
１および第２のヒータ素子の発熱で補償し、該補
償熱量に対応する電力量から間接的に被測定ガス
の熱伝導度を検出することにある。

以下、本考案について図を用いて詳細に説明す
る。第２図は、本考案の実施例の構成説明図であ
り、図中、８は差動増幅器、９は乗演算器、１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは検出素子、１１
ａ，１１ｂはヒータ素子、１３はトランジスタ、
１２，１５は定電圧電源、１４は可変抵抗器であ
り、可変抵抗器１４と定電圧電源１５で初期値設
定回路を構成している。尚、第２図において、第
１図と同一記号は同一意味をもたせて使用し、こ
こでの説明は省略する。また、比較ガス用流路２
および測定ガス流路３における検出素子の収納部
は、第２図に例示した拡散型構造（キヤリアガス
等が拡散して薄膜素子に接する構造）に限定され
るものではなく、キヤリアガス等が検出素子に効
率よく接することができる構成の範囲内で種々の
変形は可能であり、例えばキヤリアガス等が検出
素子上を直接通過する直通型構造若しくは上記拡
散型と直通型を組合わせた半拡散型構造であつて
もよい。更に、第２図において、比較ガス用流路
２に設けられた検出素子１０ａ，１０ｃと測定用
ガス流路３に設けられた検出素子１０ｂ，１０ｄ
はホイートストーンブリツジを構成するととも
に、ヒータ素子１１ａ，１１ｂは夫々検出素子１
０ｂ，１０ｄと近接して設けられている。また、
ヒータ素子１１ａ，１１ｂは、定電圧電源１２お
よびトランジスタ１３とともにヒータ回路を構成
しており、該ヒータ回路の接続点ＣおよびＤに接
続する差動増幅器６，８および２乗演算器９でヒ
ータ加熱電力の測定回路を構成している。

また、第３図は、本考案に係る検出素子周辺部
の一実施例を示す説明図であつてイは平面図、ロ
は側面図であり、図中、２１は絶縁基板、２２は
ヒータ素子、２３は検出素子、２４ａ，２４ｂは
ヒータ素子の外部端子、２５ａ，２５ｂは検出素
子の外部端子、２６はヒートシンクである。図に
おいて、ヒータ素子２２と検出素子２３は、例え
ば間隔数＋ミクロンで近接し熱的に密な結合と電
気的絶縁を果している。尚、ヒータ素子２２と検
出素子２３は異なる材料で構成してもよいし同一
材料（例えば白金）で構成してもよい。

更に、第４図は、本考案に係る検出素子周辺部
に他の実施例を示す説明図であつてイは平面図、
ロは側面図であり、図中、２７は厚さの十分薄い
絶縁被膜である。尚、第４図において、第３図と
同一記号は同一意味をもたせて使用しここでの説
明は省略する。また、第４図において、ヒータ素
子２２と検出素子２３は絶縁被膜２７を介して基
板２１上に積層されており、絶縁被膜２７の厚さ
が十分薄い為ヒータ素子２２と検出素子２３は熱
的に密な結合と電気的絶縁を果している。尚、第
３図および第４図において、ヒートシンク２６
は、検出素子２３等における余剰の熱を放散させ
る役割を果している。

以下、本考案の実施例の動作について説明す
る。初め 第２図における比較ガス用流路２およ
び測定ガス用流路３にともに純粋なキヤリアガス
が流れた状態で、定電圧電源１２をオフとする。
また、あらかじめ比較ガス用流路２に流れるガス
流量よりも測定ガス用流路３に流れるガス流量が
少なくなるように調整する。尚、検出素子１０
ｂ，１０ｄの抵抗値を検出素子１０ｂ，１０ｄの
抵抗値よりも大きくしたり、検出素子１０ａ，１
０ｃを専用ヒータ等で加熱したりすれば、比較ガ
ス用流路２と測定ガス用流路３に流れる流量が同
じであつても、比較ガス用流路２に流れるガス流
量が測定ガス用流路３に流れるガス流量よりも多
いときと同様の効果が得られる。而して、上記ガ
ス流量調節等により、検出素子１０ａ，１０ｃの
温度が検出素子１０ｂ，１０ｄの温度より高くな
る。次に、定電圧電源１２の電源をONとする
と、ホイートストーンブリツジに不平衡電圧が発
生し、該不平衡電圧が差動増幅器５へ供給され
る。而して、差動増幅器５の出力により、ヒータ
素子１１ａ，１１ｂに電流が流れ、ヒータ素子１
１ａ，１１ｂの加熱によつて検出素子１０ａ，１
０ｃの温度が検出素子１０ｂ，１０ｄの温度と同
一となる。この状態で差動増幅器５の出力が零と
なるように初期値設定回路の可変抵抗器１４を調
整する。また、差動増幅器６の出力が零となるよ
うに可変電圧電源７を設定する。

次に、以下の動作により測定状態に入る。すな
わち、測定ガス用流路３に測定ガスを含むキヤリ
アガスが流れると、測定ガスの熱伝導度に応じて
検出素子１０ｂ，１０ｄから奪われる熱量が増加
し、ホイートストーンブリツジのバランスがくず
れて不平衡電圧が発生し、該不平衡電圧が差動増
幅器５へ供給される。また、差動増幅器５の出力
は、トランジスタ１３のベースに与えられてトラ
ンジスタ１３の出力を制御し、奪われた熱量を補
給してブリツジのバランスを回復する。一方、ヒ
ータ回路の接続点ＣおよびＤから出力される電位
差はヒータ素子１１ａ，１１ｂが補給した熱量に
対応しており、該電圧は差動増幅器８により増幅
されたのち、２乗演算器９で２乗され、その後可
変電圧電源７と差動増幅器６からなる減産回路で
ベース電圧変動および不均衡電圧の初期値が減産
され、出力信号Poutとして出力される。而して、
出力信号Poutは、電力量であつてヒータ素子１
１ａ，１１ｂにおける消費熱量に対応し、該消費
熱量は検出素子１０ｂ，１０ｄがサンプルガスに
よつて奪われた熱量相当する。従つて、出力信号
Poutからサンプルガスの熱伝導度が相対的に検
出され、サンプルガスの定性若しくは定量が行な
われる。

以上、詳しく説明したような本考案の実施例に
よれば、前記従来例と異なり、検出素子における
余剰の熱は検出素子に基盤を介して付着されてい
るヒートシンクによつて放散されるために、検出
素子へ供給されているキヤリアガス等の流れが停
止しキヤリアガス等による放熱が妨げられても、
検出素子やヒータ素子における発熱が暴走し、検
出素子やヒータ素子の絶縁が害されたり溶断した
りすることはない。また、本考案に係る検出素子
やヒータ素子は、前記従来例のタングステンフイ
ラメントに比して、製品価格が安い上機械的振動
にも強いという利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱伝導度検出器の従来例の回路説明
図、第２図は本考案の実施例の回路説明図、第３
図は本考案に係る検出素子周辺部の一実施例を示
す平面図および側面図、第４図は本考案に係る検
出素子周辺部の他の実施例を示す平面図および側
面図である。 １……定電流電源、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…
…タングステンフイラメント、５，６，８……差
動増幅器、７……可変電圧電源、９……２乗演算
器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，２３……
検出素子、１１ａ，１１ｂ，２２……ヒータ素
子、１２，１５……定電圧電源、１４……可変抵
抗器、２１……基板、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，
２５ｂ……接続端子、２６……ヒートシンク。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 比較用のガス流路におかれてホイートストー
   ンブリツジの第１の対辺を構成する第１および
   第３の検出素子と、前記ホイートストーンブリ
   ツジの第２の対辺を構成するとともにヒータ抵
   抗が近接して設けられている第２および第４の
   検出素子と、前記ホイートストーンブリツジに
   供電する手段と、前記ホイートストーンブリツ
   ジの出力電圧に応じて前記第２および第４の検
   出素子のヒータ抵抗に供電した前記ホイートス
   トーンブリツジを平衡させる手段と、前記ヒー
   タへの供電に基ずいて被測定ガスの熱伝導度を
   求める手段とを具備する熱伝導度検出器におい
   て、前記第１乃至第４の検出素子が、熱伝導性
   のよいヒートシンクに搭載された絶縁基板上に
   形成され且つ抵抗温度係数の大きい薄膜抵抗か
   らなることを特徴とする熱伝導度検出器。 (2) 前記第２および第４の検出素子は、薄膜抵抗
   とヒータ抵抗が絶縁被膜を介して積層されてい
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の熱伝導度検出器。