JPH03272444A - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
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- JPH03272444A JPH03272444A JP2071653A JP7165390A JPH03272444A JP H03272444 A JPH03272444 A JP H03272444A JP 2071653 A JP2071653 A JP 2071653A JP 7165390 A JP7165390 A JP 7165390A JP H03272444 A JPH03272444 A JP H03272444A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は水素ガスの検出を行う水素ガスセンサに関する
。
。
（ロ）従来の技術
一般に可燃性ガス漏れ警報器やガス濃度針に用いられる
ガスセンサとして、Ｓｎｏｗ粉末焼結体などを用いた半
導体式ガスセンサや、白金触媒などを用いた接触燃焼式
ガスセンサが普及している。これらのセンサのガス検出
原理は半導体式ガスセンサでは半導体表面へのガス吸着
現象によって電気抵抗や仕事関数などの物性が変化する
ことを利用しており、接触燃焼式ガスセンサではガスの
接触燃焼による温度変化によって電気抵抗が変化するこ
とを利用している（例えば特開昭６１−６６９５６号公
報、特開昭６１−２２３６４２号公報参照）。
ガスセンサとして、Ｓｎｏｗ粉末焼結体などを用いた半
導体式ガスセンサや、白金触媒などを用いた接触燃焼式
ガスセンサが普及している。これらのセンサのガス検出
原理は半導体式ガスセンサでは半導体表面へのガス吸着
現象によって電気抵抗や仕事関数などの物性が変化する
ことを利用しており、接触燃焼式ガスセンサではガスの
接触燃焼による温度変化によって電気抵抗が変化するこ
とを利用している（例えば特開昭６１−６６９５６号公
報、特開昭６１−２２３６４２号公報参照）。
ところが、これ等のガスセンサの作動温度は一般に、２
００〜５００℃と高温を必要とするので、その取り扱い
が複雑である上にガスセンサの経時変化が激しいなどの
問題点があった。
００〜５００℃と高温を必要とするので、その取り扱い
が複雑である上にガスセンサの経時変化が激しいなどの
問題点があった。
このような点に着目して、本特許出願人は水素ガスを選
択的に吸放出する水素吸蔵合金を水素ガスセンサに応用
することにより前述のセンサに比べ選択的に水素を検出
でき、また作動温度も１００℃以下と画面的な水素ガス
センサを発明し、既に出願している（特願昭６３−１８
４８０９号、特願昭６３−３２０９４３号）。
択的に吸放出する水素吸蔵合金を水素ガスセンサに応用
することにより前述のセンサに比べ選択的に水素を検出
でき、また作動温度も１００℃以下と画面的な水素ガス
センサを発明し、既に出願している（特願昭６３−１８
４８０９号、特願昭６３−３２０９４３号）。
（ハ）発明が解決しようとする課題
一方、この水素吸蔵合金を用いた水素ガスセンサは水素
検知時に水素を吸収するので、センサ機能を再生するた
め、水素検知時に吸収した水素を放出させることが必要
であるという問題点があった。
検知時に水素を吸収するので、センサ機能を再生するた
め、水素検知時に吸収した水素を放出させることが必要
であるという問題点があった。
に）課題を解決するための手段
本発明の水素ガスセンサは粉体状又は薄膜状の水素吸蔵
合金の物性変化を検出して水素ガス濃度を検知する水素
ガスセンサにおいて、検出時に吸収した水素ガスを、加
熱放出させ、水素ガスセンサ機能を復活させるための再
生機構を備えて威ることを特徴とする゛ものである。
合金の物性変化を検出して水素ガス濃度を検知する水素
ガスセンサにおいて、検出時に吸収した水素ガスを、加
熱放出させ、水素ガスセンサ機能を復活させるための再
生機構を備えて威ることを特徴とする゛ものである。
（ホ）作用
本発明によれば、水素ガスセンサに吸収された水素を、
加熱により、容易に放出させることができるため、セン
サ機能の復活を簡便に容易に行うことが可能となる。
加熱により、容易に放出させることができるため、セン
サ機能の復活を簡便に容易に行うことが可能となる。
（へ）実施例
以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
〈第１実施例〉
第１図及び第２図は本発明水素ガスセンサ、特に歪ゲー
ジ式水素ガスセンサの概略を例示した正面図並びに断面
図である。これ等の図において、（１）は絶縁性基板で
、例えば長さ１０閣、幅２０閣、厚さ０．２−のポリイ
ミド等の高分子膜で構成されている。（２）は応力がか
かることに依って、その電気抵抗が変化する歪素子膜で
、基板（１）の−表面にＣｕ−Ｎｉ合金、或いはＮｉ
−Ｃｒ−Ｖ合金等をスパッタ法、もしくは蒸着法により
線幅５０μｍ、Ｍ厚３０μｍ、電気抵抗値約１２０Ωに
なるように蛇行状に被着作成されている。（３）は絶縁
性基板（１）の歪み素子膜（２）を貼付させない他面の
全面に６被着した水素吸蔵合金膜で、例えばＬ ａ Ｎ
ｉｓを膜厚２．５μｍでスパッタ法により膜形成して
いる。（４）は水素吸蔵合金膜（３）の端部２個所に接
続された端子で、水素吸蔵合金膜（３）の抵抗加熱を行
う。この端子は、線幅１鵬、厚さ０，１ｍｍにスパッタ
法等によって被着される。（５）は水素吸蔵合金膜（３
）に近接して設けられたクロメルアルメル熱電対から成
る温度センサで、形状は線幅０．５冨、厚さＱ、５ｍで
スパッタ法に依って形成される。更に、（６）は表面保
護層で、歪素子膜（２）と温度センサ（５）を保護する
ため、歪素子膜（２）とヒータ作用を行う水素吸蔵合金
膜（３）及び温度センサ（５）の上面全面にラミネート
フィルムを貼付あるいは耐熱性の塗料を塗布して形成さ
れる。（７）はこの表面保護層（６）の上面に貼付或い
はスパッタ法により形成された電子冷却素子で電流を流
すことに依って冷却及び加熱現象が起こるペルチェ効果
を利用したペルチエ素子から成ついる。
ジ式水素ガスセンサの概略を例示した正面図並びに断面
図である。これ等の図において、（１）は絶縁性基板で
、例えば長さ１０閣、幅２０閣、厚さ０．２−のポリイ
ミド等の高分子膜で構成されている。（２）は応力がか
かることに依って、その電気抵抗が変化する歪素子膜で
、基板（１）の−表面にＣｕ−Ｎｉ合金、或いはＮｉ
−Ｃｒ−Ｖ合金等をスパッタ法、もしくは蒸着法により
線幅５０μｍ、Ｍ厚３０μｍ、電気抵抗値約１２０Ωに
なるように蛇行状に被着作成されている。（３）は絶縁
性基板（１）の歪み素子膜（２）を貼付させない他面の
全面に６被着した水素吸蔵合金膜で、例えばＬ ａ Ｎ
ｉｓを膜厚２．５μｍでスパッタ法により膜形成して
いる。（４）は水素吸蔵合金膜（３）の端部２個所に接
続された端子で、水素吸蔵合金膜（３）の抵抗加熱を行
う。この端子は、線幅１鵬、厚さ０，１ｍｍにスパッタ
法等によって被着される。（５）は水素吸蔵合金膜（３
）に近接して設けられたクロメルアルメル熱電対から成
る温度センサで、形状は線幅０．５冨、厚さＱ、５ｍで
スパッタ法に依って形成される。更に、（６）は表面保
護層で、歪素子膜（２）と温度センサ（５）を保護する
ため、歪素子膜（２）とヒータ作用を行う水素吸蔵合金
膜（３）及び温度センサ（５）の上面全面にラミネート
フィルムを貼付あるいは耐熱性の塗料を塗布して形成さ
れる。（７）はこの表面保護層（６）の上面に貼付或い
はスパッタ法により形成された電子冷却素子で電流を流
すことに依って冷却及び加熱現象が起こるペルチェ効果
を利用したペルチエ素子から成ついる。
次に、このようにｉｌ！戊されたセンサの動作について
説明する。
説明する。
水素検知原理は水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収して
膨張した際の歪変化による歪素子膜（２）の抵抗変化を
ホイーストンブリッジを用いて電圧変化として検出する
ことにより水素ガスを検知するものである。従って、第
１図、第２図に示した水素ガスセンサを温度センサ（５
）及びその他外部の温度調節器などにより、例えば５０
℃の一定に保ち、被検ガスとして水素と空気の混合ガス
（Ｈ。
膨張した際の歪変化による歪素子膜（２）の抵抗変化を
ホイーストンブリッジを用いて電圧変化として検出する
ことにより水素ガスを検知するものである。従って、第
１図、第２図に示した水素ガスセンサを温度センサ（５
）及びその他外部の温度調節器などにより、例えば５０
℃の一定に保ち、被検ガスとして水素と空気の混合ガス
（Ｈ。
１ｖｏ１％）を全圧１ａｔｍの条件で水素検知を行った
ところ、水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収して膨張し
、歪素子膜（２）の歪変化が１７０μεと値を示した。
ところ、水素吸蔵合金膜（３）が水素を吸収して膨張し
、歪素子膜（２）の歪変化が１７０μεと値を示した。
次にセンサ機能再生のため、空気中において、抵抗加熱
用端子より約１〜１０ｍＡの電流で通電することにより
水素吸蔵合金膜（３）（電気抵抗値；約１〜ＩＯＫΩ）
を抵抗加熱により加熱する。
用端子より約１〜１０ｍＡの電流で通電することにより
水素吸蔵合金膜（３）（電気抵抗値；約１〜ＩＯＫΩ）
を抵抗加熱により加熱する。
水素吸蔵合金膜（３）は、約１０〜２０秒で瞬時に加熱
され約２００℃に達する。抵抗加熱では温度分布がほと
んどないため、約１分間２００℃で保持した後、加熱を
止め、電子冷却素子（７）を作動させて５０℃まで冷却
した。
され約２００℃に達する。抵抗加熱では温度分布がほと
んどないため、約１分間２００℃で保持した後、加熱を
止め、電子冷却素子（７）を作動させて５０℃まで冷却
した。
この場合の冷却時間は２分３０秒であった。これら一連
の操作から歪量の値は１７０μεから初期値の０に戻す
センサ機能の再生が完了し、その再生に要した時間は合
計３．５分であった。
の操作から歪量の値は１７０μεから初期値の０に戻す
センサ機能の再生が完了し、その再生に要した時間は合
計３．５分であった。
又、別の実施例として素子内部に加熱手段のもたない外
部加熱式の場合、内径１５ω、外径２３貼の円筒状ステ
ンレス容器中に封入された水素ガスセンサを上記と同条
件で水素検知試験後、容器内を空気置換し電熱コイル型
出力１００Ｗの外部ヒータを用いて容器内の素子を２０
０℃昇温するのに約２０分要し、その後２００℃のまま
３分間保持し、ブロワ−にて外部より送風冷却し、５０
℃まで容器内部の素子を冷却するために約４０分要した
。
部加熱式の場合、内径１５ω、外径２３貼の円筒状ステ
ンレス容器中に封入された水素ガスセンサを上記と同条
件で水素検知試験後、容器内を空気置換し電熱コイル型
出力１００Ｗの外部ヒータを用いて容器内の素子を２０
０℃昇温するのに約２０分要し、その後２００℃のまま
３分間保持し、ブロワ−にて外部より送風冷却し、５０
℃まで容器内部の素子を冷却するために約４０分要した
。
又別の実施例として、抵抗加熱用端子の代わりに、内部
加熱用のヒーターを内蔵した内部加熱式の場合、２００
℃に昇温するには約３０秒と先の実施例に較べやや遅い
程度であるが、２００℃で保持する時間は約３分間で冷
却時間を含めてセンサ機能の再生が完了するのに約６分
要した。
加熱用のヒーターを内蔵した内部加熱式の場合、２００
℃に昇温するには約３０秒と先の実施例に較べやや遅い
程度であるが、２００℃で保持する時間は約３分間で冷
却時間を含めてセンサ機能の再生が完了するのに約６分
要した。
このように本発明の実施例では、短時間で容易に、水素
ガスを放出させることができるため、センサ機能の再生
を容易に行える。
ガスを放出させることができるため、センサ機能の再生
を容易に行える。
なお、上記の実施例では、水素吸蔵合金膜を用いる水素
ガスセンサとして、応力をかけることによってその電気
抵抗値が変化する歪素子膜を同一基板上に被着したもの
を挙げたが、本発明はこれ以外に、水素吸蔵合金膜を用
いる種々の水素ガスセンサに適用できる。
ガスセンサとして、応力をかけることによってその電気
抵抗値が変化する歪素子膜を同一基板上に被着したもの
を挙げたが、本発明はこれ以外に、水素吸蔵合金膜を用
いる種々の水素ガスセンサに適用できる。
例えば、弾性表面波を伝播させる圧電体基板上に、弾性
表面波を励振する櫛型励振電極と、その電極から圧電体
基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受信
電極とを設けると共に、これ等両電極間の基板表面に水
素吸蔵合金膜を被覆した水素ガスセンサや、基板上に水
素を吸収することに依って電気抵抗が変化する水幕吸蔵
合金膜を設けて戊る水素ガスセンサにも適用でき、同様
の効果が得られる。なお、抵抗加熱用端子、温度センサ
、電子冷却素子及び水素吸蔵合金膜の形成方法としてス
パッタ法以外にも蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオンプ
レーディング法、ＣＶＤ法なども利用可能であり、また
水素吸蔵合金のＬａＮ１ｐ以外の水素吸蔵合金として、
希土類−ニッケル系合金、チタニウム基合金、ジルコニ
ウムーニッケル系合金、ジルコニウム−マンガン系合金
、マグネシウム−ニッケル系合金などを利用することが
可能である。
表面波を励振する櫛型励振電極と、その電極から圧電体
基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受信
電極とを設けると共に、これ等両電極間の基板表面に水
素吸蔵合金膜を被覆した水素ガスセンサや、基板上に水
素を吸収することに依って電気抵抗が変化する水幕吸蔵
合金膜を設けて戊る水素ガスセンサにも適用でき、同様
の効果が得られる。なお、抵抗加熱用端子、温度センサ
、電子冷却素子及び水素吸蔵合金膜の形成方法としてス
パッタ法以外にも蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオンプ
レーディング法、ＣＶＤ法なども利用可能であり、また
水素吸蔵合金のＬａＮ１ｐ以外の水素吸蔵合金として、
希土類−ニッケル系合金、チタニウム基合金、ジルコニ
ウムーニッケル系合金、ジルコニウム−マンガン系合金
、マグネシウム−ニッケル系合金などを利用することが
可能である。
（ト）発明の効果
以上の様に本発明によれば加熱により水素ガスを放出さ
せる機構を備えているので、簡単な構造、機構で、水素
吸蔵合金膜中の水素ガスを効率よく放出するというセン
サ機能の再生過程を迅速に行うことができる。
せる機構を備えているので、簡単な構造、機構で、水素
吸蔵合金膜中の水素ガスを効率よく放出するというセン
サ機能の再生過程を迅速に行うことができる。
図面は本発明の実施例に関し、第１図及び第２図は各々
、歪ゲージ式水素ガスセンサの正面図と要部断面図であ
る。 （１）・・・絶縁性基板、（２）・・・歪素子膜、（３
〉・・・水素吸蔵合金膜、（４）・・・抵抗加熱用端子
、（５）・・・熱電対、（６）・・・表面保護層、（７
）・・・電子冷却素子。
、歪ゲージ式水素ガスセンサの正面図と要部断面図であ
る。 （１）・・・絶縁性基板、（２）・・・歪素子膜、（３
〉・・・水素吸蔵合金膜、（４）・・・抵抗加熱用端子
、（５）・・・熱電対、（６）・・・表面保護層、（７
）・・・電子冷却素子。
Claims (12)
- （１）粉体状又は薄膜状の水素吸蔵合金の物性変化を検
出して水素ガス濃度を検知する水素ガスセンサにおいて
、検出時に吸収した水素ガスを加熱により放出させ、水
素ガスセンサ機能を復活させる再生機能を備えたことを
特徴とする水素ガスセンサ。 - （２）加熱は、外部加熱方式、内部加熱方式又は両方式
を併用する機構を備えたことを特徴とする第１項記載の
水素ガスセンサ。 - （３）応力を付与することにより電気抵抗値が変化する
歪素子膜と、該素子膜に機械的に関連付けられた水素吸
蔵合金膜とを同一基板上に被着してなり、前記水素吸蔵
合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えてなること
を特徴とする水素ガスセンサ。 - （４）第３項記載の水素ガスセンサにおいて、該センサ
を冷却する冷却機構を一体的に組み込んだ水素ガスセン
サ。 - （５）第４項記載の冷却機構は、ペルチエ効果を利用し
たペルチエ素子で構成したことを特徴とする水素ガスセ
ンサ。 - （６）弾性表面波を伝播させる圧電体基板上に、弾性表
面波を励振する櫛型励振電極と、該電極から圧電体基板
表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受信電極
とを設けると共に、前記両電極板の基板表面に水素吸蔵
合金膜を被覆し、該水素吸蔵合金膜を抵抗加熱により加
熱する機構を備えてなることを特徴とする水素ガスセン
サ。 - （７）第６項記載の水素ガスセンサにおいて、該センサ
を冷却する冷却機構を一体的に組み込んだ水素ガスセン
サ。 - （８）第７項記載の冷却機構は、ペルチエ効果を利用し
たペルチエ素子であることを特徴とする水素ガスセンサ
。 - （９）前記櫛型励振電極と櫛型受信電極との間に帰還増
幅回路を接続して発振回路を構成してなる第６項、第７
項または第８項記載の水素ガスセンサ。 - （１０）基板上に水素を吸収することによって電気抵抗
が変化する水素吸蔵合金膜を設けてなり、前記水素吸蔵
合金膜を抵抗加熱により加熱する機構を備えてなること
を特徴とする水素ガスセンサ。 - （１１）第１０項記載の水素ガスセンサにおいて、該セ
ンサを冷却する冷却機構を一体的に組み込んだことを特
徴とする水素ガスセンサ。 - （１２）前記冷却機構はペルチエ効果を利用したペルチ
ェ素子であることを特徴とする第１１項記載の水素ガス
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071653A JP2740328B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071653A JP2740328B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 水素ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272444A true JPH03272444A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2740328B2 JP2740328B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=13466784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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1990
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