JPH0426702B2 - - Google Patents
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- JPH0426702B2 JPH0426702B2 JP4840785A JP4840785A JPH0426702B2 JP H0426702 B2 JPH0426702 B2 JP H0426702B2 JP 4840785 A JP4840785 A JP 4840785A JP 4840785 A JP4840785 A JP 4840785A JP H0426702 B2 JPH0426702 B2 JP H0426702B2
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Classifications
-
- 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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、熱線型半導体素子に間欠通電し、
通電直後の過渡現象を利用してガスの検出を行う
ガス警報器に関するものである。
通電直後の過渡現象を利用してガスの検出を行う
ガス警報器に関するものである。
従来からガス検知のための種々のガス検知素子
が提案されている。このうち、よく使用されるも
のに接触燃焼式と半導体式とがある。前者は白金
コイルに触媒を焼結したもので、可燃性ガスを含
んだ空気が触媒活性な表面（約300℃に保たれて
いる）に接触すると、爆発下限界以下の濃度であ
つても可燃性ガスと酸素が反応し、反応熱が発生
するため、白金コイルの温度が上昇し、その抵抗
値が増大するので、この抵抗値変化をブリツジ回
路等で検出しガスを検知するものである。
が提案されている。このうち、よく使用されるも
のに接触燃焼式と半導体式とがある。前者は白金
コイルに触媒を焼結したもので、可燃性ガスを含
んだ空気が触媒活性な表面（約300℃に保たれて
いる）に接触すると、爆発下限界以下の濃度であ
つても可燃性ガスと酸素が反応し、反応熱が発生
するため、白金コイルの温度が上昇し、その抵抗
値が増大するので、この抵抗値変化をブリツジ回
路等で検出しガスを検知するものである。
この接触燃焼式のガス検知素子は、感度特性に
直線性を有するが、長期安定性の点では半導体式
のガス検知素子に劣つている。
直線性を有するが、長期安定性の点では半導体式
のガス検知素子に劣つている。
一方、半導体式のガス検知素子は金属酸化物半
導体例えばSnO2、ZnOなどを一対の電極間に亘
つて焼結したもので、一方の電極をコイル状に形
成してヒータ兼用電極として通常用いる。
導体例えばSnO2、ZnOなどを一対の電極間に亘
つて焼結したもので、一方の電極をコイル状に形
成してヒータ兼用電極として通常用いる。
そして、ヒータ兼用電極により300℃〜400℃の
温度に保つておき、ガス吸着により半導体の電導
度が増大し、両電極間の抵抗値が低くなるのを検
出することでガス検知を行う。
温度に保つておき、ガス吸着により半導体の電導
度が増大し、両電極間の抵抗値が低くなるのを検
出することでガス検知を行う。
この半導体式のガス検知素子は、接触燃焼式に
比べ長寿命で長期安定性に優れており、しかも被
毒に対し接触燃焼式より優れているが、消費電力
が大きいため電源トランスなどの電源部の容量が
大きくなり、コストが高くなる。
比べ長寿命で長期安定性に優れており、しかも被
毒に対し接触燃焼式より優れているが、消費電力
が大きいため電源トランスなどの電源部の容量が
大きくなり、コストが高くなる。
また後述する熱線型半導体素子に比べ、電圧依
存度が大きいため性能を上げようとすると定電圧
回路が必要になるが、消費電力が大きいため定電
圧回路のコストが高くなる。
存度が大きいため性能を上げようとすると定電圧
回路が必要になるが、消費電力が大きいため定電
圧回路のコストが高くなる。
またガスセンサの熱容量が大きいため安定する
までに時間がかかり、そのため調整に長時間を要
し、不安定になり生産性が悪く、さらに温湿度依
存度が大きいため、温度補償回路が必要となるな
どの問題点があつた。
までに時間がかかり、そのため調整に長時間を要
し、不安定になり生産性が悪く、さらに温湿度依
存度が大きいため、温度補償回路が必要となるな
どの問題点があつた。
一方、使用するガス検知素子の種類とは別に、
ガス警報器の電源として、商用電源または電池が
用いられている。商用電源の場合には電池のよう
に消耗による交換を必要としないが、コードが邪
魔になること、トランスを用いて電圧を遍降しな
ければならないこと等々の問題があり、また電池
を用いる場合は、携帯用に便利であるが、消耗の
ために新しい電池と頻繁に交換しなければなら
ず、これを怠るとガス検知が行われず大事故にな
る等の問題点があつた。
ガス警報器の電源として、商用電源または電池が
用いられている。商用電源の場合には電池のよう
に消耗による交換を必要としないが、コードが邪
魔になること、トランスを用いて電圧を遍降しな
ければならないこと等々の問題があり、また電池
を用いる場合は、携帯用に便利であるが、消耗の
ために新しい電池と頻繁に交換しなければなら
ず、これを怠るとガス検知が行われず大事故にな
る等の問題点があつた。
そこで、電池を電源とするガス警報器におい
て、電池の寿命を延ばすために、電源の供給を間
欠的に行うものが提案されている。例えば、実開
昭56−55998号公報、実開昭57−5794号公報等が
その一例である。
て、電池の寿命を延ばすために、電源の供給を間
欠的に行うものが提案されている。例えば、実開
昭56−55998号公報、実開昭57−5794号公報等が
その一例である。
上記実開昭56−55998号公報では接触燃焼式素
子の触媒劣化を防ぐために二重パルス電源にして
いる。また実開昭57−5794号公報は間欠的に電源
を供給していても、基本的には常時通電させてい
るのと同じく接触燃焼式素子の温度を一定に保と
うとするものである。何れも省電力が目的であ
り、長時間使用することにより触媒劣化が起るも
のであり、常時センサを加熱する従来技術の域を
超えるものでなかつた。
子の触媒劣化を防ぐために二重パルス電源にして
いる。また実開昭57−5794号公報は間欠的に電源
を供給していても、基本的には常時通電させてい
るのと同じく接触燃焼式素子の温度を一定に保と
うとするものである。何れも省電力が目的であ
り、長時間使用することにより触媒劣化が起るも
のであり、常時センサを加熱する従来技術の域を
超えるものでなかつた。
この発明は、上記問題点を解決するためになさ
れたもので、ガス検知素子への供給する電力を節
減しながら触媒の劣化が生じにくい熱線型半導体
式ガス警報器を提供することを目的とする。
れたもので、ガス検知素子への供給する電力を節
減しながら触媒の劣化が生じにくい熱線型半導体
式ガス警報器を提供することを目的とする。
この発明に係るガス警報器は、ガス検知素子と
して熱線型半導体素子を用い、この熱線型半導体
素子に、分単位の周期で秒単位持続させる間欠通
電部を介して電力の供給を行わせ、出力回路によ
つて熱的安定前の過渡時の出力を検出する構成と
したものである。
して熱線型半導体素子を用い、この熱線型半導体
素子に、分単位の周期で秒単位持続させる間欠通
電部を介して電力の供給を行わせ、出力回路によ
つて熱的安定前の過渡時の出力を検出する構成と
したものである。
この発明においては、間欠通電部を介して電源
から熱線型半導体素子に電力が供給される。供給
される電力は数分間ごとに数秒というようなごく
短時間の電力であるが、熱線型半導体素子を用い
ているので、通電された瞬間からの熱的安定に至
る過渡状態中でガス検出が行われる。
から熱線型半導体素子に電力が供給される。供給
される電力は数分間ごとに数秒というようなごく
短時間の電力であるが、熱線型半導体素子を用い
ているので、通電された瞬間からの熱的安定に至
る過渡状態中でガス検出が行われる。
まず、この発明に用いる熱線型半導体素子につ
いて説明する。
いて説明する。
第２図はこの発明に用いる熱線型半導体素子の
構成を示すもので、１は加熱用ヒータ兼電気抵抗
値変化検出用電極となる、例えば15μmφの白金
線からなるコイル状の金属線、２は前記金属線１
に密着させたSnO2、ZnO等の金属酸化物半導体
であり、これらで熱線型半導体素子３が構成され
る。４はリードと支柱兼用の金属ピンで、これに
金属線１の両端が溶着され支持されている。この
熱線型半導体素子３は、応答速度が極めて速く、
初期安定時間が極めて短い。またヒートシヨツク
に強く、消費電力が少なく、感度が高く、かつ触
媒劣化が殆どない等の特長を有している。
構成を示すもので、１は加熱用ヒータ兼電気抵抗
値変化検出用電極となる、例えば15μmφの白金
線からなるコイル状の金属線、２は前記金属線１
に密着させたSnO2、ZnO等の金属酸化物半導体
であり、これらで熱線型半導体素子３が構成され
る。４はリードと支柱兼用の金属ピンで、これに
金属線１の両端が溶着され支持されている。この
熱線型半導体素子３は、応答速度が極めて速く、
初期安定時間が極めて短い。またヒートシヨツク
に強く、消費電力が少なく、感度が高く、かつ触
媒劣化が殆どない等の特長を有している。
第２図に示す熱線型半導体素子を用いて構成し
たこの発明の一実施例を第１図に示す。
たこの発明の一実施例を第１図に示す。
第１図において、Rbは抵抗器、３Ａは補償素
子であり、熱線型半導体素子３とともにブリツジ
回路を構成している。なお、補償素子３Ａは第２
図の熱線型半導体素子３と同じ形状であるが、ガ
スとは反応しないように表面をガラス等で被覆し
ている。これは、また適当な固定抵抗器に替える
ことも可能である。Ｅは電池、Rlは信号検出用の
可変抵抗器であり、これらで抵抗値変化の検知回
路１０が構成される。１１は間欠通電部であり、
分単位の周期で、秒単位持続する通電をくり返
す、例えば第３図に示すように、２〜３分の間隔
で１〜２秒間持続するパルス状の通電を行うもの
である。
子であり、熱線型半導体素子３とともにブリツジ
回路を構成している。なお、補償素子３Ａは第２
図の熱線型半導体素子３と同じ形状であるが、ガ
スとは反応しないように表面をガラス等で被覆し
ている。これは、また適当な固定抵抗器に替える
ことも可能である。Ｅは電池、Rlは信号検出用の
可変抵抗器であり、これらで抵抗値変化の検知回
路１０が構成される。１１は間欠通電部であり、
分単位の周期で、秒単位持続する通電をくり返
す、例えば第３図に示すように、２〜３分の間隔
で１〜２秒間持続するパルス状の通電を行うもの
である。
次に動作について説明する。第３図に示す波形
のように間欠通電部１１を通じて１〜２秒の間、
つまり、いわゆる熱的安定前の過渡時において、
電池Ｅから力が供給されているときに被検ガスが
熱線型半導体素子３に接触すると、金属酸化物半
導体２は電導度が上がり、また熱伝導度も良くな
るため温度が下がる。したがつて、金属線１の抵
抗値も下がる。すなわち、熱線型半導体素子３の
抵抗値が低くなり、ブリツジ回路のバランスがく
ずれてこれが可変抵抗器Rl両端に出力（センサ出
力）となつて表われる。以後、この出力を用いて
警報器、換気扇等を駆動させればよい。
のように間欠通電部１１を通じて１〜２秒の間、
つまり、いわゆる熱的安定前の過渡時において、
電池Ｅから力が供給されているときに被検ガスが
熱線型半導体素子３に接触すると、金属酸化物半
導体２は電導度が上がり、また熱伝導度も良くな
るため温度が下がる。したがつて、金属線１の抵
抗値も下がる。すなわち、熱線型半導体素子３の
抵抗値が低くなり、ブリツジ回路のバランスがく
ずれてこれが可変抵抗器Rl両端に出力（センサ出
力）となつて表われる。以後、この出力を用いて
警報器、換気扇等を駆動させればよい。
第４図はこの発明によるガス検出のデータの一
例を示すもので、横軸は時間（秒）、縦軸はセン
サ出力（mV）を表わす。
例を示すもので、横軸は時間（秒）、縦軸はセン
サ出力（mV）を表わす。
曲線Ａは空気中での出力を示し、電源ONの直
後に表われた出力は急激に減衰して、電源OFF
で零になる。
後に表われた出力は急激に減衰して、電源OFF
で零になる。
曲線ＢはCOガスとH2ガスの混合ガス中の場合
であり、COガスは200ppm、H2ガスは400ppmと
した混合ガスの場合である。曲線Ａの空気中の場
合と違つて出力値が大きくなり、両者のピーク値
の差がガス濃度に対応する。
であり、COガスは200ppm、H2ガスは400ppmと
した混合ガスの場合である。曲線Ａの空気中の場
合と違つて出力値が大きくなり、両者のピーク値
の差がガス濃度に対応する。
曲線ＣはCOガス100ppm、H2ガス200ppmの混
合ガスの場合である。この場合のピーク値は曲線
Ａと曲線Ｂのピーク値の丁度中間になり、ガス検
出が正確に行われていることがわかる。
合ガスの場合である。この場合のピーク値は曲線
Ａと曲線Ｂのピーク値の丁度中間になり、ガス検
出が正確に行われていることがわかる。
第５図はこの発明の一実施例の全体構成を示す
ブロツク図である。この図で、１０，１１は第１
図に示したのと同じく検知回路、間欠通電部であ
り、間欠通電部１１は、パルス幅と繰返し周期が
可変できるパルス発生回路１２と、このパルス発
生回路１２から発生したパルスによつて制御され
た電力を第１図、第２図に示す熱線型半導体素子
３に印加するパワーコントロール回路１３とから
なつている。１４はコンパレータで、検知回路１
０の出力とあらかじめ定めた基準値とを比較し、
その差を出力する。１５は出力回路で、コンパレ
ータ１４の出力からガス濃度が警報レベルかどう
かを判断し、警報レベルに達していれば出力を出
す。１６は警報回路、１７はランプ点滅等の警報
表示器、１８はブザー、１９は電源回路である。
ブロツク図である。この図で、１０，１１は第１
図に示したのと同じく検知回路、間欠通電部であ
り、間欠通電部１１は、パルス幅と繰返し周期が
可変できるパルス発生回路１２と、このパルス発
生回路１２から発生したパルスによつて制御され
た電力を第１図、第２図に示す熱線型半導体素子
３に印加するパワーコントロール回路１３とから
なつている。１４はコンパレータで、検知回路１
０の出力とあらかじめ定めた基準値とを比較し、
その差を出力する。１５は出力回路で、コンパレ
ータ１４の出力からガス濃度が警報レベルかどう
かを判断し、警報レベルに達していれば出力を出
す。１６は警報回路、１７はランプ点滅等の警報
表示器、１８はブザー、１９は電源回路である。
検知回路１０と間欠通電部１１によるガス検知
動作は既に述べたとおりである。さて、検出され
たガス濃度が警報レベルに達して出力回路１５か
ら出力が出ると、これが警報回路１６に入り、こ
れから警報表示器１７やブザー１８が駆動され
る。なお、電源回路１９は各部分へ所要の電源を
供給する。
動作は既に述べたとおりである。さて、検出され
たガス濃度が警報レベルに達して出力回路１５か
ら出力が出ると、これが警報回路１６に入り、こ
れから警報表示器１７やブザー１８が駆動され
る。なお、電源回路１９は各部分へ所要の電源を
供給する。
以上説明したようにこの発明は、熱線型半導体
式ガス検知素子を用いてガス警報器を構成してい
るため、ガス検知素子そのものが応答速度が極め
て速く、しかも、接触燃焼式ガス検知素子のよう
に高濃度の触媒を利用していないので触媒劣化を
起すことがない。しかも、この発明では熱線型半
導体素子の電源投入直後の過渡現象を利用してい
るので、感度にすぐれ、かつ安定性のよいガス検
知を行うことができる。さらに、パルス状の電源
を熱線型半導体式ガス警報器に供給するので、素
子が高温に保たれる時間が短いため経時安定性や
零値の安定化がはかれると共に、電源をON、
OFFすることにより、耐被毒性が向上するばか
りでなく、省電力の効果も著しい利点がある。
式ガス検知素子を用いてガス警報器を構成してい
るため、ガス検知素子そのものが応答速度が極め
て速く、しかも、接触燃焼式ガス検知素子のよう
に高濃度の触媒を利用していないので触媒劣化を
起すことがない。しかも、この発明では熱線型半
導体素子の電源投入直後の過渡現象を利用してい
るので、感度にすぐれ、かつ安定性のよいガス検
知を行うことができる。さらに、パルス状の電源
を熱線型半導体式ガス警報器に供給するので、素
子が高温に保たれる時間が短いため経時安定性や
零値の安定化がはかれると共に、電源をON、
OFFすることにより、耐被毒性が向上するばか
りでなく、省電力の効果も著しい利点がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第
２図はこの発明に用いる熱線型半導体式ガス警報
器の一例を示す図、第３図はこの発明の電源の波
形の一例を示す図、第４図はこの発明のガス検出
のデータの一例を示す図、第５図はこの発明の一
実施例の全体構成を示すブロツク図である。 図中、１は金属線、２は金属酸化物半導体、３
は熱線型半導体素子、３Ａは補償素子、４は金属
ピン、Rbは抵抗器、Rlは可変抵抗器、Ｅは電池、
１０は検知回路、１１は間欠通電部、１５は出力
回路である。
２図はこの発明に用いる熱線型半導体式ガス警報
器の一例を示す図、第３図はこの発明の電源の波
形の一例を示す図、第４図はこの発明のガス検出
のデータの一例を示す図、第５図はこの発明の一
実施例の全体構成を示すブロツク図である。 図中、１は金属線、２は金属酸化物半導体、３
は熱線型半導体素子、３Ａは補償素子、４は金属
ピン、Rbは抵抗器、Rlは可変抵抗器、Ｅは電池、
１０は検知回路、１１は間欠通電部、１５は出力
回路である。
Claims (1)
- １ 加熱用ヒータ兼電気抵抗値変化検出用電極と
なる金属線に金属酸化物半導体を密着して形成し
てなる熱線型半導体素子を、電源に負荷を介して
直列に接続し、前記熱線型半導体素子のガス吸着
による抵抗値変化を検知信号として取出す検知回
路を設け、さらに少なくとも前記電源から前記熱
線型半導体素子への電力供給を分単位の周期で、
かつ秒単位持続させる間欠通電部と、前記熱線型
半導体素子の熱的安定前の過渡時の出力を検出す
る出力回路を具備したことを特徴とする熱線型半
導体式ガス警報器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4840785A JPS61209347A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 熱線型半導体式ガス警報器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4840785A JPS61209347A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 熱線型半導体式ガス警報器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61209347A JPS61209347A (ja) | 1986-09-17 |
| JPH0426702B2 true JPH0426702B2 (ja) | 1992-05-08 |
Family
ID=12802449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4840785A Granted JPS61209347A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 熱線型半導体式ガス警報器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61209347A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2791472B2 (ja) * | 1988-02-02 | 1998-08-27 | フィガロ技研株式会社 | ガス検出装置 |
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-
1985
- 1985-03-13 JP JP4840785A patent/JPS61209347A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS61209347A (ja) | 1986-09-17 |
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