JPH0458144A - ガスセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、大気中のガスを検知するガスセンサに関す
る。

（従来の技術） 従来、大気中の還元性ガスを検知するために、Ｎ型半導
体特性を示すＳｎＯ２，ＺｎＯ，Ｆｅ２Ｏ３などの金属
酸化物半導体の焼結体を用いたガスセンサが知られてい
る。

これは、金属酸化物半導体に還元性ガスが触れると、そ
の金属酸化物半導体の電気伝導度が増大、すなわち抵抗
値が減少するという現象を利用したものである。

一方、上記の焼結体タイプのガスセンサに代り、プレー
ナタイプのガスセンサに関する研究が、エネルギの有効
利用を前提とするシステム化の傾向に対応した素子の微
小化、多機能化の要請に応えて進められている。

このプレーナタイプのガスセンサは、ヒータを内蔵した
基板の表面に、金属酸化物半導体を種々の薄膜形成法で
被着せしめて薄膜とし、それを感ガス体とした構造のも
ので、ヒータの発熱で感ガス体を加熱し、同感ガス体を
周囲雰囲気中のガスに感応させるものである。たとえば
特願昭６３−７５５４８号に示されるものがある。

（発明が解決しようとする課ｊＶ１） ところで、上記のプレーナタイプのガスセンサでは、ヒ
ータへの印加電圧に変動が生じると、基板の表面温度が
大きく変化する。

たとえば、第６図に示すように、印加電圧が５、ＯＯＶ
では表面温度が４００℃まで上昇するが、印加電圧が５
．１７Ｖまで上がると表面温度はさらに上昇して４１５
℃となる。

また、周囲雰囲気の温度によってもヒータ基板４の表面
温度は変化する。

この表面温度の変化は、検知誤差となって現われてしま
う。

この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とす
るところは、ヒータへの印加電圧に変動が生じても、ま
た周囲雰囲気の温度が変化しても、誤差のない適正な検
知を可能とするガスセンサを提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 基板と、この基板に設けたヒータと、上記基板の表面に
設けた感ガス体および感温抵抗体と、この感温抵抗体と
上記ヒータとを直列に接続する手段と、この感温抵抗体
およびヒータの直列回路に印加電圧を導く手段と、上記
感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力として取出す手段と
を具備したことを特徴とするガスセンサ。

（作用） 印加電圧が変動したり、あるいは周囲雰囲気の温度が変
化すると、その影響でヒータ基板の表面温度が変化する
。すると、表面温度に応じて測温抵抗体の抵抗値が変化
し、それに伴ってヒータにかかる電圧が変化する。これ
により、ヒータの発熱量が変化し、ヒータ基板の表面温
度の変化が小さく収まる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第４図において、１は本体の基台となるステムで、その
ステム１にリードビン２　ａ　＊　　２　ｂ　ｒ　　２
　ｃ　＋２ｄが垂直状態に植設される。

これらリードビンにそれぞれリードフレーム３゜３．３
．３を介して矩形状のヒータ基板４が保持される。

リードフレーム３は、導電性材料を板状に成形したもの
で、一端がリードビンの上端に溶接され、他端がヒータ
基板４上の後述するポンディングパッドにパラレルギャ
ップウエルダにて溶接される。

ヒータ基板４は、絶縁部材たとえばアルミナを主成分と
するセラミックで形成される。

そして、ステム１の上面側にステンレス製で網状のネッ
トキ・ヤップ１０が取付けられ、上記ヒータ基板４が保
護される。

ヒータ基板４の表面の構成を第１図および￥Ｓ２図に示
し、同ヒータ基板４の内部の構成を第２図および第３図
に示す。

まず、ヒータ基板４の表面において、四隅の対角となる
位置にそれぞれ電極リード用ポンディングパッド５．う
およびヒータリード用ポンディングパッド６．６が設け
られる。

ポンディングパッド５，５は、上記リードフレーム３．
３を介してリードビン２ａ、２Ｃに接続される。

ポンディングパッド６．６は、上記リードフレーム３，
３を介してリードビン２ｂ、２ｄに接続される。

ヒータ基板４の表面において、片側のボンデインゲイく
ラド５，６の中間位置に中間ヒータバッド７が設けられ
る。

ヒータ基板４の内部に螺旋形状のヒータ８が設けられる
。このヒータ８は、一端が上記ポンディングパッド６．
６のうちの一方に接続され、他端が上記中間パッド７に
接続される。

また、ヒータ基板４の表面には、一方の電極リード用ポ
ンディングパッド５と電気的に導通する電極１１が設け
られるとともに、他方の電極リード用ポンディングパッ
ド５と電気的に導通する電極１２が設けられる。

電極１１．１２はヒータ基板４の表面のほぼ中央位置ま
で延びて互いに近接しており、その近接部分の上に感ガ
ス体１３が設けられる。この感ガス体１３は、熱を帯び
た状態において、周囲雰囲気中のガスの濃度に感応する
もので、ガスの濃度が高いほど抵抗値が減少する特性を
有する。

ヒータ基板４の表面において、中間ヒータバッド７およ
び他方のポンディングパッド６とそれぞれ電気的に導通
する白金源の一対の測温抵抗体リード２１．２１が焼付
は装着される。

測温抵抗体リード２１．２１はヒータ基板４の表面のほ
ぼ中央位置まで延びて互いに近接しており、その近接部
分の上に感温抵抗体であるところの測温抵抗体２２が設
けられる。この測温抵抗体２２は、温度に応じて抵抗値
が変化するもので、ヒータ基板４の表面温度や雰囲気温
度が高くなるほど、抵抗値が増大する特性を有する。

こうして、リードピン２ａ、２Ｃ％　　リードフレーム
３，３、ポンディングパッド５，５、および電極１１．
１２により、感ガス体１３の抵抗値変化をセンサ出力と
して取出す手段が構成される。

中間ヒータバッド７および測温抵抗体リード２１．２１
により、感温抵抗体２２とヒータ８とを直列に接続する
手段が構成される。

リードビン２ｂ、２ｄ、リードフレーム３，３、ポンデ
ィングパッド６．６により、感温抵抗体２２およびヒー
タ８の直列回路に印加電圧を導く手段が構成される。

つぎに、上記の構成において第５図および第６図を参照
しながら作用を説明する。

リードビン２ｂ、２ｄ間に電圧を印加すると、測温抵抗
体２２およびヒータ８の直列回路に電流が流れ、ヒータ
８が発熱する。これにより、ヒータ基板４の温度が上昇
し、感ガス体１３が熱を帯びる。

この状態で、周囲雰囲気中にガスが存在すると、そのガ
スに感ガス体１３が感応し、感ガス体１３の抵抗値が減
少する。

この抵抗値の減少量はガスの濃度に応じて定まるもので
、センサ出力としてリードピン２ａ。

２Ｃから取出される。

したがって、リードピン２ａ、２Ｃに検知回路を接続す
ることにより、ガスの濃度を知ることができる。

ところで、測温抵抗体２２が無いものと仮定した場合、
ヒータ８への印加電圧とヒータ基板４の表面温度との間
には従来説明で示した第６図の関係がある。

すなわち、印加電圧が５．ＯＯＶでは表面温度が４００
℃まで上昇するが、印加電圧が５．１７Ｖまで上がると
表面温度はさらに上昇して４１５℃となる。

この不具合に対処するべく、この発明では測温抵抗体２
２を設け、その測温抵抗体２２の抵抗値変化によってヒ
ータ８にかかる電圧を調整し、これによりヒータ８の発
熱量を調整し、表面温度の変化を４００℃を中心とする
所定範囲内に小さく収めるようにしている。

たとえば、ヒータ８の抵抗値が２０Ωであるとすれば、
表面温度が４００℃のときに抵抗値が１００Ωとなる測
温抵抗体２２が採用され、またリードビン２ｂ、２ｄ間
への印加電圧として３０Ｖが選ばれる。

この場合、印加電圧が３０Ｖと安定していれば、ヒータ
８にかかる電圧は５．ＯＯＶ　、測温抵抗体２２にかか
る電圧は２５．ＯＶとなる。

仮に、印加電圧が３１．ＯＶに変動すると、ヒータ８に
かかる電圧が一旦は５．１７Ｖとなり、表面温度が４１
５℃に上昇する。

この温度上昇が生じると、測温抵抗体２２の抵抗値が増
大する。測温抵抗体２２の抵抗上昇率を０．２５Ω／℃
とすれば、４００℃から４１５℃への上昇では測温抵抗
体２２の抵抗値は３．７５Ω増えて１０３．７５Ωとな
る。

測温抵抗体２２の抵抗値が１０３．７５Ωになると、測
温抵抗体２２にかかる電圧が２５．９９Ｖに増え、これ
によりヒータ８にかかる電圧はほぼ定常の５．０１Ｖま
で下がる。

こうして、第５図に示すように、ヒータ基板４の表面温
度が４００℃を中心とする所定範囲内に小さく収まるよ
うになる。

また、周囲雰囲気の温度がたとえば１０℃上昇すると、
ヒータ基板４の表面温度も約１０℃上昇する。この場合
、測温抵抗体２２の抵抗値は２．５０Ω増えて１０２．
５０Ωとなる。

測温抵抗体２２の抵抗値が１０２．５０Ωになると、ヒ
ータ８にかかる電圧が０．ｌＯＶ下がり、温度は８℃低
下しようとして最終的には約５℃の上昇で収まる。

このように、印加電圧に変動が生じても、また周囲雰囲
気の温度が変化しても、ヒータ基板４の表面温度の変化
を小さく抑えることができる。したがって、誤差のない
適正な検知を行なうことができる。

特に、印加電圧の制御回路が不要であり、しかも測温抵
抗体２２を設けるだけの簡単な構成であるから、低コス
トを維持できる。

なお、上記実施例では、ヒータ基板４にヒータ８を内蔵
するタイプのガスセンサについて説明したが、ヒータ８
をヒータ基板４の裏面に貼り付けるタイプのガスセンサ
にも同様に実施可能である。

また、測温抵抗体２２としては正特性サーミスタなどの
適用が可能である。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、基板と、この基板
に設けたヒータと、上記基板の表面に設けた感ガス体お
よび感温抵抗体と、この感温抵抗体と上記ヒータとを直
列に接続する手段と、この感温抵抗体およびヒータの直
列回路に印加電圧を導く手段と、上記感ガス体の抵抗値
変化をセンサ出力として取出す手段とを備えたので、ヒ
ータへの印加電圧に変動が生じても、また周囲雰囲気の
温度が変化しても、誤差のない適正な検知を可能とする
ガスセンサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のヒータ基板の詳細な構成
を示す平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面を矢印方
向に見た図、第３図は第１図および第２図におけるヒー
タの構成を示す平面図、第４図は同実施例の全体的な構
成を示す斜視図、第５図は同実施例における印加電圧と
ヒータ基板の表面温度との関係を示す図、第６図は従来
のガスセンサにおける印加電圧とヒータ基板の表面温度
との関係を示す図である。 １・・・ステム、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ−・・リード
ビン、３・・・リードフレーム、４・・・ヒータ基板、
８・・・ヒータ、１３・・・感ガス体、２２・・・ｎｊ
温低抵抗体感温抵抗体）。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第 図 第 図 ３゜ ３０．５ ｙｐ７Ｉｎｔ氏（■）□ 第 図 ｒｐｎｏｔａ　　− 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板と、この基板に設けたヒータと、上記基板の表面に
   設けた感ガス体および感温抵抗体と、この感温抵抗体と
   上記ヒータとを直列に接続する手段と、この感温抵抗体
   およびヒータの直列回路に印加電圧を導く手段と、上記
   感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力として取出す手段と
   を具備したことを特徴とするガスセンサ。