JPH0518919A - センサー駆動回路 - Google Patents

センサー駆動回路

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JPH0518919A
JPH0518919A JP19702091A JP19702091A JPH0518919A JP H0518919 A JPH0518919 A JP H0518919A JP 19702091 A JP19702091 A JP 19702091A JP 19702091 A JP19702091 A JP 19702091A JP H0518919 A JPH0518919 A JP H0518919A
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Takashi Iwata
岳志 岩田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサー出力電圧を大きくすることにより、
複雑かつ高精度の増幅回路を用いる必要をなくし、コス
トが安く、しかも精度の高いガス検出装置等を提供す
る。 【構成】 電熱器21と該電熱器21に一定電圧を印加
する定電圧源20と、前記電熱器21に対向して配設さ
れた感応物質11とから成り、該感応物質11を前記電
熱器21にて所定温度に加熱して前記感応物質11の抵
抗を感応対象物の吸脱着現象に応じて変化させる。本発
明は感応物質11に直列にバイアス電圧VBを印加し、
前記感応物質11とバイアス電圧VBとの直列回路に一
定電流又は一定電圧を供給し、前記感応物質の両端間の
電圧VSを検出電圧とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、感応物質の電気抵抗値が該感応
物質に吸脱着する感応対象物によって変化することを利
用したセンサーの駆動回路に関し、例えば、ガスセンサ
ー、温度センサー、湿度センサー、アルコールセンサー
等に応用可能なものである。
【0002】
【従来技術】図6は、従来のセンサー駆動回路の一例を
説明するための図で、図中、10は定電流源、11は金
属酸化物半導体等から成る感応物質、20は電熱器用の
定電圧電源、21は該定電圧電源20より一定電圧が供
給される電熱器であり、周知のように、電熱器21を定
電圧源20にて所定温度に加熱するとともに、感応物質
11に定電流源10より一定電流を流しておくと、感応
物質11の電気抵抗が、感応対象物である、例えば、ガ
ス、湿度、アルコール等の脱着によって変化するので、
この感応物質の両端間の電圧Vsを検出して感応対象物
の存在あるいはその量を検出することができる。
【0003】感応物質I側の一方の電源端子A点と電熱
器II側の一方の電源端子B点を共通にしたもので、この
ようにすると、感応物質I側の電源と電熱器II側の電源
とを共通にして、単一の電源30を使用することができ
る。
【0004】図6に示した従来例は、感応物質11が電
熱器21と銃気的に絶縁分離されている例であるが、他
方電気的に短絡するようにして、図7,図8に示すよう
に、感応物質11が電熱器21の上にも直接接触させて
熱伝導効率を向上させるようにすることも行われてい
る。図8の回路で説明すると、空気中でのセンサー出力
電圧VSはその値が小さく(すなわち、感応物質11の
抵抗値RSが小さく)、所定のガス濃度、例えば、ガス
漏れ警報器として検出しなければならないために必要
な、0.4%濃度のイソブタンガス中においても空気中
と大差ない値しか得ることができなかった。なお、前記
感応物質抵抗値RSは、 抵抗値RS=センサー出力電圧VS/定電流回路の電流値
S で決まる。
【0005】而して、上記従来のガス検出回路では、感
応対象物質の吸脱着現象に応じた変化をする前記感応対
象物質の抵抗値変化が小さいため、増幅回路を用いる
が、単純な増幅回路では回路素子自体の温度特性や精度
の誤差によりセンサーの状態を正確に伝えることが出来
なくなる。そのため、増幅回路は精度の高いものを使用
することが望ましいが、回路が複雑になりコストも高く
なる。
【0006】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、特に、センサーからの出力電圧を大きくするこ
とにより、複雑かつ高精度の増幅回路を用いる必要をな
くし、コストが安く、しかも精度の高いガス検出装置等
を提供することを目的としてなされたものである。
【0007】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
電熱器と該電熱器に一定電圧もしくは一定電流を印加す
る定電圧源もしくは定電流源と、前記電熱器に対向して
配設された感応物質とから成り、該感応物質を前記電熱
器にて所定温度に加熱して前記感応物質の抵抗を感応対
象物の吸脱着現象に応じて変化させるようにしたセンサ
ー駆動回路において、前記感応物質に直列にバイアス電
圧を印加し、前記感応物質とバイアス電圧との直列回路
に一定電流もしくは一定電圧を供給し、前記感応物質の
両端間の電圧を検出電圧とすることを特徴としたもので
あり、更には、(2)前記感応対象物が気体であるこ
と、或いは、(3)前記感応物質が金属酸化物半導体で
あること、更には、(4)前記電熱器の印加電圧を所定
の値(すなわち、ガス感度=感応物質の空気中の抵抗値
/感度物質の所定濃度ガス中抵抗値、が最大となる条件
の値)から5〜30%減じた設定値にしたことを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明
する。
【0008】図1、図2はそれぞれ、本発明によるセン
サー駆動回路の実施例を説明するための図で、図中、図
6〜図8に示した従来回路と同様の作用をする部分に
は、図6〜図8と同一の参照番号が付してある。而し
て、本発明は、感応物質11と直列にバイアス電圧発生
素子(例えば、抵抗器、ダイオード、トランジスタ、交
流電源を使用した場合にはコイルなど)12が設けられ
ていること、及び感応物質11が電熱器21から電気的
に絶縁分離されている点に特徴を有する。なお、図1の
実施例は、感応物質I側と電熱器II側の電源端子の一方
を共通にした例、図2は、感応物質I側と、電熱器II側
の端子を分離させてそれぞれ個別の電源を持たせた例を
示す。感応物質11は、例えば、感応対象物がガスであ
る場合、Fe23、SnO2、Al23、TiO2、Zn
O等の金属酸化物半導体から成り、熱容量を小さくすべ
く微小薄膜状に形成されており、前記電熱器21により
300〜450℃に加熱されると、ガスに対して吸着・
離脱の作用を行う。従って、ガス感応物質11の抵抗値
は、雰囲気中にガスが存在する場合は、ガス分子を吸着
して小さくなり、ガスがなくなるとガス分子を離脱させ
て大きくなる。而して、本発明は、上述のごとき従来の
センサー駆動回路において、感応物質11に対してバイ
アス電圧VBを加えることにより、該感応物質の抵抗値
が増大することを発見し、これを利用して感応物質11
の出力電圧の増大を図ったものである。すなわち、本出
願人は、これまで、ガス洩れ警報器や温湿度・アルコー
ル検出装置として、図6に示したセンサー駆動回路を用
いてセンサーの特性評価を行ってきたが、今回、図1に
示すような駆動回路での特性評価を行ったところ、セン
サー出力電圧VSが異なる値を示し、特に、バイアス電
圧VBを増大させると更に大きなセンサー出力電圧VS
示すことを発見した。
【0009】図3は、図1の回路において、バイアス電
圧VBの大きさを、変化させた時の感応物質11の抵抗
値を示す実験結果図で、図中、Aは空気中、Bは20
℃、90%の温湿度雰囲気中、Cは0.4%のイソブタ
ンガス中の特性図で、曲線Aから、バイアス電圧VB
追加することによって、空気中でのVSが非常に大きく
なること(感応物質11の抵抗値RSが大きくなるこ
と)が解る。一方、所定のガス濃度(曲線C)において
は、VBの大きさに関係なくほぼ同じRSを示すことから
空気中とガス中の割合(ガス感度)は大きく、結果とし
て回路での信号処理が容易かつ簡単になり、信頼性の高
いものとなる。そして、温湿度の影響(曲線B)におい
ても多少の影響を受けるが(温湿度の影響があっても、
ガス検出にはLの余裕がある)、信号処理レベルのしき
い値を、その影響以下に容易に設定することができるの
で、バイアス電圧VBの効果は大きい。なお、VB=0
(V)の時は、従来技術と同様で図6の場合に相当し、
それぞれの雰囲気において、あまり選択性を示していな
い。
【0010】図3は、図1の回路において、電熱器21
の両端にVH=1.20(V)の電圧を印加した場合の例
を示したが、図4には、この電圧VHを変えた場合の特
性を示し、曲線A,B,Cは空気中の特性を示し、Aは
H=1.20(V)、BはVH=1.0(V)、CはVH
=0.8(V)に設定した場合の感応物質抵抗値RSの特
性を示す。図4から明らかなように、バイアス電圧VB
を変えていくと、感応物質抵抗値RSが急激に増大して
平衡状態になり、平衡状態になる時のVBが、電熱器の
電圧VHに近いことが分る。図1に示した実施例では、
感応物質と電熱器が微細構造かつ近接しているため、電
熱器の設定電圧の影響を感応物質が受けて、VH>VB
時、VSは電熱器の電圧VHにおさえられてその値が小さ
い。ところが、VH<VBの時、VSは電熱器の電位VH
越えて電源部の電位に近づこうとするので、その値が大
きくなる。図1の実施例では回路の一端が共通になって
いるため、そのような電位の影響が出る。図7の従来技
術においては、電源部が二つに分離されていても感応物
質と電熱器が電気的に短絡されているが、図2に示した
実施例では絶縁分離されているので、感応物質の抵抗値
Sは電熱器の電位に影響されず、図1でのVH<VB
ほぼ同様な特性を示す。この場合、バイアス電圧発生素
子は不用である。ここで二つの分離された電源部を構成
する場合、AC100(V)から引込むと分離電源は大
変複雑になり容易でないが、個別の電池により電源回路
を作る方法はなお一層簡単で都合良い。さらに、図には
示さないが、電熱器の駆動回路が定電圧源によらず定電
流源でも良い。感応物質およびバイアス電圧発生素子に
は、定電流源によらず定電圧源でも可能であり、VH
Bの大小関係において、センサー出力電圧VSは前記図
1の実施例と同様の特性を示す。なお、図4でVBがVH
<VBの領域でVH=0.8(V)および1.0(V)での
SがVH=1.20(V)よりかなり小さくなるのは、
図5に示すように、金属酸化物半導体を用いたセンサー
特有の典型的な性質であって、上述の説明に矛盾はな
い。なお、図5において、曲線A,Bは空気中、Cはガ
ス中の特性を示す。
【0011】また、図4は、空気中(曲線A,B,C)
及び0.4%イソブタンガス中(曲線a,b,c)にお
けるバイアス電圧VBと感応物質抵抗値RSの特性をも示
す図で、同図において、電熱器電圧VHを1.20(V)
に設定すると感度を充分大きく取ることができるが、V
Hを小さくしていくに従い、感度が小さくなることがわ
かる。ここでVHが0.8(V)程度であるとかなり選別
が難しくなる。これをヒータの印加電力として判断する
と、30%程度(VH=1.0(V)の時)減じても、感
度として、検出回路において容易に処理できる範囲とい
える。従って、消費電力が小さくなると共に、電熱器の
温度、感応物質の温度を下げることができ、なお一層耐
久寿命が長くなり、安全性、信頼性が向上する。
【0012】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、バイアス電圧VBを大きくするだけで感応物質の抵
抗値の大きさを変えることができるので、感応物質の抵
抗値の大きさを一定の範囲内であれば任意に設定するこ
とが出来、従って、周辺の回路で容易に処理でき、その
結果、回路の簡素化を図ることができ、また、ガス検出
装置等の精度を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を説明するための電気回路
図である。
【図2】 本発明の他の実施例を説明するための電気回
路図である。
【図3】 バイアス電圧と感応物質抵抗値との関係を、
雰囲気をパラメータとして求めた時の特性図である。
【図4】 バイアス電圧と感応物質抵抗値との関係を、
電熱器電圧をパラメータとして求めた時の特性図であ
る。
【図5】 電熱器へ印加した電圧VHによる感応物質抵
抗値RSの特性を示す図である。
【図6】 従来のセンサー駆動回路の一例を説明するた
めの電気回路図である。
【図7】 従来のセンサー駆動回路の他の例を説明する
ための電気回路図である。
【図8】 従来のセンサー駆動回路の他の例を説明する
ための電気回路図である。
【符号の説明】
10…定電流源、11…感応物質、12…バイアス電圧
発生素子、20…定電圧源、21…電熱器、30,30
1,302…電源。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電熱器と該電熱器に一定電圧もしくは一
    定電流を印加する定電圧源もしくは定電流源と、前記電
    熱器に対向して配設された感応物質とから成り、該感応
    物質を前記電熱器にて所定温度に加熱して前記感応物質
    の抵抗を感応対象物の吸脱着現象に応じて変化させるよ
    うにしたセンサー駆動回路において、前記感応物質に直
    列にバイアス電圧を印加し、前記感応物質とバイアス電
    圧との直列回路に一定電流もしくは一定電圧を供給し、
    前記感応物質の両端間の電圧を検出電圧とすることを特
    徴とするセンサー駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記電熱器の印加電圧を所定の値(すな
    わち、ガス感度=感応物質の空気中の抵抗値/感応物質
    の所定濃度ガス中抵抗値、が最大となる条件の値)から
    5〜30%減じた設定値にしたことを特徴とする請求項
    1に記載のセンサー駆動回路。
  3. 【請求項3】 電熱器と、該電熱器と電気的に絶縁分離
    かつ対向配設された感応物質とから成るセンサーの駆動
    回路において、電熱器を駆動する電源部と、感応物質を
    駆動させる前記電源部と電気的に絶縁分離された第二の
    電源部を持つことを特徴とするセンサー駆動回路。
  4. 【請求項4】 前記2つの電源部への電力供給がそれぞ
    れ個別の電池により行われることを特徴とする請求項3
    記載のセンサー駆動回路。
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