JPH0519944B2 - - Google Patents

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JPH0519944B2
JPH0519944B2 JP1728886A JP1728886A JPH0519944B2 JP H0519944 B2 JPH0519944 B2 JP H0519944B2 JP 1728886 A JP1728886 A JP 1728886A JP 1728886 A JP1728886 A JP 1728886A JP H0519944 B2 JPH0519944 B2 JP H0519944B2
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JP
Japan
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gas
concentration
electrode
flammable
hydrogen gas
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JP1728886A
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Yasuhiro Nagata
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は可燃性ガスセンサに関し、さらに詳
細にいえば、電界効果トランジスタ型の構成を採
用した可燃性ガスセンサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a combustible gas sensor, and more particularly, to a combustible gas sensor employing a field effect transistor type configuration.

<従来の技術> 従来から可燃性ガスセンサとして、第5図に示
すように、SnO2等の如く可燃性ガスに感応して
抵抗値が変化する素子11に対して直流電源1
2、および電流計等13を直列接続するととも
に、上記素子11を約100℃〜400℃に加熱するヒ
ータ14に対して電源15を直列接続した構成の
ものが提供されていた。
<Prior art> As shown in FIG. 5, a conventional combustible gas sensor uses a DC power source 1 for an element 11 whose resistance value changes in response to a combustible gas such as SnO 2 .
2 and an ammeter 13 are connected in series, and a power source 15 is connected in series to a heater 14 that heats the element 11 to about 100 DEG C. to 400 DEG C.

また、電界効果トランジスタ型(以下FET型
と略称する)の水素ガスセンサとして、電界効果
トランジスタのゲート電極をパラジウム(Pd)
で構成したものが提供されていた。
In addition, as a field effect transistor type (hereinafter abbreviated as FET type) hydrogen gas sensor, the gate electrode of the field effect transistor is made of palladium (Pd).
A composition consisting of was provided.

<発明が解決しようとする問題点> 上記第5図の構成の可燃性ガスセンサにおいて
は、可燃性ガスの存在を検出するための素子11
を、ヒータ14により約100℃〜400℃に加熱する
ことが必須であり、構成が複雑化するのみなら
ず、ヒータ14がガス爆発を誘発する原因になる
という問題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> In the flammable gas sensor having the configuration shown in FIG. 5, the element 11 for detecting the presence of combustible gas
It is essential to heat the gas to approximately 100° C. to 400° C. using the heater 14, which not only complicates the structure but also causes problems in that the heater 14 may cause a gas explosion.

また、ガスの選択性が悪く、水素ガス、炭化水
素ガス等類似の可燃性ガスに対して同様に感応し
てしまうという問題がある。例えばば、可燃性ガ
スの漏出を検出するためのセンサであつても、酒
の燗をした場合に発生するアルコールガスにも感
応することになり、可燃性ガスの漏出を検出した
のと同様の状態をひき起こしてしまうという問題
がある。
Further, there is a problem in that the gas selectivity is poor and the method is similarly sensitive to similar flammable gases such as hydrogen gas and hydrocarbon gas. For example, even if a sensor is used to detect the leakage of flammable gas, it will also be sensitive to the alcohol gas generated when sake is heated, and the sensor will detect the leakage of flammable gas as well. The problem is that it can cause a condition.

上記FET型の水素センサにおいては、パラジ
ウム(Pd)の触媒作用により分解されたH+イオ
ンがゲート電極にのみたまるのであるから、順次
蓄積してゆくことに起因する水素ガス濃度の変化
率が測定できるのみであり、水素ガス濃度の絶対
値は測定できないという問題がある。
In the FET type hydrogen sensor mentioned above, H + ions decomposed by the catalytic action of palladium (Pd) accumulate at the gate electrode, so the rate of change in hydrogen gas concentration due to the sequential accumulation is measured. However, there is a problem in that the absolute value of the hydrogen gas concentration cannot be measured.

<発明の目的> この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもの
であり、ガス爆発の危険性を解消させることがで
きるとともに、可燃性ガスの選択性を向上させる
ことができ、さらには可燃性ガスの濃度を正確に
測定することができる可燃性ガスセンサを提供す
ることを目的としている。
<Object of the invention> This invention was made in view of the above problems, and can eliminate the risk of gas explosion, improve the selectivity of flammable gases, and further improve the selectivity of combustible gases. It is an object of the present invention to provide a combustible gas sensor that can accurately measure the concentration of flammable gas.

<問題点を解決するための手段> 上記の目的を達成するための、この発明の可燃
性ガスセンサは、電界効果トランジスタのゲート
電極、およびソース電極の一方を白金属金属で構
成するとともに、他方を可燃性ガスと反応しない
金属で構成し、上記両電極上を一体的に覆うガス
透過性プロトン伝導体膜を形成したものである。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the flammable gas sensor of the present invention has one of the gate electrode and the source electrode of a field effect transistor made of platinum metal, and the other made of platinum metal. A gas-permeable proton conductor membrane is formed, which is made of a metal that does not react with flammable gas, and integrally covers both of the electrodes.

但し、上記可燃性ガスと反応しない金属として
は、銀を使用することができる。
However, silver can be used as the metal that does not react with the flammable gas.

<作 用> 以上の構成の可燃性ガスセンサであれば、白金
属金属で構成された電極に、ガス透過性プロトン
伝導膜を通して可燃性ガスが導かれ、白金属金属
の触媒作用により分解形成されて電子がたまり、
分解形成されたプロトンは、ガス透過性プロトン
伝導体膜を通つて自由に伝導し、上記電子との再
結合を防止させられるとともに、可燃性ガスと反
応しない金属で構成された電極の電位を、可燃性
ガスの濃度に影響されることなく所定の電位に保
持することができる。
<Function> In the flammable gas sensor with the above configuration, combustible gas is guided to the electrode made of platinum metal through a gas-permeable proton conductive membrane, and is decomposed and formed by the catalytic action of platinum metal. Electrons accumulate,
The decomposed protons are free to conduct through the gas-permeable proton conductor membrane and are prevented from recombining with the electrons, while increasing the potential of the electrode made of a metal that does not react with flammable gases. A predetermined potential can be maintained without being affected by the concentration of combustible gas.

<実施例> 以下、実施例を示す添付図面によつて詳細に説
明する。
<Examples> Hereinafter, examples will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing examples.

第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施
例を示す概略図であり、p型基板1の表面所定位
置にn形のソース領域2、およびドレイン領域3
を形成しているとともに、上記ソース領域2とド
レイン領域3との間にn形のチヤネル領域4を形
成し、上記ソース領域2に対応する部分を除い
て、上記p形基板1の全表面を絶縁膜5で被覆し
ている。そして、上記チヤネル領域4に対応させ
て上記絶縁膜5の上に白金からなるゲート電極6
を形成し、上記ソース領域2と接触し得る状態で
銀からなるソース電極7を形成し、さらに上記ゲ
ート電極6、ソース電極7、および絶縁膜5を覆
うように、ガス透過性プロトン伝導膜としての固
体電解質膜8を形成している。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, in which an n-type source region 2 and a drain region 3 are provided at predetermined positions on the surface of a p-type substrate 1.
At the same time, an n-type channel region 4 is formed between the source region 2 and the drain region 3, and the entire surface of the p-type substrate 1 except for the portion corresponding to the source region 2 is formed. It is covered with an insulating film 5. A gate electrode 6 made of platinum is placed on the insulating film 5 corresponding to the channel region 4.
A source electrode 7 made of silver is formed so as to be in contact with the source region 2, and a gas permeable proton conductive film is formed so as to cover the gate electrode 6, the source electrode 7, and the insulating film 5. A solid electrolyte membrane 8 is formed.

尚、9は直流電源、10は電流計であり、上記
ソース領域2とドレイン領域3との間に直列に接
続されている。
Note that 9 is a DC power supply, and 10 is an ammeter, which are connected in series between the source region 2 and drain region 3.

上記の構成の可燃性ガスセンサの動作は以下の
とおりである。
The operation of the combustible gas sensor having the above configuration is as follows.

第1図中矢印Aで示すように測定ガスとしての
水素ガスが導かれた場合には、固体電解質膜8を
通つて白金からなるゲート電極6に到達し、白金
の触媒作用によりゲート電極6の表面において H2→2H++2e 2H++1/2O2+2e→H2O で示される反応が行なわれ、しかもH+イオンは
固体電解質膜8中を自由に移動するので、上記可
逆反応が頻発することはなく、固体電解質膜8を
通つてゲート電極6に到達する水素ガス量が増加
するにつれて深い−電位になる(第2図A参照)。
When hydrogen gas is introduced as a measurement gas as shown by arrow A in FIG. The reaction represented by H 2 →2H + +2e 2H + +1/2O 2 +2e→H 2 O takes place on the surface, and H + ions move freely in the solid electrolyte membrane 8, so the above reversible reaction occurs frequently. As the amount of hydrogen gas reaching the gate electrode 6 through the solid electrolyte membrane 8 increases, the potential becomes deeper (see FIG. 2A).

他方、ソース電極7においては、銀が水素ガス
に全く感応しないので、水素ガスの濃度が変化し
ても、所定の電位に保持され続ける(第2図B参
照)。
On the other hand, in the source electrode 7, since silver is not sensitive to hydrogen gas at all, it continues to be held at a predetermined potential even if the concentration of hydrogen gas changes (see FIG. 2B).

したがつて、ソース−ゲート電極間には水素ガ
スの濃度に応じた電位がかかることになり、ソー
ス−ドレイン電極間に一定の電圧を印加した場合
には、水素ガスの濃度の増加に伴なつて減少する
電流特性を示すことになる(第2図C参照)。
Therefore, a potential depending on the concentration of hydrogen gas is applied between the source and gate electrodes, and when a constant voltage is applied between the source and drain electrodes, the potential increases as the concentration of hydrogen gas increases. As a result, the current characteristic decreases as the current decreases (see FIG. 2C).

また、上記動作を行なつている間、ゲート電極
6の近傍において発生させられたH+イオンは浪
費されることなく保持されるのであるから、測定
機器として特に高インピーダンスのものを使用す
ることは必要ではなく、通常の電流計を使用して
正確な水素ガスの濃度を測定することができる。
Furthermore, since the H + ions generated in the vicinity of the gate electrode 6 are retained without being wasted during the above operation, it is not recommended to use a particularly high impedance measuring device. Although not necessary, a regular ammeter can be used to measure the exact hydrogen gas concentration.

また、以上には水素ガスの濃度測定についての
み説明しているが、一酸化炭素ガスの濃度測定も
同様に行なうことができる。
Further, although only the measurement of the concentration of hydrogen gas has been described above, the measurement of the concentration of carbon monoxide gas can be similarly performed.

即ち、一酸化炭素ガスも水素ガスと同様に可逆
反応を行なうのであり、具体的には CO+H2O→CO2+2H++2e 2H++1/2O2+2e→H2O である。したがつて、上記反応により生成される
電子により一酸化炭素ガスの濃度を測定すること
ができる。
That is, carbon monoxide gas also undergoes a reversible reaction like hydrogen gas, specifically CO+H 2 O→CO 2 +2H + +2e 2H + +1/2O 2 +2e→H 2 O. Therefore, the concentration of carbon monoxide gas can be measured using the electrons generated by the above reaction.

第3図は他の実施例を示す概略図であり、上記
実施例を異なる点は、ゲート電極6を銀で構成
し、ソース電極7を白金で構成した点のみであ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment, and the only difference from the above embodiment is that the gate electrode 6 is made of silver and the source electrode 7 is made of platinum.

したがつて、ゲート電極6は水素ガスの濃度に
拘わらず所定の電位に保持され、ソース電極7が
水素ガスの濃度の増加に伴なつて深い−電位にな
る。そして、ソース−ゲート電極間には、水素ガ
ス濃度に依存して上記実施例と逆に変化する電位
がかかることになり、ソース−ドレイン電極間に
一定の電圧を印加した場合には、水素ガスの濃度
の増加に伴なつて増加する電流特性を示すことに
なる(第4図参照)。
Therefore, the gate electrode 6 is held at a predetermined potential regardless of the concentration of hydrogen gas, and the source electrode 7 becomes a deep negative potential as the concentration of hydrogen gas increases. Then, a potential that changes inversely to that in the above embodiment is applied depending on the hydrogen gas concentration between the source and gate electrodes, and when a constant voltage is applied between the source and drain electrodes, the hydrogen gas The current characteristic increases with increasing concentration of (see FIG. 4).

尚、この発明は上記の実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、銀電極に代えてカロメル電極
を使用すること、白金電極に代えて他の白金属金
属からなる電極を使用することが可能である他、
固体電解質膜8のガス透過性を変化させて測定レ
ンジを変化させること、測定レンジを変化させた
可燃性ガスセンサを複数個並列させて設け、図示
しないスイツチ等により選択的に動作させるよう
にすること等が可能であり、その他この発明の要
旨を変更しない範囲内において、種々の設計変更
を施すことが可能である。
Note that this invention is not limited to the above embodiments; for example, it is possible to use a calomel electrode in place of the silver electrode, or to use an electrode made of another platinum metal in place of the platinum electrode. Besides,
The measurement range is changed by changing the gas permeability of the solid electrolyte membrane 8, and a plurality of combustible gas sensors with different measurement ranges are arranged in parallel and are selectively operated by a switch or the like (not shown). etc., and various other design changes can be made within the scope of not changing the gist of the present invention.

<発明の効果> 以上のようにこの発明は、可燃性ガスに感応す
る電極と感応しない電極とを使用して電界効果ト
ランジスタを構成しているとともに、表面をガス
透過性プロトン伝導膜で覆つているので、ガス爆
発の危険を確実に解消させた状態で、通常の測定
装置により正確な可燃性ガス濃度の測定を行なう
ことができるという特有の効果を奏する。
<Effects of the Invention> As described above, the present invention configures a field effect transistor using an electrode that is sensitive to combustible gas and an electrode that is not sensitive to flammable gas. This has the unique effect of making it possible to accurately measure the combustible gas concentration using a normal measuring device while ensuring that the risk of gas explosion is eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施
例を示す概略図、第2図は可燃性ガスセンサの動
作を説明する特性図、第3図は他の実施例を示す
概略図、第4図は特性図、第5図は従来の可燃性
ガスセンサを示す概略図。 6……ゲート電極、7……ソース電極、8……
固体電解質膜。
Fig. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the flammable gas sensor of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram explaining the operation of the combustible gas sensor, Fig. 3 is a schematic diagram showing another embodiment, and Fig. 4 is a characteristic diagram, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional combustible gas sensor. 6...gate electrode, 7...source electrode, 8...
Solid electrolyte membrane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電界効果トランジスタのゲート電極、および
ソース電極の一方を白金属金属で構成するととも
に、他方を可燃性ガスと反応しない金属で構成
し、上記両電極上を一体的に覆うガス透過性プロ
トン伝導体膜を形成したことを特徴とする可燃性
ガスセンサ。 2 可燃性ガスと反応しない金属が銀である上記
特許請求の範囲第1項記載の可燃性ガスセンサ。
[Claims] 1. One of the gate electrode and source electrode of a field effect transistor is made of a white metal, and the other is made of a metal that does not react with flammable gas, and both of the electrodes are integrally covered. A flammable gas sensor characterized by forming a gas-permeable proton conductor membrane. 2. The combustible gas sensor according to claim 1, wherein the metal that does not react with combustible gas is silver.
JP1728886A 1986-01-28 1986-01-28 Combustible gas sensor Granted JPS62174643A (en)

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JPS6459050A (en) * 1987-08-28 1989-03-06 Daikin Ind Ltd Gaseous carbon monoxide sensor
JPH01127943A (en) * 1987-11-12 1989-05-19 Daikin Ind Ltd Combustible gas sensor

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