JPH05209854A - 加熱式ガスセンサ - Google Patents
加熱式ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH05209854A JPH05209854A JP4015195A JP1519592A JPH05209854A JP H05209854 A JPH05209854 A JP H05209854A JP 4015195 A JP4015195 A JP 4015195A JP 1519592 A JP1519592 A JP 1519592A JP H05209854 A JPH05209854 A JP H05209854A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas sensor
- heater
- thermistor
- gas
- electrode
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低コストで耐酸化性に優れ、ヒータ温度を一
定に保つ制御回路を不要とする。 【構成】 常温以上の作動温度を必要とする半導体方式
及び起電力方式などによるガスセンサの加熱ヒータ用と
してＰＴＣサーミスタを用い、特にＰＴＣサーミスタの
主成分として（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3 を用いる。 【効果】 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3 をベースとす
るＰＴＣサーミスタヒータは低コストであり、酸化物の
ため酸化に強く、加熱温度は自己制御で一定にするため
電力制御用回路を必要としない。
定に保つ制御回路を不要とする。 【構成】 常温以上の作動温度を必要とする半導体方式
及び起電力方式などによるガスセンサの加熱ヒータ用と
してＰＴＣサーミスタを用い、特にＰＴＣサーミスタの
主成分として（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3 を用いる。 【効果】 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3 をベースとす
るＰＴＣサーミスタヒータは低コストであり、酸化物の
ため酸化に強く、加熱温度は自己制御で一定にするため
電力制御用回路を必要としない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、常温より高い作動温度
を必要とする半導体方式及び起電力方式などによるガス
センサの加熱用ヒータに利用する正温度特性（ＰＴＣ）
サーミスタに関する。
を必要とする半導体方式及び起電力方式などによるガス
センサの加熱用ヒータに利用する正温度特性（ＰＴＣ）
サーミスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガスセンサの作動温度が常温以上
の場合、作動温度までガスセンサ自体を加熱する必要が
ある。図５（ａ）はセンサ内部へヒータを埋め込むよう
にしたものであり、酸化物半導体１内に電極２、３が埋
め込まれ、電極２、３間には所定の電圧が印加されてガ
ス濃度に応じた信号が検出され、電極２、３の少なくと
も１つはヒータとして兼用されて通電することによりセ
ンサを加熱できるようになっている。
の場合、作動温度までガスセンサ自体を加熱する必要が
ある。図５（ａ）はセンサ内部へヒータを埋め込むよう
にしたものであり、酸化物半導体１内に電極２、３が埋
め込まれ、電極２、３間には所定の電圧が印加されてガ
ス濃度に応じた信号が検出され、電極２、３の少なくと
も１つはヒータとして兼用されて通電することによりセ
ンサを加熱できるようになっている。
【０００３】図５（ｂ）はセンサ外部へヒータを装着し
た構造のものであり、円筒状絶縁管１３の周囲に酸化物
（ＺｎＯ）１０を挟んで電極１１（一方の電極は図示は
省略さている）が形成されて周囲に触媒層１４（例え
ば、Ｖ−Ｍｏ−Ａｌ2 Ｏ3 ）が積層され、各電極からは
リード線１５、１６が引き出され、円筒状絶縁管内には
ヒータ１７が配置されてセンサを加熱できるようになっ
ている。
た構造のものであり、円筒状絶縁管１３の周囲に酸化物
（ＺｎＯ）１０を挟んで電極１１（一方の電極は図示は
省略さている）が形成されて周囲に触媒層１４（例え
ば、Ｖ−Ｍｏ−Ａｌ2 Ｏ3 ）が積層され、各電極からは
リード線１５、１６が引き出され、円筒状絶縁管内には
ヒータ１７が配置されてセンサを加熱できるようになっ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たセンサに使用されているヒータは、酸化に強い貴金属
を使用しているため、高いコストを必要とし、また、作
動温度を一定にするためヒータへ供給する電力を制御す
る回路が必要となり、装置が大がかりになって高価にな
ってしまうという問題があった。本発明は上記課題を解
決するためのもので、低コストで耐酸化性に優れ、ヒー
タ温度を一定に保つ制御回路を必要としない加熱式ガス
センサを提供することである。
たセンサに使用されているヒータは、酸化に強い貴金属
を使用しているため、高いコストを必要とし、また、作
動温度を一定にするためヒータへ供給する電力を制御す
る回路が必要となり、装置が大がかりになって高価にな
ってしまうという問題があった。本発明は上記課題を解
決するためのもので、低コストで耐酸化性に優れ、ヒー
タ温度を一定に保つ制御回路を必要としない加熱式ガス
センサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では作動温度まで加熱するためのヒータに正
温度特性（ＰＴＣ）サーミスタを用いた。本発明で使用
するＰＴＣサーミスタヒータは、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）
ＴｉＯ3 の組成をベースにするため低コストであり、ヒ
ータ自体が酸化物のため酸化に強く、加熱温度は自己制
御で一定になるため電力制御用回路を必要としない。即
ち、ＰＴＣサーミスタヒータを定電圧駆動した場合の発
生エネルギＷは、 Ｗ＝Ｖ2 ／Ｒ（Ｖ：駆動電圧、Ｒ：サーミスタの抵抗） であり、温度が上昇すると抵抗Ｒが大きくなって発生エ
ネルギＷが減少し、その結果温度が低下し、一方、温度
が低下すると抵抗Ｒが小さくなって発生エネルギＷが増
大して温度が上昇するものであり、加熱温度は自己制御
で一定に維持されることになる。
に、本発明では作動温度まで加熱するためのヒータに正
温度特性（ＰＴＣ）サーミスタを用いた。本発明で使用
するＰＴＣサーミスタヒータは、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）
ＴｉＯ3 の組成をベースにするため低コストであり、ヒ
ータ自体が酸化物のため酸化に強く、加熱温度は自己制
御で一定になるため電力制御用回路を必要としない。即
ち、ＰＴＣサーミスタヒータを定電圧駆動した場合の発
生エネルギＷは、 Ｗ＝Ｖ2 ／Ｒ（Ｖ：駆動電圧、Ｒ：サーミスタの抵抗） であり、温度が上昇すると抵抗Ｒが大きくなって発生エ
ネルギＷが減少し、その結果温度が低下し、一方、温度
が低下すると抵抗Ｒが小さくなって発生エネルギＷが増
大して温度が上昇するものであり、加熱温度は自己制御
で一定に維持されることになる。
【０００６】
【作用】本発明は、常温以上の作動温度を必要とする半
導体方式及び起電力方式等によるガスセンサの加熱ヒー
タ用にＰＴＣサーミスタ（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3
を用いたものであり、耐酸化性に優れ、低コストであ
り、ヒータ温度を一定に保つことができるので電力制御
回路を必要としない。
導体方式及び起電力方式等によるガスセンサの加熱ヒー
タ用にＰＴＣサーミスタ（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ3
を用いたものであり、耐酸化性に優れ、低コストであ
り、ヒータ温度を一定に保つことができるので電力制御
回路を必要としない。
【０００７】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。 〔実施例１〕一般に、半導体方式のＮＯ2 ガスセンサと
して知られている金属フタロシアニン（ＭＰｃ）を使っ
た素子を用いて実験を行った。図１に示すように、Ａｌ
2 Ｏ3 絶縁基板２１上に、金属ＭにＣｕ又はＦｅが入っ
たＣｕＰｃ，ＦｅＰｃの２つのフタロシアニン膜２２を
真空蒸着により形成したのち、Ａｕ電極２３、リード線
２４、２５を付けた。絶縁基板の下面にはＡｇ電極２６
を両面に形成したヒータ用ＰＴＣサーミスタ２０を下面
に付け、電極にはリード線２７を接続した。ＰＴＣサー
ミスタ２０としては、作動温度が２３０℃のため、（Ｂ
ａ0,76Ｐｂ0.24）ＴｉＯ3 ＋0.0015Ｄｙ2 Ｏ3 ＋0.0005
ＭｎＯ2 の組成のＰＴＣサーミスタを用いた。
る。 〔実施例１〕一般に、半導体方式のＮＯ2 ガスセンサと
して知られている金属フタロシアニン（ＭＰｃ）を使っ
た素子を用いて実験を行った。図１に示すように、Ａｌ
2 Ｏ3 絶縁基板２１上に、金属ＭにＣｕ又はＦｅが入っ
たＣｕＰｃ，ＦｅＰｃの２つのフタロシアニン膜２２を
真空蒸着により形成したのち、Ａｕ電極２３、リード線
２４、２５を付けた。絶縁基板の下面にはＡｇ電極２６
を両面に形成したヒータ用ＰＴＣサーミスタ２０を下面
に付け、電極にはリード線２７を接続した。ＰＴＣサー
ミスタ２０としては、作動温度が２３０℃のため、（Ｂ
ａ0,76Ｐｂ0.24）ＴｉＯ3 ＋0.0015Ｄｙ2 Ｏ3 ＋0.0005
ＭｎＯ2 の組成のＰＴＣサーミスタを用いた。
【０００８】このフタロシアニンガスセンサは、ＮＯ2
ガス分子が付着すると導電率が変化し、導電率の変化か
らＮＯ2 ガス濃度を測定できる。図１のセンサによるＮ
Ｏ2ガスに対する導電率の変化を図２に示す。図中、実
線はＣｕＰｃの場合、破線はＦｅＰｃの場合であり、縦
軸のＰａは圧力の単位を示すパスカル、横軸のＧは導電
率の単位を示すコンダクタンスである。図１に示すガス
センサ素子をヒータを作動せず赤外線加熱炉中、２３０
℃で感ガス測定を行った結果も図２とまったく同じであ
った。
ガス分子が付着すると導電率が変化し、導電率の変化か
らＮＯ2 ガス濃度を測定できる。図１のセンサによるＮ
Ｏ2ガスに対する導電率の変化を図２に示す。図中、実
線はＣｕＰｃの場合、破線はＦｅＰｃの場合であり、縦
軸のＰａは圧力の単位を示すパスカル、横軸のＧは導電
率の単位を示すコンダクタンスである。図１に示すガス
センサ素子をヒータを作動せず赤外線加熱炉中、２３０
℃で感ガス測定を行った結果も図２とまったく同じであ
った。
【０００９】〔実施例２〕起電力方式のＣＯ2 ガスセン
サとして知られた固体電解質にＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ
12、検知電極側にＮａ2 ＣＯ3 を付与した素子を用いて
実験を行った。図３に示すように、ＰＴＣサーミスタ３
０上の固体電界質３１の片側にはＡｕ電極３４（参照
極）のみを、もう一方には検知極としてＮａ2 ＣＯ3 ３
２とＡｕ電極３３を形成した。参照極は、検知ガスに触
れないようにガラスシール３５を施した。また、ＰＴＣ
サーミスタ３０としては、作動温度が４００℃のため、 （Ｂａ0.35Ｐｂ0.65）ＴｉＯ3 ＋0.0015Ｄｙ2 Ｏ3 ＋0.0005ＭｎＯ2 の組成のＰＴＣサーミスタを用い、Ａｇ電極３６、３７
を付けた。
サとして知られた固体電解質にＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ
12、検知電極側にＮａ2 ＣＯ3 を付与した素子を用いて
実験を行った。図３に示すように、ＰＴＣサーミスタ３
０上の固体電界質３１の片側にはＡｕ電極３４（参照
極）のみを、もう一方には検知極としてＮａ2 ＣＯ3 ３
２とＡｕ電極３３を形成した。参照極は、検知ガスに触
れないようにガラスシール３５を施した。また、ＰＴＣ
サーミスタ３０としては、作動温度が４００℃のため、 （Ｂａ0.35Ｐｂ0.65）ＴｉＯ3 ＋0.0015Ｄｙ2 Ｏ3 ＋0.0005ＭｎＯ2 の組成のＰＴＣサーミスタを用い、Ａｇ電極３６、３７
を付けた。
【００１０】検知極としてのＮａ2 ＣＯ3 ３２がＣＯ2
ガスに触れると、 検知極： Ｎａ2 ＣＯ3 →２Ｎａ+ ＋ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- 基準極： ２Ｎａ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｎａ2 Ｏ の反応が生じ、トータルの反応としては、 Ｎａ2 ＣＯ3 →Ｎａ2 Ｏ＋ＣＯ2 となってＣＯ2 が生成され、Ｎａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12
固体電界質３１は検知極側と参照極側とのＣＯ2 ガス分
圧差により起電力が発生する。このとき発生する起電力
の変化の関係を図４に示す。図３に示すガスセンサ素子
をヒータを作動せず赤外線加熱炉中、４００℃で感ガス
測定を行った結果も図４とまったく同じであった。
ガスに触れると、 検知極： Ｎａ2 ＣＯ3 →２Ｎａ+ ＋ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- 基準極： ２Ｎａ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｎａ2 Ｏ の反応が生じ、トータルの反応としては、 Ｎａ2 ＣＯ3 →Ｎａ2 Ｏ＋ＣＯ2 となってＣＯ2 が生成され、Ｎａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12
固体電界質３１は検知極側と参照極側とのＣＯ2 ガス分
圧差により起電力が発生する。このとき発生する起電力
の変化の関係を図４に示す。図３に示すガスセンサ素子
をヒータを作動せず赤外線加熱炉中、４００℃で感ガス
測定を行った結果も図４とまったく同じであった。
【００１１】
【発明の効果】以上のように、本発明のガスセンサ加熱
用ＰＴＣサーミスタヒータは、低コストで耐酸化性に優
れ、ヒータ温度を一定に保つ制御回路を必要としないと
いう利点を有し、その工業的価値は極めて大きい。
用ＰＴＣサーミスタヒータは、低コストで耐酸化性に優
れ、ヒータ温度を一定に保つ制御回路を必要としないと
いう利点を有し、その工業的価値は極めて大きい。
【図１】 本発明の半導体式ガスセンサを示す図であ
る。
る。
【図２】 図１のガスセンサの出力特性を示す図であ
る。
る。
【図３】 本発明の起電力式ガスセンサを示す図であ
る。
る。
【図４】 図３のガスセンサの出力特性を示す図であ
る。
る。
【図５】 従来の加熱式ガスを説明する図である。
２０…ＰＴＣサーミスタ、２１…Ａｌ2 Ｏ3 絶縁基板、
２２…フタロシアニン膜、２３、２６…Ａｕ電極、２
４、２５、２７リード線、３０…ＰＴＣサーミスタ、３
１…固体電界質、３２…Ｎａ2 ＣＯ3 、３３、３４…Ａ
ｕ電極、３５…ガラスシール。
２２…フタロシアニン膜、２３、２６…Ａｕ電極、２
４、２５、２７リード線、３０…ＰＴＣサーミスタ、３
１…固体電界質、３２…Ｎａ2 ＣＯ3 、３３、３４…Ａ
ｕ電極、３５…ガラスシール。
Claims (2)
- 【請求項１】 常温より高い作動温度を必要とするガス
センサにおいて、ガスセンサの加熱用ヒータとして、Ｐ
ＴＣサーミスタを用いたことを特徴とする加熱式ガスセ
ンサ。 - 【請求項２】 請求項１記載のガスセンサにおいて、Ｐ
ＴＣサーミスタの主成分が（Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ）ＴｉＯ
3 からなることを特徴とする加熱式ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4015195A JPH05209854A (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 加熱式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4015195A JPH05209854A (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 加熱式ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05209854A true JPH05209854A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=11882081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4015195A Pending JPH05209854A (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 加熱式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05209854A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1219961A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
| EP1219960A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
| CN108760835A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-06 | 合肥萃励新材料科技有限公司 | 一种苯系物气体敏感元件 |
-
1992
- 1992-01-30 JP JP4015195A patent/JPH05209854A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1219961A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
| EP1219960A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
| US6435005B1 (en) | 2000-12-19 | 2002-08-20 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
| CN108760835A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-06 | 合肥萃励新材料科技有限公司 | 一种苯系物气体敏感元件 |
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