JPH05240822A - ガス検知装置 - Google Patents

ガス検知装置

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Publication number
JPH05240822A
JPH05240822A JP4042889A JP4288992A JPH05240822A JP H05240822 A JPH05240822 A JP H05240822A JP 4042889 A JP4042889 A JP 4042889A JP 4288992 A JP4288992 A JP 4288992A JP H05240822 A JPH05240822 A JP H05240822A
Authority
JP
Japan
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gas
activated carbon
sensor
sensor unit
detection device
Prior art date
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Pending
Application number
JP4042889A
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English (en)
Inventor
Kazumasu Kuriyama
和益 栗山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 繊維状活性炭センサー部1に定電流発生回路
3、電気伝導率を計測する制御回路6が接続され、繊維
状活性炭センサー部1を照射する光源2を具備したガス
検知装置。 【効果】 炭化水素、水蒸気、SO、NO、酸素等の微
量ガスについて精度及び感度ともによく検出することが
できる。また、小型のセンサーが得られ、かつ安価に供
給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガス検知装置に関し、よ
り詳細には例えば炭化水素、水蒸気、SOx、NOx
酸素等のようなガス成分を検出する小形のガス検知装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来ガスセンサーとしては、アルミナや
ニッケルフェライト等の酸化物焼結体を用いた湿度(気
相中の微量水分)センサー、酸化亜鉛や酸化スズなどを
用いた可燃性ガス(炭化水素)センサー、ジルコニウム
やイットリウムの酸化物を用いた酸素センサー等が知ら
れている。これらのセンサーを用いたガス検知装置にお
ける作動原理は、前記金属酸化物にガスが吸着される
と、該ガスの吸着量の増加につれて前記金属酸化物の電
気伝導率、静電容量、熱伝導率、化学ポテンシャル等の
いずれかが増減する性質を利用したものである。
【0003】図3は、酸化スズを用いた従来の2端子型
センサーを示す模式的断面図である。図中10は酸化ス
ズの焼結体を示しており、酸化スズの焼結体10の内部
には2本の白金線12が埋設されている。前記センサー
により炭化水素を検出するときは、酸化スズの焼結体1
0を発熱体として2本の白金線12間に電圧を印加し、
酸化スズの作動温度である300〜400℃まで酸化ス
ズの焼結体10を加熱して炭化水素を吸着させ、白金線
12間に流れる電流を測定することにより電気抵抗の変
化を検出する(電気化学:vol53、No.12、p
951)。
【0004】また電導性を有するカーボンブラックを絶
縁体である吸湿性高分子のマトリクス中に分散させた湿
度センサーがある。このセンサーを用いたガス検知装置
は、吸湿によりマトリクスが膨張し、この膨張によりマ
トリクス中のカーボンブラック粒子間の接触度が減少し
て電気伝導率が低下する現象を利用したものである。
【0005】また図4は、セルロースを熱分解して得ら
れた炭素を10〜20μmの薄膜に成形して得られたセ
ンサーに関し、50℃においてガス吸収前の電気抵抗R
0 及びメタノールを吸収させたときの電気抵抗Rm を測
定し、検出感度Rm /R0 を縦軸に、メタノールの添加
量を横軸に示したグラフである(Sensors and Actuator
s:14、1988、p233〜242)。なお、図中数
字は炭素粒径別の薄膜供試材を示し、曲線1は0.3〜
0.2mm、曲線2は0.2〜0.12mm、曲線3は
0.12〜0.06mmの粒径炭素を使用した場合をそ
れぞれ示している。前記検出感度Rm /R0 は0.65
〜0.85程度であり、また粒径が小さい程検出感度が
良くなっている。
【0006】さらに図5は、活性炭繊維における電気抵
抗の変化を示したグラフである(日本学術振興会第11
7委員会資料117−210−B−3)。かかる変化の
測定はまずピッチ系原料を用いて作製された比表面積2
000m2 /g、長さ1〜3mmの活性炭の単繊維を暗
箱内に設置し、次に暗箱の上部に設けられた細孔からタ
ングステン・ランプにより略25Hzの周期光を前記活
性炭繊維に照射し、フォトダイオードにより光を検出す
るとともに4端子法により大気中における電気抵抗を測
定することにより行う。図5aはフォトダイオードの出
力、図5bは前記活性炭繊維の電気抵抗を示している。
この図から明らかなように、活性炭繊維は光の照射によ
り電気抵抗の変化を生じている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ガスセンサーの条件と
しては、まずセンサーへのガスの吸着が必要とされる。
またセンサーはガス分子と接触する機会が多い程よく、
したがってガスと接触するセンサーの表面積は大きい程
よい。しかしながら、表面積を増加させるために単にセ
ンサーの大型化を図ることは、該センサーの取り扱いが
難しくなり、また設定場所に制約を受け、かつコスト高
となり、好ましくない。このため従来から、センサーを
形成する前記金属酸化物を微粉末にして比表面積を増大
させ、微粉末のままかあるいは多孔質の焼結体や膜に成
形して使用することが行われている。しかしながら、硬
度の高い前記金属酸化物を粉砕してより一層の微細化を
図ることは粉砕効率の低化を伴い、実用上の粒子径とし
ては1μm程度が限度であり、したがって前記金属酸化
物を用いた場合、吸着能力に限界があるという課題があ
った。また焼結体に成型されるセンサーは、ある程度の
大きさを要するという問題があった。さらにこれらの金
属酸化物を用いた場合、前記した粉砕、焼結等の多くの
製造工程並びに高温処理を必要とするために高価になる
という問題があった。
【0008】またガスセンサーへのガス分子の吸着は温
度によっても影響を受けるので、ガスセンサーに用いら
れる金属酸化物の材質及びガス分子の種類によっては1
50〜700℃の加熱が必要とされる場合が多く、例え
ば図3に示したように炭化水素を検出する場合の酸化ス
ズにおいては300〜400℃程度の加熱を必要とす
る。そのため耐熱耐食性を有する白金等の高価な電極が
必要とされるという課題があった。
【0009】また、ガスセンサーの材料として金属酸化
物以外に炭素が考えられる。しかしながら図4に示した
ように、熱分解炭素では粒径が大きいのでガス吸収能力
が低く、かつ電気抵抗による検出感度が20〜30%と
極めて小さいという課題があった。
【0010】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、室温に近い温度においてガスを吸収させるこ
とができ、小型で感度がよく、かつ安価なガス検知装置
を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るガス検知装置は、活性炭からなるセンサ
ー部を備え、該センサー部近傍に光を照射する光源部が
配設される一方、前記センサー部に該センサー部の電気
伝導率の変化を測定する測定部が接続されていることを
特徴としている。
【0012】
【作用】多孔質炭素体である活性炭は、大きい比表面積
が容易に得られる物質として知られており、粉体、成形
体、繊維状等に成形されて多く使用されている。活性炭
の比表面積は通常2000m2 /g以下程度であるが、
近年は数千m2 /gの比表面積を有する活性炭も比較的
容易に得られるようになってきている。さらに活性炭は
非極性物質を選択的に吸着し、かつ炭素表面の官能基に
よる触媒作用を有しているので特定のガス分子に対する
吸着性がよく、吸着剤や触媒として用いられている。
【0013】したがってこの活性炭をガスセンサーに使
用すれば、ガスの吸着力は高まるものと考えられる。ま
た金属酸化物を用いたガスセンサーに比べて、活性炭を
用いたガスセンサーは比較的安価なものとなる。
【0014】また、ガスセンサーとしては上記の吸着性
の他に、吸着されたガス分子の量が何らかの方法により
検出されることが必要である。発明者は研究の結果、ガ
ス分子が活性炭に吸着される前後における電気伝導率の
変化は前記した熱分解炭素の場合と同様に少ないが、光
を活性炭に照射すると、ガス分子が活性炭に吸着される
前後における電気伝導率の変化はガス分子の種類によっ
ては極めて大きくなることを知見した。これはガス吸着
及び光の吸収がいずれも活性炭における表面現象である
ことに起因し、光の吸収による1種の光導電効果が影響
しているものと考えられる。前記電気伝導率の変化はガ
ス濃度が低い時でも顕著であり、光を照射しない時には
電気伝導率の変化として検出されないような低濃度範囲
であってもガス濃度を検出することが可能である。
【0015】本発明に係るガス検知装置によれば、活性
炭からなるセンサー部を備えているのでガスの吸着能力
が大きくなり、ガス検出能力の向上及びセンサーの小型
化が図られ、かつ作動温度も低めに設定できるため高価
な高温耐食性の電極が不要となり、さらには温度による
ノイズが減少されるためガス検出精度の向上が図られる
こととなる。またガスを吸着した前記センサー部に前記
光源部からの光が照射されるので、ガス吸着が電気伝導
率により感度よく検出されることとなる。
【0016】
【実施例】以下、本発明に係るガス検知装置の実施例を
図面に基づいて説明する。なお、従来例のものと同一機
能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。
【0017】図1は実施例に係るガス検知装置を模式的
に示したブロック構成図であり、図中1はピッチを原料
とした直径略10μm、長さ2mm、比表面積1000
2/gの繊維状活性炭センサー部(単繊維)を示して
いる。なお、センサー部には1本だけを使用しても、ま
た複数の繊維を束にして使用することもできる。繊維状
活性炭センサー部1には、抵抗5及び定電流発生装置3
を介して繊維状活性炭センサー部1に至る定電流発生回
路が接続されている。また繊維状活性炭センサー部1に
は、電気伝導率計測回路を備えた制御装置6を介して繊
維状活性炭センサー部1に至る電気伝導率計測回路が接
続されている。さらに繊維状活性炭センサー部1には、
定期通電装置4を介して繊維状活性炭センサー部1に至
るクリーニング回路が接続されている。また繊維状活性
炭センサー部1の近傍には、光源として出力2mWの赤
色発光ダイオード2が繊維状活性炭センサー部1に対し
て所定距離おいて配設され、赤色発光ダイオード2には
光源駆動回路を備えた制御装置6が接続されて光源駆動
回路が形成されている。
【0018】このように構成されたガス検知装置を用い
てガス濃度を測定する場合、室温(20℃)において、
赤色発光ダイオード2からの光が照射された繊維状活性
炭センサー部1に測定ガスを数秒間接触させ、定電流発
生装置3から抵抗5を介して繊維状活性炭センサー部1
に所定の電流Iを供給し、制御装置6により繊維状活性
炭センサー部1の両端に発生した電位差Vを読み取ると
同時に下記の数1にもとづき電気伝導率σを求める。
【0019】
【数1】
【0020】またガス濃度の測定後は、定期通電装置4
より繊維状活性炭センサー部1に対して定期的に略0.
1mAの電流を供給して繊維状活性炭センサー部1の加
熱を行い、繊維状活性炭センサー部1に吸着されたガス
を離脱させて繊維状活性炭センサー部1におけるガス検
知感度の再生維持を行う。
【0021】図2は、上記した装置及び方法により各種
ガスの濃度測定を行った結果を示すグラフである。被測
定ガスとしてベンゼン、H2 O、SO、NO、O2 、エ
タノール、メタノール、H2 の8種を選び、本実施例に
よるガス検知装置においては検出されないことが確認さ
れている窒素ガスに対し、所定の分圧になるように前記
したガス1種類毎について量比を変えて混合することに
よりそれぞれのガスの測定試料とした。また測定値は、
ガス吸着時の光照射による電気伝導率の増分を△σ1
ガス未吸着時の光照射による電気伝導率の増分を△σ0
として表した。図より明らかなように、ベンゼン、H2
O、SO、NO、O2 、エタノール、メタノールのガス
を10-2気圧程度の低ガス濃度でも検出することができ
る。また、繊維状活性炭センサー部1は通電加熱により
簡単に再生され、ガス検知感度が維持されることが分か
った。
【0022】また別の実施例では、センサー部の形状と
して5mm角の成型体あるいは繊維束を使用したが、い
ずれの場合も上記した結果と略同様の結果を得ることが
できた。
【0023】さらに別の実施例では、光源として半導体
レーザー、低出力の白熱電球、光ファイバーを使用した
が、いずれの場合も上記した結果と略同様の結果を得る
ことができた。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るガス検
知装置にあっては、活性炭からなるセンサー部を備えて
いるのでガスの吸着能力が大きくなり、そのため炭化水
素、水蒸気、SO、NO、酸素等の微量ガスを検出する
ことができ、センサーの小型化を図ることができる。ま
た、作動温度を室温付近まで下げることができるため、
高温耐食性が求められる高価な電極を用いる必要がな
く、また活性炭自体も安価であり、コストを下げること
ができる。また温度によるノイズを減少させてガス検出
精度を高めることができる。
【0025】また、ガスを吸着した前記センサー部に前
記光源部からの光が照射されるので、吸着されたガスを
電気伝導率の変化により感度よく検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス検知装置の実施例を模式的に
示したブロック構成図である。
【図2】実施例に係るガス検知装置を用いて各種ガスを
検出した結果を示すグラフである。
【図3】従来の酸化スズを用いた2端子型センサーを示
す模式的断面図である。
【図4】従来のセルロースの熱分解炭素の薄膜センサー
におけるメタノール吸収前後の電気抵抗比Rm /R0
示すグラフである。
【図5】活性炭繊維に光を照射した場合における電気抵
抗の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
1 繊維状活性炭センサー部 2 赤色発光ダイオード(光源) 6 制御装置(測定部)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性炭からなるセンサー部を備え、該セ
    ンサー部近傍に光を照射する光源部が配設される一方、
    前記センサー部に該センサー部の電気伝導率の変化を測
    定する測定部が接続されていることを特徴とするガス検
    知装置。
JP4042889A 1992-02-28 1992-02-28 ガス検知装置 Pending JPH05240822A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4042889A JPH05240822A (ja) 1992-02-28 1992-02-28 ガス検知装置

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JP4042889A JPH05240822A (ja) 1992-02-28 1992-02-28 ガス検知装置

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JPH05240822A true JPH05240822A (ja) 1993-09-21

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ID=12648602

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JP4042889A Pending JPH05240822A (ja) 1992-02-28 1992-02-28 ガス検知装置

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JP (1) JPH05240822A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023153561A1 (ko) * 2022-02-09 2023-08-17 한양대학교 에리카산학협력단 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023153561A1 (ko) * 2022-02-09 2023-08-17 한양대학교 에리카산학협력단 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법

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