JPH06148118A - 一酸化炭素ガス検出装置および該検出装置を使用した一酸化炭素ガス検出方法 - Google Patents
一酸化炭素ガス検出装置および該検出装置を使用した一酸化炭素ガス検出方法Info
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- JPH06148118A JPH06148118A JP32274292A JP32274292A JPH06148118A JP H06148118 A JPH06148118 A JP H06148118A JP 32274292 A JP32274292 A JP 32274292A JP 32274292 A JP32274292 A JP 32274292A JP H06148118 A JPH06148118 A JP H06148118A
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- hydrogen
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、基板上に形成された金属酸
化物半導体薄膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行な
うガス検出装置において、水素（以下、Ｈ2という）に
対して高感度なガス検知素子を使用し、炭化水素の不完
全燃焼の際に発生するＨ2を検知することにより間接的
にＣＯを検知することが可能な定量性に優れ、且つ高精
度なＣＯガス検出装置の提供にある。 【構成】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用して行うガス検出装置において、水素
に対して高感度なガス検知素子、水素に対するセンサ出
力から水素濃度を決定する回路、および該水素濃度を一
酸化炭素濃度に換算する回路を設けたことを特徴とする
炭化水素不完全燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を間接的に
検知可能な一酸化炭素ガス検出装置。
化物半導体薄膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行な
うガス検出装置において、水素（以下、Ｈ2という）に
対して高感度なガス検知素子を使用し、炭化水素の不完
全燃焼の際に発生するＨ2を検知することにより間接的
にＣＯを検知することが可能な定量性に優れ、且つ高精
度なＣＯガス検出装置の提供にある。 【構成】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用して行うガス検出装置において、水素
に対して高感度なガス検知素子、水素に対するセンサ出
力から水素濃度を決定する回路、および該水素濃度を一
酸化炭素濃度に換算する回路を設けたことを特徴とする
炭化水素不完全燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を間接的に
検知可能な一酸化炭素ガス検出装置。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は炭化水素の不完全燃焼により発生
した雰囲気中の一酸化炭素（以下、ＣＯという）ガスを
検知するためのＣＯガス検出装置に関する。
した雰囲気中の一酸化炭素（以下、ＣＯという）ガスを
検知するためのＣＯガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】ガス検出装置には、金属酸化物を使用する
半導体方式のものと触媒を使用する接触燃焼方式のもの
とがあるが、いずれの場合にもヒーターを用いてガス感
応素子を加熱する必要があり、消費電力が大きく、ま
た、応答性にも問題がある。そのため、微細加工による
マイクロヒーター（特公昭６２−２４３８）を使用する
ガス検出装置が提案されている（特公昭６１−１９１９
５３）。マイクロヒーターの使用により、消費電力、応
答性は大幅に改善された。一般に、焼結体型、薄膜型の
いずれのガス検知素子においても、金属酸化物半導体の
みではガス検知素子として、その感度が小さく、選択性
も充分とは言えないため、通常、白金（Ｐｔ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）等の貴金属を触媒として用いて、素子の感
度を高める試みがされている。即ち、Ｐｔ，Ｐｄを直
接、金属酸化物半導体に添加したり、あるいはＰｔ，Ｐ
ｄを担持する触媒層を金属酸化物半導体上に形成すると
いった方法がとられている。該触媒の添加、担持におい
て様々な方法が研究されているが、とりわけＣＯのよう
に低濃度（数ｐ．ｐ．ｍ．）でも人体に悪影響を及ぼす
ガスを低濃度領域で検知可能なガス検知装置は、例えば
ガスクロマトグラフの検出器ＦＩＤとメタナイザー（Ｃ
Ｏをメタン化する装置）により検出するような大型装置
以外は、ほとんど開発、実用化されていない。
半導体方式のものと触媒を使用する接触燃焼方式のもの
とがあるが、いずれの場合にもヒーターを用いてガス感
応素子を加熱する必要があり、消費電力が大きく、ま
た、応答性にも問題がある。そのため、微細加工による
マイクロヒーター（特公昭６２−２４３８）を使用する
ガス検出装置が提案されている（特公昭６１−１９１９
５３）。マイクロヒーターの使用により、消費電力、応
答性は大幅に改善された。一般に、焼結体型、薄膜型の
いずれのガス検知素子においても、金属酸化物半導体の
みではガス検知素子として、その感度が小さく、選択性
も充分とは言えないため、通常、白金（Ｐｔ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）等の貴金属を触媒として用いて、素子の感
度を高める試みがされている。即ち、Ｐｔ，Ｐｄを直
接、金属酸化物半導体に添加したり、あるいはＰｔ，Ｐ
ｄを担持する触媒層を金属酸化物半導体上に形成すると
いった方法がとられている。該触媒の添加、担持におい
て様々な方法が研究されているが、とりわけＣＯのよう
に低濃度（数ｐ．ｐ．ｍ．）でも人体に悪影響を及ぼす
ガスを低濃度領域で検知可能なガス検知装置は、例えば
ガスクロマトグラフの検出器ＦＩＤとメタナイザー（Ｃ
Ｏをメタン化する装置）により検出するような大型装置
以外は、ほとんど開発、実用化されていない。
【０００３】
【目的】本発明は、基板上に形成された金属酸化物半導
体薄膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なうガス検
出装置において、水素（以下、Ｈ2という）に対して高
感度なガス検知素子を使用し、炭化水素の不完全燃焼の
際に発生するＨ2を検知することにより間接的にＣＯを
検知することが可能な定量性に優れ、且つ高精度なＣＯ
ガス検出装置を提供するものである。
体薄膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なうガス検
出装置において、水素（以下、Ｈ2という）に対して高
感度なガス検知素子を使用し、炭化水素の不完全燃焼の
際に発生するＨ2を検知することにより間接的にＣＯを
検知することが可能な定量性に優れ、且つ高精度なＣＯ
ガス検出装置を提供するものである。
【０００４】
【構成】空中に張出して設けられた電気絶縁性材料から
なる張出し部、前記張出し部上に設けられたガス検出用
の金属酸化物半導体層に接触する電極リード及び、前記
電極リードにほぼ並置して設けられたヒーターリードを
有するガス検出装置は公知である（特開昭６１−１９１
９５３）。本発明は、前記のような公知のガス検出装置
において、ガス検知部としてＨ2に対して高感度なガス
検知素子、Ｈ2に対するセンサ出力からＨ2濃度を決定す
る回路、および該Ｈ2濃度を一酸化炭素濃度に換算する
回路を設けたことを特徴とする炭化水素不完全燃焼ガス
中のＣＯ濃度を間接的に検知可能な一酸化炭素ガス検出
装置に関する。本発明のＣＯ検出装置は、非常に低濃度
領域の一酸化炭素であっても、その存在の有無を定性的
に確認できるだけでなく、その濃度を定量的に測定でき
る機能を有するものである。
なる張出し部、前記張出し部上に設けられたガス検出用
の金属酸化物半導体層に接触する電極リード及び、前記
電極リードにほぼ並置して設けられたヒーターリードを
有するガス検出装置は公知である（特開昭６１−１９１
９５３）。本発明は、前記のような公知のガス検出装置
において、ガス検知部としてＨ2に対して高感度なガス
検知素子、Ｈ2に対するセンサ出力からＨ2濃度を決定す
る回路、および該Ｈ2濃度を一酸化炭素濃度に換算する
回路を設けたことを特徴とする炭化水素不完全燃焼ガス
中のＣＯ濃度を間接的に検知可能な一酸化炭素ガス検出
装置に関する。本発明のＣＯ検出装置は、非常に低濃度
領域の一酸化炭素であっても、その存在の有無を定性的
に確認できるだけでなく、その濃度を定量的に測定でき
る機能を有するものである。
【０００５】図１〜図４に本発明によるガス検知部の構
造の一例についての概略を示した。張出し部の形状は図
１、図２のような架橋構造でも図３、図４のような片持
梁構造でも良く、その形状については条件により任意に
設定することができる。図２は図１の（Ａ）−（Ａ′）
線断面図であり、図４は図３の（Ｂ）−（Ｂ′）線断面
図である。該ガス検出装置において、通常ガス検知は基
板１上に設けられた前記ヒーターリード４，５によって
３００〜４５０℃に加熱された金属酸化物半導体６，７
の抵抗値が表面でのガス吸着により変化することを電極
リード８，９により検出することにより行なわれてい
る。一般に、金属酸化物半導体を加熱すると表面に雰囲
気中の酸素が負荷電吸着し、前記金属酸化物半導体の電
気伝導度が低下する。雰囲気中に、検知対象ガス（還元
性ガス）が存在すると前記負荷電吸着酸素と反応し、金
属酸化物半導体の電気伝導度が変化することによりガス
検知を行なう。金属酸化物半導体層の形成には、蒸着、
スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等の物
理的手法や気相化学反応法を利用した公知の薄膜形成法
により形成する。金属酸化物の具体例としては、スズの
酸化物が最も好ましいが、チタン、インジウム、タング
ステン、ニッケル、カドミウム、亜鉛あるいは鉄の酸化
物も使用できる。また、基板としては、耐熱性基板シリ
コン、ガラス、石英、アルミナ、等のセラミックス、Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｒ等から導電性、絶縁性を考慮して
選択する必要がある。ヒーター膜としては、長期間安定
な材料であるＰｔ，ＳｉＣ，ＴａＮ2，ＮｉＣｒ，Ｐｔ
Ｉｒ，ＰｔＲｈ等が好ましく、厚さは通常０．３〜２μ
ｍである。電極層は、Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等による単層または、それ
らの複合層もしくは合金層からなる導電材料層で厚さ
０．１〜２μｍに成膜して形成する。
造の一例についての概略を示した。張出し部の形状は図
１、図２のような架橋構造でも図３、図４のような片持
梁構造でも良く、その形状については条件により任意に
設定することができる。図２は図１の（Ａ）−（Ａ′）
線断面図であり、図４は図３の（Ｂ）−（Ｂ′）線断面
図である。該ガス検出装置において、通常ガス検知は基
板１上に設けられた前記ヒーターリード４，５によって
３００〜４５０℃に加熱された金属酸化物半導体６，７
の抵抗値が表面でのガス吸着により変化することを電極
リード８，９により検出することにより行なわれてい
る。一般に、金属酸化物半導体を加熱すると表面に雰囲
気中の酸素が負荷電吸着し、前記金属酸化物半導体の電
気伝導度が低下する。雰囲気中に、検知対象ガス（還元
性ガス）が存在すると前記負荷電吸着酸素と反応し、金
属酸化物半導体の電気伝導度が変化することによりガス
検知を行なう。金属酸化物半導体層の形成には、蒸着、
スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等の物
理的手法や気相化学反応法を利用した公知の薄膜形成法
により形成する。金属酸化物の具体例としては、スズの
酸化物が最も好ましいが、チタン、インジウム、タング
ステン、ニッケル、カドミウム、亜鉛あるいは鉄の酸化
物も使用できる。また、基板としては、耐熱性基板シリ
コン、ガラス、石英、アルミナ、等のセラミックス、Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｒ等から導電性、絶縁性を考慮して
選択する必要がある。ヒーター膜としては、長期間安定
な材料であるＰｔ，ＳｉＣ，ＴａＮ2，ＮｉＣｒ，Ｐｔ
Ｉｒ，ＰｔＲｈ等が好ましく、厚さは通常０．３〜２μ
ｍである。電極層は、Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等による単層または、それ
らの複合層もしくは合金層からなる導電材料層で厚さ
０．１〜２μｍに成膜して形成する。
【０００６】以下に、本発明を添付の図面により、本発
明のＣＯガス検出装置の構成および検知機構について、
以下説明する。 炭化水素について以下のような不完全燃焼反応が一般
に起こる。
明のＣＯガス検出装置の構成および検知機構について、
以下説明する。 炭化水素について以下のような不完全燃焼反応が一般
に起こる。
【化１】 ２ＣＨ4＋Ｏ2⇒２ＣＯ＋４Ｈ2 Ｃ2Ｈ6＋Ｏ2⇒２ＣＯ＋３Ｈ2 ２Ｃ3Ｈ8＋３Ｏ2⇒６ＣＯ＋８Ｈ2 例えば、ＣＨ4（メタン）の不完全燃焼では２ｍｏｌの
ＣＯに対して４ｍｏｌのＨ2が生じる。即ち、ある雰囲
気中に存在する水素を検知すれば、間接的にＣＯの検知
を行なうことが可能になる。該検知に関するブロック図
を図５に示した。Ｈ2に対する抵抗値変化（出力）を出
力変換回路ｔ1によりＨ2の濃度に変換し、該Ｈ2の濃度
を濃度換算回路ｔ1′により換算係数Ｋ1を掛けることに
よりＣＯ濃度に換算する。換算係数Ｋ1は前記式（Ｉ）
で表わされるものである。ここで、本発明で使用したガ
スセンサのＨ2の濃度に対するガス感度特性を図７に示
した。図５、図７によると、例えばガス検知部を４５０
℃で加熱すると、出力換算回路ｔ1によりガス感度（Ｒ
ａ／Ｒｇ）＝１．４８のときＨ2濃度が１０ｐ．ｐ．
ｍ．であることが解る。ここで、Ｒａは空気中の抵抗
値、Ｒｇはガス中の抵抗値を示している。炭化水素の不
完全燃焼に関しての前記の化学反応式を仮定し、本発明
請求項１による濃度換算回路ｔ1′によると１０×（４
／２）＝２０ｐ．ｐ．ｍ．のＣＯを検知できる。ここ
で、（４／２）が換算係数Ｋ1であり、ここでは、単
に、前記不完全燃焼の化学反応式の係数により換算した
ものであり、実際には炭化水素の不完全燃焼を様々な条
件下で実験的に行ない、その量をガスクロ等の方法によ
り定量することにより算出する。 また、不完全燃焼反
応が起こる際の雰囲気の温度・湿度依存性から、実際に
セ ンサを動作させる条件での換算係数を設定するとよ
り正確な検知が可能になる。 前記金属酸化物半導体薄膜を複数設け、該金属酸化物
半導体に接触した電極リード及び該電極リードに並置し
たヒーターリードを備えているガス検出装置に関する。
前記金属酸化物半導体薄膜の数は２個以上あればいくつ
でも構わず、条件によって任意に設定することができ
る。また、例えば前記金属酸化物半導体薄膜は電気絶縁
性材料からなる張出し部上に設け、図１、図２に示した
架橋構造でも図３、図４に示した片持梁構造でも良い。
このガス検知装置に関するブロック図を図６に示した。
ここで、張出し部上のセンサからのそれぞれの出力信号
について出力変換回路ｔ2，ｔ3によりＨ2に対する出力
からＨ2濃度に変換し、該Ｈ2濃度からＣＯ濃度に換算す
るために濃度換算回路ｔ2′，ｔ3′により換算係数
Ｋ2，Ｋ3をかけてＣＯ濃度として出力する。図７、図８
に本発明で使用したガスセンサのＨ2及びＣＨ4の濃度に
対するガス感度特性を示した。この結果から、例えば前
記金属酸化物半導体薄膜を二つ設け、一方の金属酸化物
半導体薄膜を比較的高温Ｔ1（４００℃以上）で、もう
一方の金属酸化物半導体薄膜を比較的低温Ｔ2（常温〜
４００℃）で加熱し、各金属酸化物半導体薄膜の抵抗値
変化（出力）を図６のブロック図のようにそれぞれＣＯ
濃度として出力し、各ＣＯ濃度を比較する比較器を設け
ることにより他の還元性ガスの存在による誤動作を防ぐ
と同時にＣＯ検出の精度が高まる。
ＣＯに対して４ｍｏｌのＨ2が生じる。即ち、ある雰囲
気中に存在する水素を検知すれば、間接的にＣＯの検知
を行なうことが可能になる。該検知に関するブロック図
を図５に示した。Ｈ2に対する抵抗値変化（出力）を出
力変換回路ｔ1によりＨ2の濃度に変換し、該Ｈ2の濃度
を濃度換算回路ｔ1′により換算係数Ｋ1を掛けることに
よりＣＯ濃度に換算する。換算係数Ｋ1は前記式（Ｉ）
で表わされるものである。ここで、本発明で使用したガ
スセンサのＨ2の濃度に対するガス感度特性を図７に示
した。図５、図７によると、例えばガス検知部を４５０
℃で加熱すると、出力換算回路ｔ1によりガス感度（Ｒ
ａ／Ｒｇ）＝１．４８のときＨ2濃度が１０ｐ．ｐ．
ｍ．であることが解る。ここで、Ｒａは空気中の抵抗
値、Ｒｇはガス中の抵抗値を示している。炭化水素の不
完全燃焼に関しての前記の化学反応式を仮定し、本発明
請求項１による濃度換算回路ｔ1′によると１０×（４
／２）＝２０ｐ．ｐ．ｍ．のＣＯを検知できる。ここ
で、（４／２）が換算係数Ｋ1であり、ここでは、単
に、前記不完全燃焼の化学反応式の係数により換算した
ものであり、実際には炭化水素の不完全燃焼を様々な条
件下で実験的に行ない、その量をガスクロ等の方法によ
り定量することにより算出する。 また、不完全燃焼反
応が起こる際の雰囲気の温度・湿度依存性から、実際に
セ ンサを動作させる条件での換算係数を設定するとよ
り正確な検知が可能になる。 前記金属酸化物半導体薄膜を複数設け、該金属酸化物
半導体に接触した電極リード及び該電極リードに並置し
たヒーターリードを備えているガス検出装置に関する。
前記金属酸化物半導体薄膜の数は２個以上あればいくつ
でも構わず、条件によって任意に設定することができ
る。また、例えば前記金属酸化物半導体薄膜は電気絶縁
性材料からなる張出し部上に設け、図１、図２に示した
架橋構造でも図３、図４に示した片持梁構造でも良い。
このガス検知装置に関するブロック図を図６に示した。
ここで、張出し部上のセンサからのそれぞれの出力信号
について出力変換回路ｔ2，ｔ3によりＨ2に対する出力
からＨ2濃度に変換し、該Ｈ2濃度からＣＯ濃度に換算す
るために濃度換算回路ｔ2′，ｔ3′により換算係数
Ｋ2，Ｋ3をかけてＣＯ濃度として出力する。図７、図８
に本発明で使用したガスセンサのＨ2及びＣＨ4の濃度に
対するガス感度特性を示した。この結果から、例えば前
記金属酸化物半導体薄膜を二つ設け、一方の金属酸化物
半導体薄膜を比較的高温Ｔ1（４００℃以上）で、もう
一方の金属酸化物半導体薄膜を比較的低温Ｔ2（常温〜
４００℃）で加熱し、各金属酸化物半導体薄膜の抵抗値
変化（出力）を図６のブロック図のようにそれぞれＣＯ
濃度として出力し、各ＣＯ濃度を比較する比較器を設け
ることにより他の還元性ガスの存在による誤動作を防ぐ
と同時にＣＯ検出の精度が高まる。
【０００７】
【実施例】実施例１ ある真空チャンバーを用意し、内部にＣＨ4を燃焼させ
るための燃焼装置を設け、前記真空チャンバー内を純空
気（ｌａｔｍ）で置換する。前記燃焼装置でのＣＨ4の
燃焼の際に供給する酸素の量を制御することにより不完
全燃焼がおこる環境を設定する。前記不完全燃焼を一定
時間行ない、チャンバー内のＣＯ，Ｈ2をガスクロによ
り定量する。検出器としてはＴＣＤを使用し、カラム充
填剤にはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ １３Ｘを使
用した。この結果、ある一定時間の不完全燃焼により生
じたＣＯ，Ｈ2の濃度はそれぞれ２６０ｐ．ｐ．ｍ．，
５００ｐ．ｐ．ｍ．となった。この定量分析の結果か
ら、Ｈ2濃度からＣＯ濃度に変換する変換係数としては
２６０／５００＝０．５２を採用した。ガス検知部とし
ては、ＳｎＯ2を使用し、例えば図１、図２のような架
橋構造を有する一つの張出し部上に設け、該ＳｎＯ2は
蒸着により３０００Åの膜厚で設けた。図６にＨ2濃度
に対するセンサ出力特性を示した。例えば、前記ガス検
知部を４５０℃で加熱する。雰囲気中でＣＨ4の不完全
燃焼が起こった時、この雰囲気中でガス感度（Ｒａ／Ｒ
ｇ）は２を示したので、図７からこの時のＨ2の濃度
は、２０ｐ．ｐ．ｍ．であることが解る。該出力変換
は、図７に示したガス感度の濃度特性から、例えば最小
自乗法により計算する回路を用いた。前記Ｈ2濃度に前
記の変換係数を掛けると２０×０．５２＝１０．４ｐ．
ｐ．ｍ．となり、該濃度がＣＯ濃度である。このよう
に、通常は低濃度領域でガス検知が困難だとされていた
ＣＯガスに対して、Ｈ2ガスの検知から間接的にＣＯガ
スの検知を行なう回路を設けることにより、低濃度のＣ
Ｏガスを検知することが可能になった。
るための燃焼装置を設け、前記真空チャンバー内を純空
気（ｌａｔｍ）で置換する。前記燃焼装置でのＣＨ4の
燃焼の際に供給する酸素の量を制御することにより不完
全燃焼がおこる環境を設定する。前記不完全燃焼を一定
時間行ない、チャンバー内のＣＯ，Ｈ2をガスクロによ
り定量する。検出器としてはＴＣＤを使用し、カラム充
填剤にはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ １３Ｘを使
用した。この結果、ある一定時間の不完全燃焼により生
じたＣＯ，Ｈ2の濃度はそれぞれ２６０ｐ．ｐ．ｍ．，
５００ｐ．ｐ．ｍ．となった。この定量分析の結果か
ら、Ｈ2濃度からＣＯ濃度に変換する変換係数としては
２６０／５００＝０．５２を採用した。ガス検知部とし
ては、ＳｎＯ2を使用し、例えば図１、図２のような架
橋構造を有する一つの張出し部上に設け、該ＳｎＯ2は
蒸着により３０００Åの膜厚で設けた。図６にＨ2濃度
に対するセンサ出力特性を示した。例えば、前記ガス検
知部を４５０℃で加熱する。雰囲気中でＣＨ4の不完全
燃焼が起こった時、この雰囲気中でガス感度（Ｒａ／Ｒ
ｇ）は２を示したので、図７からこの時のＨ2の濃度
は、２０ｐ．ｐ．ｍ．であることが解る。該出力変換
は、図７に示したガス感度の濃度特性から、例えば最小
自乗法により計算する回路を用いた。前記Ｈ2濃度に前
記の変換係数を掛けると２０×０．５２＝１０．４ｐ．
ｐ．ｍ．となり、該濃度がＣＯ濃度である。このよう
に、通常は低濃度領域でガス検知が困難だとされていた
ＣＯガスに対して、Ｈ2ガスの検知から間接的にＣＯガ
スの検知を行なう回路を設けることにより、低濃度のＣ
Ｏガスを検知することが可能になった。
【０００８】実施例２ 実施例１と同様にガス検知部として、ＳｎＯ2を使用
し、張出し部を二つ設け図３、図４に示した片持梁上に
設ける。該ＳｎＯ2は膜厚３０００Åで、蒸着により作
成する。そこで、図３中ガス検知部６を４５０℃で、ガ
ス検知部７を３５０℃でヒーター４，５でそれぞれ加熱
する。例えば、雰囲気中でＣＨ4の不完全燃焼が起こ
り、ＣＨ4は完全に消費されずに、雰囲気中に残留した
場合について考える。ガス検知部を４５０℃で加熱した
場合には、図８に示したようにＣＨ4に対してもガス感
度を有するので、Ｈ2を検出する上で妨害成分となる。
つまり、実際のＨ2の濃度にＣＨ4の濃度が加算されて出
力され、当然ＣＯ濃度も妨害成分の加算された形で出力
される。そこで、もう一方のガス検知部を３５０℃に加
熱する。図７、図８に示したように３５０℃では、Ｈ2
についてはガス感度を有するが、ＣＨ4にはガス感度を
示さないことが解る。本発明によるガス検知回路のブロ
ック図（図６）によると加熱温度Ｔ1＝３５０℃及び、
Ｔ2＝４５０℃についてのＨ2に対する各出力について、
図７、図８に示したガス感度特性を例えば最小自乗法に
より解析する回路を設けることにより、出力変換してＨ
2濃度に変換し、実施例１で示した方法と同様に、ガス
クロにより不完全燃焼反応におけるＣＯ濃度とＨ2濃度
の関係を定量化することにより、濃度変換係数Ｋ2，Ｋ3
を求め、それぞれ、ＣＯ濃度として出力する。実施例１
と同様にＫ2＝Ｋ3＝０．５２とした。前記不完全燃焼が
起こった雰囲気中で、Ｔ1＝３５０℃、Ｔ2＝４５０℃で
加熱したそれぞれのガス検知部から、それぞれガス感度
＝１．９５，１０．５という出力が得られた。これらの
結果から、図６ブロック図に示した出力変換回路ｔ2，
ｔ3によりＨ2濃度＝１０００ｐ．ｐ．ｍ．，３０００
ｐ．ｐ．ｍ．となり濃度換算回路によりＣＯ濃度に換算
すると、ＣＯ濃度＝５２０ｐ．ｐ．ｍ．，１５６０ｐ．
ｐ．ｍ．となる。この結果、ＣＯ濃度は、各検知部でそ
れぞれ異なった値となった。図６ブロック図の比較器で
はこの様なセンサ出力を比較し、例えば前述の結果で
は、図７、図８に示したように加熱温度３５０℃では、
ＣＨ4にはガス感度を持たず、Ｈ2にはガス感度を持つこ
とから、加熱温度３５０℃のガス検知部から得られたＨ
2濃度を信頼できる値であると判断し、加熱温度４５０
℃のガス検知部から得られたＨ2濃度は妨害成分を含ん
だガス感度であると判断する。従って、ＣＯ濃度の出力
としては、加熱温度３５０℃からの結果を採用し、つま
りＣＯ濃度＝５２０ｐ．ｐ．ｍ．を採用し、ＣＨ4を含
んでいることも同時に表示する。このように、該実施例
のように二つのガス検知部を設け、該ガス検知部加熱温
度設定を３５０℃、４５０℃とし、出力変換回路、濃度
換算回路をそれぞれ設けるだけで、例えば、雰囲気中に
共存するＣＨ4による影響を少なくし、Ｈ2に対して選択
的検知を可能にすることができ、より信頼性の高いＣＯ
検知が可能になる。更に多くのガス検知部を設け、様々
な加熱温度で加熱し前記回路をそれぞれに併設すること
により、多くの妨害成分中のＣＯガスの検知が可能にな
る。また、それぞれの回路で様々な信号処理を施せば、
より正確なガス検知を行なうことができる。
し、張出し部を二つ設け図３、図４に示した片持梁上に
設ける。該ＳｎＯ2は膜厚３０００Åで、蒸着により作
成する。そこで、図３中ガス検知部６を４５０℃で、ガ
ス検知部７を３５０℃でヒーター４，５でそれぞれ加熱
する。例えば、雰囲気中でＣＨ4の不完全燃焼が起こ
り、ＣＨ4は完全に消費されずに、雰囲気中に残留した
場合について考える。ガス検知部を４５０℃で加熱した
場合には、図８に示したようにＣＨ4に対してもガス感
度を有するので、Ｈ2を検出する上で妨害成分となる。
つまり、実際のＨ2の濃度にＣＨ4の濃度が加算されて出
力され、当然ＣＯ濃度も妨害成分の加算された形で出力
される。そこで、もう一方のガス検知部を３５０℃に加
熱する。図７、図８に示したように３５０℃では、Ｈ2
についてはガス感度を有するが、ＣＨ4にはガス感度を
示さないことが解る。本発明によるガス検知回路のブロ
ック図（図６）によると加熱温度Ｔ1＝３５０℃及び、
Ｔ2＝４５０℃についてのＨ2に対する各出力について、
図７、図８に示したガス感度特性を例えば最小自乗法に
より解析する回路を設けることにより、出力変換してＨ
2濃度に変換し、実施例１で示した方法と同様に、ガス
クロにより不完全燃焼反応におけるＣＯ濃度とＨ2濃度
の関係を定量化することにより、濃度変換係数Ｋ2，Ｋ3
を求め、それぞれ、ＣＯ濃度として出力する。実施例１
と同様にＫ2＝Ｋ3＝０．５２とした。前記不完全燃焼が
起こった雰囲気中で、Ｔ1＝３５０℃、Ｔ2＝４５０℃で
加熱したそれぞれのガス検知部から、それぞれガス感度
＝１．９５，１０．５という出力が得られた。これらの
結果から、図６ブロック図に示した出力変換回路ｔ2，
ｔ3によりＨ2濃度＝１０００ｐ．ｐ．ｍ．，３０００
ｐ．ｐ．ｍ．となり濃度換算回路によりＣＯ濃度に換算
すると、ＣＯ濃度＝５２０ｐ．ｐ．ｍ．，１５６０ｐ．
ｐ．ｍ．となる。この結果、ＣＯ濃度は、各検知部でそ
れぞれ異なった値となった。図６ブロック図の比較器で
はこの様なセンサ出力を比較し、例えば前述の結果で
は、図７、図８に示したように加熱温度３５０℃では、
ＣＨ4にはガス感度を持たず、Ｈ2にはガス感度を持つこ
とから、加熱温度３５０℃のガス検知部から得られたＨ
2濃度を信頼できる値であると判断し、加熱温度４５０
℃のガス検知部から得られたＨ2濃度は妨害成分を含ん
だガス感度であると判断する。従って、ＣＯ濃度の出力
としては、加熱温度３５０℃からの結果を採用し、つま
りＣＯ濃度＝５２０ｐ．ｐ．ｍ．を採用し、ＣＨ4を含
んでいることも同時に表示する。このように、該実施例
のように二つのガス検知部を設け、該ガス検知部加熱温
度設定を３５０℃、４５０℃とし、出力変換回路、濃度
換算回路をそれぞれ設けるだけで、例えば、雰囲気中に
共存するＣＨ4による影響を少なくし、Ｈ2に対して選択
的検知を可能にすることができ、より信頼性の高いＣＯ
検知が可能になる。更に多くのガス検知部を設け、様々
な加熱温度で加熱し前記回路をそれぞれに併設すること
により、多くの妨害成分中のＣＯガスの検知が可能にな
る。また、それぞれの回路で様々な信号処理を施せば、
より正確なガス検知を行なうことができる。
【０００９】
【効果】本発明によると、炭化水素の不完全燃焼の際に
発生するＨ2を検知することにより間接的にＣＯを検知
することが可能な定量性に優れ、且つ高精度なＣＯガス
検出装置および該装置を使用したＣＯガス検出方法を提
供することができる。
発生するＨ2を検知することにより間接的にＣＯを検知
することが可能な定量性に優れ、且つ高精度なＣＯガス
検出装置および該装置を使用したＣＯガス検出方法を提
供することができる。
【図１】本発明の架橋構造型の一酸化炭素ガス濃度測定
装置の１例の平図面である。
装置の１例の平図面である。
【図２】図１の（Ａ）−（Ａ′）線断面図である。
【図３】本発明の片持梁構造型の一酸化炭素ガス濃度測
定装置の１例の平図面である。
定装置の１例の平図面である。
【図４】図３の（Ｂ）−（Ｂ′）線断面図である。
【図５】実施例１の一酸化炭素ガス濃度の検知方法のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図６】実施例２の一酸化炭素ガス濃度の検知方法のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図７】Ｈ2濃度に対するガス感度特性を示す図であ
る。
る。
【図８】ＣＨ4濃度に対するガス感度特性を示す図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 張出し部 ３ 張出し部 ４ ヒーターリード ５ ヒーターリード ６ ＳｎＯ2薄膜 ７ ＳｎＯ2薄膜 ８ ヒーターリード ９ ヒーターリード
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄
膜の抵抗値変化を利用して行うガス検出装置において、
水素に対して高感度なガス検知素子、水素に対するセン
サ出力から水素濃度を決定する回路、および該水素濃度
を一酸化炭素濃度に換算する回路を設けたことを特徴と
する炭化水素不完全燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を間接
的に検知可能な一酸化炭素ガス検出装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の一酸化炭素ガス検出装置
において、検知部として、異なった温度に加熱が可能な
複数個の金属酸化物半導体薄膜を設け、かつ各検知部か
らのセンサ出力から各水素濃度を決定する回路、該水素
濃度を一酸化炭素濃度に変換する回路、および前記各一
酸化炭素濃度を比較するための回路を有することを特徴
とする一酸化炭素ガス検出装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の一酸化炭素ガス
検出装置において、水素濃度を一酸化炭素濃度に変換す
る回路が、水素濃度に次式（Ｉ）で表わされる換算係数
を掛けることにより換算されるものである一酸化炭素ガ
ス検出装置。 【数１】 - 【請求項４】 請求項１，２または３記載の一酸化炭素
ガス検出装置において、金属酸化物半導体薄膜が、基板
上に空中に張出して設けられた電気絶縁性材料からなる
張出し部上に形成され、かつ、前記薄膜に接触して電極
リードおよび該電極リードにほぼ並置してヒーターリー
ドを有することを特徴とする一酸化炭素ガス検出装置。 - 【請求項５】 請求項２記載の一酸化炭素ガス検出装置
を使用し、該装置の少なくとも１つの金属酸化物半導体
薄膜を水素に対してはガス感度を有するが、メタンには
ガス感度を示さない温度に加熱し、他方、少なくとも１
つの金属酸化物半導体薄膜を水素およびメタンの双方に
ガス感度を示す温度に加熱し、前記両検知部からのセン
サ出力から水素濃度を各々決定し、次に該水素濃度を一
酸化炭素濃度に変換した後、各一酸化炭素濃度を比較す
ることにより、炭化水素不完全燃焼ガス中の一酸化炭素
濃度を検知する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32274292A JPH06148118A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 一酸化炭素ガス検出装置および該検出装置を使用した一酸化炭素ガス検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32274292A JPH06148118A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 一酸化炭素ガス検出装置および該検出装置を使用した一酸化炭素ガス検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148118A true JPH06148118A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=18147131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32274292A Pending JPH06148118A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 一酸化炭素ガス検出装置および該検出装置を使用した一酸化炭素ガス検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148118A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015004108A (ja) * | 2013-06-21 | 2015-01-08 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭用雰囲気ガスの生成方法 |
| JP2015004111A (ja) * | 2013-06-21 | 2015-01-08 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭装置 |
| JP2016006236A (ja) * | 2015-09-30 | 2016-01-14 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭用雰囲気ガスの生成方法 |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP32274292A patent/JPH06148118A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015004108A (ja) * | 2013-06-21 | 2015-01-08 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭用雰囲気ガスの生成方法 |
| JP2015004111A (ja) * | 2013-06-21 | 2015-01-08 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭装置 |
| JP2016006236A (ja) * | 2015-09-30 | 2016-01-14 | 大陽日酸株式会社 | 浸炭用雰囲気ガスの生成方法 |
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