JPH0694657A - 熱伝導率測定装置 - Google Patents
熱伝導率測定装置Info
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- JPH0694657A JPH0694657A JP4269131A JP26913192A JPH0694657A JP H0694657 A JPH0694657 A JP H0694657A JP 4269131 A JP4269131 A JP 4269131A JP 26913192 A JP26913192 A JP 26913192A JP H0694657 A JPH0694657 A JP H0694657A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/64—Electrical detectors
- G01N30/66—Thermal conductivity detectors
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱伝導率または熱伝導率変化あるいはこれら
両方の測定を高感度、高精度で高速に行う。 【構成】 検出器２０に被測定気体を導く流路３０の流
れ方向と垂直な断面の面積を、検出器２０のメンブレン
２４の下の基台２１の空洞部２５の流れ方向と垂直な断
面の面積以上の大きさに設定する。
両方の測定を高感度、高精度で高速に行う。 【構成】 検出器２０に被測定気体を導く流路３０の流
れ方向と垂直な断面の面積を、検出器２０のメンブレン
２４の下の基台２１の空洞部２５の流れ方向と垂直な断
面の面積以上の大きさに設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定気体の成分分析
を行うガスクロマトグラフ等に用いて好適な熱伝導率測
定装置に関するものである。
を行うガスクロマトグラフ等に用いて好適な熱伝導率測
定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスクロマトグラフ（以下ガスクロと略
称する）における気体の熱伝導率測定装置としては、一
般的にフィラメントやサーミスタが使用されているが、
薄膜技術およびマイクロマシーニング技術を用いた熱伝
導率測定装置の例としてはＪｈｏｎ Ｈ．Ｊｅｒｍａｎ
らによるもの（ＵＳ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，４７
１，６４７）が知られている。この熱伝導率測定装置１
は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように検出器２
と、この検出器２が配設される流路３とで構成されてい
る。検出器２は、中央に開口４が形成されたシリコン等
からなる基台５と、開口４を覆うメンブレン６を備え、
メンブレン６には開口４上に位置し発熱体を構成する細
長い金属膜抵抗７と、被測定気体（サンプルガス）がメ
ンブレン６の両側に流れるよう形成された複数個の穴８
が設けられている。そして、検出器２は、シリコンウエ
ハ９の上面に設けられた溝の上にメンブレン６を下にし
て逆さまに配置されており、このメンブレン６とシリコ
ンウエハ９の上面に設けられた溝との間の微小な隙間が
前記流路３を形成している。また、流路３の両端にはシ
リコンウエハ９の下面と流路３を結ぶ貫通孔１５1 ，１
５2 が設けられており、さらに貫通孔１５1 ，１５2 は
シリコンウエハ９の下面に設けられた紙面と垂直の溝１
６とガラス板１０によって形成された流路１７と同様な
図示されていない流路に接続されている。。そして、上
流側の貫通孔１５を通って流路３に導かれた被測定気体
は流路３を右から左に流れた後、下流側の貫通孔１５2
を通って排出されていく。なお、１１はリング、１２は
蓋、１３はガスケットである。
称する）における気体の熱伝導率測定装置としては、一
般的にフィラメントやサーミスタが使用されているが、
薄膜技術およびマイクロマシーニング技術を用いた熱伝
導率測定装置の例としてはＪｈｏｎ Ｈ．Ｊｅｒｍａｎ
らによるもの（ＵＳ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，４７
１，６４７）が知られている。この熱伝導率測定装置１
は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように検出器２
と、この検出器２が配設される流路３とで構成されてい
る。検出器２は、中央に開口４が形成されたシリコン等
からなる基台５と、開口４を覆うメンブレン６を備え、
メンブレン６には開口４上に位置し発熱体を構成する細
長い金属膜抵抗７と、被測定気体（サンプルガス）がメ
ンブレン６の両側に流れるよう形成された複数個の穴８
が設けられている。そして、検出器２は、シリコンウエ
ハ９の上面に設けられた溝の上にメンブレン６を下にし
て逆さまに配置されており、このメンブレン６とシリコ
ンウエハ９の上面に設けられた溝との間の微小な隙間が
前記流路３を形成している。また、流路３の両端にはシ
リコンウエハ９の下面と流路３を結ぶ貫通孔１５1 ，１
５2 が設けられており、さらに貫通孔１５1 ，１５2 は
シリコンウエハ９の下面に設けられた紙面と垂直の溝１
６とガラス板１０によって形成された流路１７と同様な
図示されていない流路に接続されている。。そして、上
流側の貫通孔１５を通って流路３に導かれた被測定気体
は流路３を右から左に流れた後、下流側の貫通孔１５2
を通って排出されていく。なお、１１はリング、１２は
蓋、１３はガスケットである。
【０００３】サンプルガスの測定に際しては、発熱体７
に定電流を印加して発熱させておくと、接触した気体の
熱伝導率の違いにより発熱体７から奪われる熱量の大き
さが変化し、発熱体７の抵抗変化、つまり両端電圧の変
化として現われ、その値から気体の熱伝導率を測定する
ことができる。
に定電流を印加して発熱させておくと、接触した気体の
熱伝導率の違いにより発熱体７から奪われる熱量の大き
さが変化し、発熱体７の抵抗変化、つまり両端電圧の変
化として現われ、その値から気体の熱伝導率を測定する
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構造からなる従来の熱伝導率測定装置にあっては、検
出器自体を流路の構成要素として使用し、サンプルガス
を検出器２に導く流路３を検出器２と一体的に形成して
いるため、検出器２の開口４によって形成された空洞部
１４の容積に比べて空洞部１４近傍の流路３の容積が極
端に不足しており、以下のような問題があった。
た構造からなる従来の熱伝導率測定装置にあっては、検
出器自体を流路の構成要素として使用し、サンプルガス
を検出器２に導く流路３を検出器２と一体的に形成して
いるため、検出器２の開口４によって形成された空洞部
１４の容積に比べて空洞部１４近傍の流路３の容積が極
端に不足しており、以下のような問題があった。
【０００５】例えば、流路３をそれまで流れていたガス
Ａと違う他のガスＢが流路３を通って検出器２に流れて
きたとき、空洞部１４に溜まっていたガスＡと空洞部１
４近傍の流路３内のガスＢとの間でメンブレン６の複数
個の穴８を通って相互拡散が起こるが、空洞部１４の容
積に比べて空洞部近傍の流路３の容積が極端に小さく、
さらに発熱体７が強制対流の影響を受けないように流速
を非常に遅くしてあり空洞部近傍流路３内のガスの置換
が非常に遅いため、空洞部近傍流路３内のガスＡの濃度
がすぐに高くなってしまい、空洞部１４内と空洞部近傍
流路３内の間のガスＡの濃度勾配がほとんどなくなり、
空洞部１４内から空洞部近傍流路３内へのガスＡの拡散
がすぐに飽和してしまいなかなか進行しない。逆に空洞
部近傍流路３内のガスＢは空洞部１４内へ拡散していく
が、空洞部近傍流路３内への上流側流路からのガスＢの
供給速度が非常に遅いため、空洞部１４内と空洞部近傍
流路３内の間のガスＢの濃度勾配がすぐに小さくなり、
空洞部近傍流路３内から空洞部１４内へのガスＢの拡散
もすぐに飽和してしまいなかなか進行しない。よって、
空洞部１４内がなかなかガスＢへ置換されないばかりで
なく、空洞部近傍流路３内においてもガスＡの存在が多
く、ガスＢの測定では残留しているガスＡによって大き
な誤差を生じていた。
Ａと違う他のガスＢが流路３を通って検出器２に流れて
きたとき、空洞部１４に溜まっていたガスＡと空洞部１
４近傍の流路３内のガスＢとの間でメンブレン６の複数
個の穴８を通って相互拡散が起こるが、空洞部１４の容
積に比べて空洞部近傍の流路３の容積が極端に小さく、
さらに発熱体７が強制対流の影響を受けないように流速
を非常に遅くしてあり空洞部近傍流路３内のガスの置換
が非常に遅いため、空洞部近傍流路３内のガスＡの濃度
がすぐに高くなってしまい、空洞部１４内と空洞部近傍
流路３内の間のガスＡの濃度勾配がほとんどなくなり、
空洞部１４内から空洞部近傍流路３内へのガスＡの拡散
がすぐに飽和してしまいなかなか進行しない。逆に空洞
部近傍流路３内のガスＢは空洞部１４内へ拡散していく
が、空洞部近傍流路３内への上流側流路からのガスＢの
供給速度が非常に遅いため、空洞部１４内と空洞部近傍
流路３内の間のガスＢの濃度勾配がすぐに小さくなり、
空洞部近傍流路３内から空洞部１４内へのガスＢの拡散
もすぐに飽和してしまいなかなか進行しない。よって、
空洞部１４内がなかなかガスＢへ置換されないばかりで
なく、空洞部近傍流路３内においてもガスＡの存在が多
く、ガスＢの測定では残留しているガスＡによって大き
な誤差を生じていた。
【０００６】ガスクロでの使用においてもキャリアガス
に運ばれてサンプルガスが検出器２のところに流れて来
たとき、メンブレン６によって保持されている発熱体７
の近傍においては検出器２の空洞部１４に溜まっていた
キャリアガスがサンプルガスになかなか置換されず、さ
らに流路３が小さい場合流すことができるサンプルガス
の量が少ないため、検出器２の空洞部１４に溜まってい
たキャリアガスがサンプルガスに置換されないうちにサ
ンプルガスの流れは終わってしまい、測定されるサンプ
ルガスは検出器２の空洞部１４に溜まっていたキャリア
ガスによってさらに希釈されたものとなり、大きな測定
誤差を生じる。なお、上述した小さい流路３でも流路内
の流速を速くしたり、流量を多くすることにより置換性
は少し改善されるが、流れ（強制対流）によって発熱体
７から奪われる熱量が増えてしまい、熱伝導率測定に大
きな誤差を与えてしまうことになる。
に運ばれてサンプルガスが検出器２のところに流れて来
たとき、メンブレン６によって保持されている発熱体７
の近傍においては検出器２の空洞部１４に溜まっていた
キャリアガスがサンプルガスになかなか置換されず、さ
らに流路３が小さい場合流すことができるサンプルガス
の量が少ないため、検出器２の空洞部１４に溜まってい
たキャリアガスがサンプルガスに置換されないうちにサ
ンプルガスの流れは終わってしまい、測定されるサンプ
ルガスは検出器２の空洞部１４に溜まっていたキャリア
ガスによってさらに希釈されたものとなり、大きな測定
誤差を生じる。なお、上述した小さい流路３でも流路内
の流速を速くしたり、流量を多くすることにより置換性
は少し改善されるが、流れ（強制対流）によって発熱体
７から奪われる熱量が増えてしまい、熱伝導率測定に大
きな誤差を与えてしまうことになる。
【０００７】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、検出器の発熱体付近におけるガスの置換性を向上
させ、熱伝導率または熱伝導率変化あるいはその両方を
高感度、高精度で測定することができる熱伝導率測定装
置を提供することにある。
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、検出器の発熱体付近におけるガスの置換性を向上
させ、熱伝導率または熱伝導率変化あるいはその両方を
高感度、高精度で測定することができる熱伝導率測定装
置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述目的を達成するため
本発明は、発熱体が基台の空洞の上に形成されたメンブ
レンにより空中に保持された形で形成された検出器と、
この検出器に被測定気体を導く流路とを備え、熱伝導率
または熱伝導率変化あるいはその両方を測定する熱伝導
率測定装置において、前記流路の流れ方向と垂直な断面
の面積を、前記検出器のメンブレンの下の基台の空洞部
の流れ方向と垂直な断面の面積以上の大きさに設定した
ものである。
本発明は、発熱体が基台の空洞の上に形成されたメンブ
レンにより空中に保持された形で形成された検出器と、
この検出器に被測定気体を導く流路とを備え、熱伝導率
または熱伝導率変化あるいはその両方を測定する熱伝導
率測定装置において、前記流路の流れ方向と垂直な断面
の面積を、前記検出器のメンブレンの下の基台の空洞部
の流れ方向と垂直な断面の面積以上の大きさに設定した
ものである。
【０００９】
【作用】本発明において、空洞部近傍の流路の容積は空
洞部の容積以上の大きさになるため、発熱体が強制対流
の影響を受けないように流速を遅くしてあっても空洞部
近傍流路内に供給されるガスの量は多く、例えば流路を
それまで流れていたガスＡと違うガスＢが流路を通って
検出器に流れてきたとき、空洞部内に溜まっていたガス
Ａと空洞部近傍流路内のガスＢとの間でメンブレンのス
リットを通して相互拡散が起こり、空洞部内のガスＡは
空洞部近傍流路内へ、空洞部近傍流路内のガスＢは空洞
部内へ拡散していくが、メンブレン近傍のガスＡが全て
ガスＢに置換されるまで、空洞部近傍流路内のガスＡの
濃度は空洞部内よりも常に低く保たれるため空洞部内か
ら空洞部近傍流路内へのガスＡの拡散は最後まで効率よ
く行なわれ、一方、空洞部近傍流路内のガスＢの濃度は
空洞部内よりも常に高く保たれるため空洞部近傍流路内
から空洞部内へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行わ
れるようになる。
洞部の容積以上の大きさになるため、発熱体が強制対流
の影響を受けないように流速を遅くしてあっても空洞部
近傍流路内に供給されるガスの量は多く、例えば流路を
それまで流れていたガスＡと違うガスＢが流路を通って
検出器に流れてきたとき、空洞部内に溜まっていたガス
Ａと空洞部近傍流路内のガスＢとの間でメンブレンのス
リットを通して相互拡散が起こり、空洞部内のガスＡは
空洞部近傍流路内へ、空洞部近傍流路内のガスＢは空洞
部内へ拡散していくが、メンブレン近傍のガスＡが全て
ガスＢに置換されるまで、空洞部近傍流路内のガスＡの
濃度は空洞部内よりも常に低く保たれるため空洞部内か
ら空洞部近傍流路内へのガスＡの拡散は最後まで効率よ
く行なわれ、一方、空洞部近傍流路内のガスＢの濃度は
空洞部内よりも常に高く保たれるため空洞部近傍流路内
から空洞部内へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行わ
れるようになる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は異方性エッチン
グ等のマイクロマシーニング技術および薄膜技術により
形成された検出器の一実施例を示す斜視図および断面
図、図２（ａ）、（ｂ）は検出器と流路の構成を示した
実施例の流れと垂直方向の断面図および流れと平行な断
面図である。図１において、２０は検出器、２１はシリ
コン等の材料からなる基台で、この基台２１の上面中央
部には空洞部２５を形成する凹部２５Ａが設けられてい
る。また、基台２１の上面には、ＳｉＯ2 やＳｉ3Ｎ4等
の絶縁体薄膜から構成されたメンブレン２４が前記凹部
２５Ａを被う如く形成されており、このメンブレン２４
には白金やパーマロイ等の抵抗体パターンからなる発熱
体２２と、複数のスリット２３が形成されている。ま
た、基台２１に凹部２５Ａが形成されていない部分には
周囲温度センサ２６が設けられており、このセンサ２６
を使い周囲温度補正をすることができるようになってい
る。そして、このような構造からなる検出器２０は、流
路３０（図２）の中に設置され、流路３０とで熱伝導率
測定装置を構成している。なお、２７は電極パッド、２
８は流路３０を形成する配管、２９は金線である。
詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は異方性エッチン
グ等のマイクロマシーニング技術および薄膜技術により
形成された検出器の一実施例を示す斜視図および断面
図、図２（ａ）、（ｂ）は検出器と流路の構成を示した
実施例の流れと垂直方向の断面図および流れと平行な断
面図である。図１において、２０は検出器、２１はシリ
コン等の材料からなる基台で、この基台２１の上面中央
部には空洞部２５を形成する凹部２５Ａが設けられてい
る。また、基台２１の上面には、ＳｉＯ2 やＳｉ3Ｎ4等
の絶縁体薄膜から構成されたメンブレン２４が前記凹部
２５Ａを被う如く形成されており、このメンブレン２４
には白金やパーマロイ等の抵抗体パターンからなる発熱
体２２と、複数のスリット２３が形成されている。ま
た、基台２１に凹部２５Ａが形成されていない部分には
周囲温度センサ２６が設けられており、このセンサ２６
を使い周囲温度補正をすることができるようになってい
る。そして、このような構造からなる検出器２０は、流
路３０（図２）の中に設置され、流路３０とで熱伝導率
測定装置を構成している。なお、２７は電極パッド、２
８は流路３０を形成する配管、２９は金線である。
【００１１】寸法的には、例えば流路３０の断面は高さ
１ｍｍ、幅４ｍｍ、検出器２０のメンブレン２４と基台
２１の凹部２５Ａとの間の空洞部２５の断面は高さ０．
２ｍｍ、最大幅０．６ｍｍ、基台２１の断面は高さ０．
４ｍｍ、最大幅２．４ｍｍ程度である。したがって、流
路３０の流れ方向（矢印Ｆ方向）と垂直な断面の面積
は、検出器２０のメンブレン２４と基台２１の凹部２５
Ａとの間の空洞部２５の流れ方向と垂直な断面の面積よ
り大きく設定されている。
１ｍｍ、幅４ｍｍ、検出器２０のメンブレン２４と基台
２１の凹部２５Ａとの間の空洞部２５の断面は高さ０．
２ｍｍ、最大幅０．６ｍｍ、基台２１の断面は高さ０．
４ｍｍ、最大幅２．４ｍｍ程度である。したがって、流
路３０の流れ方向（矢印Ｆ方向）と垂直な断面の面積
は、検出器２０のメンブレン２４と基台２１の凹部２５
Ａとの間の空洞部２５の流れ方向と垂直な断面の面積よ
り大きく設定されている。
【００１２】このように検出器２０の空洞部２５の流れ
方向と垂直な断面の面積よりも流路３０の流れ方向と垂
直な断面の面積の方が大きくなるように構成することに
より、空洞部２５の容積よりも空洞部２５近傍流路３０
の容積が大きくなるため、発熱体２２が強制対流の影響
を受けないように流速を遅くしてあっても空洞部近傍流
路３０内に供給されるガスの量は多く、例えば、流路３
０をそれまで流れていたガスＡと違うガスＢが流路３０
を通って検出器２０に流れてきたとき、空洞部２５内に
溜まっていたガスＡと空洞部近傍流路３０内のガスＢと
の間でメンブレン２４の複数のスリット２３を通って相
互拡散が起こり、空洞部２５内のガスＡは空洞部近傍流
路３０内へ、空洞部近傍流路３０内のガスＢは空洞部２
５内へ拡散していくが、メンブレン２４近傍のガスＡが
全てガスＢに置換されるまで、空洞部近傍流路３０内の
ガスＡの濃度は空洞部２５内よりも常に低く保たれるた
め空洞部２５内から空洞部近傍流路３０内へのガスＡの
拡散は最後まで効率よく行なわれる。一方、空洞部近傍
流路３０内のガスＢの濃度は空洞部２５内よりも常に高
く保たれるため空洞部近傍流路３０内から空洞部２５内
へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行なわれるように
なる。この結果、検出器２０の発熱体２２付近における
ガスの置換がスムーズに行なわれるようになる。
方向と垂直な断面の面積よりも流路３０の流れ方向と垂
直な断面の面積の方が大きくなるように構成することに
より、空洞部２５の容積よりも空洞部２５近傍流路３０
の容積が大きくなるため、発熱体２２が強制対流の影響
を受けないように流速を遅くしてあっても空洞部近傍流
路３０内に供給されるガスの量は多く、例えば、流路３
０をそれまで流れていたガスＡと違うガスＢが流路３０
を通って検出器２０に流れてきたとき、空洞部２５内に
溜まっていたガスＡと空洞部近傍流路３０内のガスＢと
の間でメンブレン２４の複数のスリット２３を通って相
互拡散が起こり、空洞部２５内のガスＡは空洞部近傍流
路３０内へ、空洞部近傍流路３０内のガスＢは空洞部２
５内へ拡散していくが、メンブレン２４近傍のガスＡが
全てガスＢに置換されるまで、空洞部近傍流路３０内の
ガスＡの濃度は空洞部２５内よりも常に低く保たれるた
め空洞部２５内から空洞部近傍流路３０内へのガスＡの
拡散は最後まで効率よく行なわれる。一方、空洞部近傍
流路３０内のガスＢの濃度は空洞部２５内よりも常に高
く保たれるため空洞部近傍流路３０内から空洞部２５内
へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行なわれるように
なる。この結果、検出器２０の発熱体２２付近における
ガスの置換がスムーズに行なわれるようになる。
【００１３】ガスクロでの使用においてもキャリアガス
に運ばれてサンプルガスが検出器２０のところに流れて
きたとき、発熱体２２近傍においてはキャリアガスがサ
ンプルガスに速やかに置換されるため高感度で高精度な
ガス分析を高速に行なうことができる。
に運ばれてサンプルガスが検出器２０のところに流れて
きたとき、発熱体２２近傍においてはキャリアガスがサ
ンプルガスに速やかに置換されるため高感度で高精度な
ガス分析を高速に行なうことができる。
【００１４】検出器２０と流路３０の流れと垂直方向断
面の構成は図２（ａ）に示したものに限らず、図３のよ
うに配管２８の内底面に設けた凹部３１内に検出器２１
を挿入配置し、その上面の高さを配管２８の内底面と略
一致するようにしてもよい。
面の構成は図２（ａ）に示したものに限らず、図３のよ
うに配管２８の内底面に設けた凹部３１内に検出器２１
を挿入配置し、その上面の高さを配管２８の内底面と略
一致するようにしてもよい。
【００１５】図４は検出器２０と流路３０の具体的な構
造を示したさらに他の実施例の流れと平行な断面図であ
る。３３はリードピン、３４は流路ブロック、３５はセ
ラミック基板である。
造を示したさらに他の実施例の流れと平行な断面図であ
る。３３はリードピン、３４は流路ブロック、３５はセ
ラミック基板である。
【００１６】ところで、図５に示した上記Ｊｈｏｎ
Ｈ．Ｊｅｒｍａｎらの熱伝導率測定装置（ＵＳ Ｐａｔ
ｅｎｔ Ｎｏ．４，４７１，６４７）では、基台５の裏
面側から基台のエッチングを行い複数の穴８を持つメン
ブレン６を形成しているため、空洞部１４の容積が必要
以上に大きくなってしまい空洞部１４における気体の置
換が速やかに行なわれないばかりか、基台５のサイズも
大きくなってしまい、基台５の機械的強度も弱く、製造
工程においても基台５の表側と裏側とで位置合わせが必
要であったり、基台裏面の開口部がパッケージングに支
障をきたすなど好ましくない点が多かったが、図１に示
した本発明に係る検出器２０では基台２１の表面側か
ら、メンブレン２４に設けられた複数のスリット２３を
通してメンブレン２４下部の基台２１の異方性エッチン
グを行いメンブレン２４が基台２１の空洞部２５上の空
中に浮いた構造を形成しているため、以下に述べるよう
な非常に優れた特徴を持っている。先ず空洞部２５の容
積が発熱部と基台２１間の熱絶縁に必要とされるだけの
最小限の大きさに留められるため、空洞部２５における
気体の置換を速やかに行なうことができる。また、基台
２１のサイズも小さくすることができる、基台２１の機
械的強度も強く、製造工程においても基台２１の表側と
裏側の位置合わせが不要であり、パッケージングも容易
である。その中でも特に空洞部２５の容積および基台２
１のサイズを小さくできるという点において本発明で使
用される検出器として最適であり、流路のサイズも小さ
くすることができる。
Ｈ．Ｊｅｒｍａｎらの熱伝導率測定装置（ＵＳ Ｐａｔ
ｅｎｔ Ｎｏ．４，４７１，６４７）では、基台５の裏
面側から基台のエッチングを行い複数の穴８を持つメン
ブレン６を形成しているため、空洞部１４の容積が必要
以上に大きくなってしまい空洞部１４における気体の置
換が速やかに行なわれないばかりか、基台５のサイズも
大きくなってしまい、基台５の機械的強度も弱く、製造
工程においても基台５の表側と裏側とで位置合わせが必
要であったり、基台裏面の開口部がパッケージングに支
障をきたすなど好ましくない点が多かったが、図１に示
した本発明に係る検出器２０では基台２１の表面側か
ら、メンブレン２４に設けられた複数のスリット２３を
通してメンブレン２４下部の基台２１の異方性エッチン
グを行いメンブレン２４が基台２１の空洞部２５上の空
中に浮いた構造を形成しているため、以下に述べるよう
な非常に優れた特徴を持っている。先ず空洞部２５の容
積が発熱部と基台２１間の熱絶縁に必要とされるだけの
最小限の大きさに留められるため、空洞部２５における
気体の置換を速やかに行なうことができる。また、基台
２１のサイズも小さくすることができる、基台２１の機
械的強度も強く、製造工程においても基台２１の表側と
裏側の位置合わせが不要であり、パッケージングも容易
である。その中でも特に空洞部２５の容積および基台２
１のサイズを小さくできるという点において本発明で使
用される検出器として最適であり、流路のサイズも小さ
くすることができる。
【００１７】なお、本実施例は流路３０の断面形状を矩
形に形成した場合について示したが、これに限られるも
のではなく、円形でも何でもよい。また、検出器２０を
構成する基台２１、メンブレン２４、抵抗体パターン等
の材質も本明細書に記載されたものに限られるものでは
ない。さらに、抵抗体パターンはメンブレン２４で上下
を挟まれた形で構成されたり、メンブレン２４の上に形
成された後何らかの保護膜でコーティングされて構成さ
れるのが耐環境上好ましいが、これに限らない。また、
本発明で使用したメンブレンという言葉はダイヤフラム
またはフィルム等の言葉で表現することもできる。
形に形成した場合について示したが、これに限られるも
のではなく、円形でも何でもよい。また、検出器２０を
構成する基台２１、メンブレン２４、抵抗体パターン等
の材質も本明細書に記載されたものに限られるものでは
ない。さらに、抵抗体パターンはメンブレン２４で上下
を挟まれた形で構成されたり、メンブレン２４の上に形
成された後何らかの保護膜でコーティングされて構成さ
れるのが耐環境上好ましいが、これに限らない。また、
本発明で使用したメンブレンという言葉はダイヤフラム
またはフィルム等の言葉で表現することもできる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る熱伝導
率測定装置は、検出器に被測定気体を導く流路の流れ方
向と垂直な断面の面積を、検出器のメンブレンの下の基
台の空洞部の流れ方向と垂直な断面の面積以上の大きさ
に設定し、空洞部近傍の流路の容積を空洞部の容積以上
にしたので、発熱体が強制対流の影響を受けないように
流速を遅くしてあっても空洞部近傍流路内に供給される
ガスの量は多く、例えば流路をそれまで流れていたガス
Ａと違うガスＢが流路を通って検出器に流れてきたと
き、空洞部内に溜まっていたガスＡと空洞部近傍流路内
のガスＢとの間でメンブレンの複数のスリットを通して
相互拡散が起こり、空洞部内のガスＡは空洞部近傍流路
内へ、空洞部近傍流路内のガスＢは空洞部内へ拡散して
いくが、メンブレン近傍のガスＡが全てガスＢに置換さ
れるまで、空洞部近傍流路内のガスＡの濃度は空洞部内
よりも常に低く保たれるため空洞部内から空洞部近傍流
路内へのガスＡの拡散は最後まで効率よく行なわれる。
一方、空洞部近傍流路内のガスＢの濃度は空洞部内より
も常に高く保たれるため空洞部近傍流路内から空洞部内
へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行われるようにな
る。したがって、検出器の発熱体付近における被測定気
体の置換がスムーズに行なわれるようになり、熱伝導率
または熱伝導率変化あるいはこれら両方の測定を高感
度、高精度で高速に行うことができる。また、ガスクロ
での使用においてもキャリアガスに運ばれてサンプルガ
スが検出器のところに流れてきたとき、発熱体近傍にお
いてはキャリアガスがサンプルガスに速やかに置換され
るため、高感度、高精度で高速分析を行なうことができ
る。
率測定装置は、検出器に被測定気体を導く流路の流れ方
向と垂直な断面の面積を、検出器のメンブレンの下の基
台の空洞部の流れ方向と垂直な断面の面積以上の大きさ
に設定し、空洞部近傍の流路の容積を空洞部の容積以上
にしたので、発熱体が強制対流の影響を受けないように
流速を遅くしてあっても空洞部近傍流路内に供給される
ガスの量は多く、例えば流路をそれまで流れていたガス
Ａと違うガスＢが流路を通って検出器に流れてきたと
き、空洞部内に溜まっていたガスＡと空洞部近傍流路内
のガスＢとの間でメンブレンの複数のスリットを通して
相互拡散が起こり、空洞部内のガスＡは空洞部近傍流路
内へ、空洞部近傍流路内のガスＢは空洞部内へ拡散して
いくが、メンブレン近傍のガスＡが全てガスＢに置換さ
れるまで、空洞部近傍流路内のガスＡの濃度は空洞部内
よりも常に低く保たれるため空洞部内から空洞部近傍流
路内へのガスＡの拡散は最後まで効率よく行なわれる。
一方、空洞部近傍流路内のガスＢの濃度は空洞部内より
も常に高く保たれるため空洞部近傍流路内から空洞部内
へのガスＢの拡散は最後まで効率よく行われるようにな
る。したがって、検出器の発熱体付近における被測定気
体の置換がスムーズに行なわれるようになり、熱伝導率
または熱伝導率変化あるいはこれら両方の測定を高感
度、高精度で高速に行うことができる。また、ガスクロ
での使用においてもキャリアガスに運ばれてサンプルガ
スが検出器のところに流れてきたとき、発熱体近傍にお
いてはキャリアガスがサンプルガスに速やかに置換され
るため、高感度、高精度で高速分析を行なうことができ
る。
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る熱伝導率測定装
置における検出器の一実施例を示す斜視図および断面図
である。
置における検出器の一実施例を示す斜視図および断面図
である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は検出器と流路の構成を示した
実施例の流れと垂直方向の断面図および流れと平行な断
面図である。
実施例の流れと垂直方向の断面図および流れと平行な断
面図である。
【図３】熱伝導率測定装置の他の実施例を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】検出器と流路の具体的な構造を示したさらに他
の実施例の流れと平行な断面図である。
の実施例の流れと平行な断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は熱伝導率測定装置の
従来例を示す断面図および要部拡大断面図である。
従来例を示す断面図および要部拡大断面図である。
２０ 検出器 ２１ 基台 ２２ 発熱体 ２３ スリット ２４ メンブレン ２５Ａ 凹部 ２５ 空洞部 ２６ 周囲温度センサ ２７ 電極パッド ３０ 流路
Claims (1)
- 【請求項１】 発熱体が基台の空洞の上に形成されたメ
ンブレンにより空中に保持された形で形成された検出器
と、この検出器に被測定気体を導く流路とを備え、熱伝
導率または熱伝導率変化あるいはその両方を測定する熱
伝導率測定装置において、 前記流路の流れ方向と垂直な断面の面積を、前記検出器
のメンブレンの下の空洞部の流れ方向と垂直な断面の面
積以上の大きさに設定したことを特徴とする熱伝導率測
定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269131A JP2789286B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 熱伝導率測定装置 |
| US08/116,866 US5377527A (en) | 1992-09-14 | 1993-09-03 | Thermal conductivity measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269131A JP2789286B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 熱伝導率測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694657A true JPH0694657A (ja) | 1994-04-08 |
| JP2789286B2 JP2789286B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=17468129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4269131A Expired - Lifetime JP2789286B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 熱伝導率測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5377527A (ja) |
| JP (1) | JP2789286B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100482618B1 (ko) * | 2002-10-28 | 2005-04-14 | 한국전력공사 | 질소-수소 분석에 의한 화학세정 종점 판별방법 및 장치 |
| JP2005227090A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Denso Corp | 水素濃度検出装置及び水素濃度検出方法 |
| JP2013105294A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Azbil Corp | ガス警報機 |
| JP2014190878A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2016017926A (ja) * | 2014-07-11 | 2016-02-01 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3114139B2 (ja) * | 1995-01-24 | 2000-12-04 | 株式会社山武 | 熱伝導率計 |
| US6331075B1 (en) | 1998-05-01 | 2001-12-18 | Administrator, National Aeronautics And Space Administration | Device and method for measuring thermal conductivity of thin films |
| US6502983B2 (en) * | 1999-03-30 | 2003-01-07 | The Regents Of The University Of California | Micro-machined thermo-conductivity detector |
| US6701774B2 (en) * | 2000-08-02 | 2004-03-09 | Symyx Technologies, Inc. | Parallel gas chromatograph with microdetector array |
| DE10146321B4 (de) * | 2001-09-20 | 2008-08-14 | Robert Bosch Gmbh | Sensorbaustein mit einem Sensorelement, das von einem Heizelement umgeben ist |
| US20080203081A1 (en) * | 2006-12-01 | 2008-08-28 | Honeywell International Inc. | Variable thermal resistor system |
| JP5136868B2 (ja) * | 2010-08-18 | 2013-02-06 | 横河電機株式会社 | 熱伝導度検出器およびそれを用いたガスクロマトグラフ |
| US8683847B2 (en) * | 2011-02-09 | 2014-04-01 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Microelectromechanical systems type semiconductor gas sensor using microheater having many holes and method for manufacturing the same |
| JP5759780B2 (ja) * | 2011-05-09 | 2015-08-05 | アズビル株式会社 | 発熱量測定システム及び発熱量の測定方法 |
| WO2017154059A1 (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 株式会社島津製作所 | 熱伝導度検出器 |
| EP3315956A1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-02 | Sensirion AG | Multi-parametric sensor with bridge structure |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4471647A (en) * | 1980-04-18 | 1984-09-18 | Board Of Regents Of Stanford University | Gas chromatography system and detector and method |
| DE3711511C1 (de) * | 1987-04-04 | 1988-06-30 | Hartmann & Braun Ag | Verfahren zur Bestimmung der Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch und Sensor zur Messung der Waermeleitfaehigkeit |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP4269131A patent/JP2789286B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-09-03 US US08/116,866 patent/US5377527A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100482618B1 (ko) * | 2002-10-28 | 2005-04-14 | 한국전력공사 | 질소-수소 분석에 의한 화학세정 종점 판별방법 및 장치 |
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| JP2014190878A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2016017926A (ja) * | 2014-07-11 | 2016-02-01 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2789286B2 (ja) | 1998-08-20 |
| US5377527A (en) | 1995-01-03 |
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Legal Events
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