JPH0815116A - センサ - Google Patents
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- JPH0815116A JPH0815116A JP6150983A JP15098394A JPH0815116A JP H0815116 A JPH0815116 A JP H0815116A JP 6150983 A JP6150983 A JP 6150983A JP 15098394 A JP15098394 A JP 15098394A JP H0815116 A JPH0815116 A JP H0815116A
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温下で使用しても長期間にわたり安定に動
作するセンサを提供する。 【構成】 水晶振動子板(1)と、水晶振動子板(1)
の両面に設けられた電極(2a、2b)と、電極(2
a、2b)に導電性樹脂(4a、4b)により接続され
たリード線(5a、5b)とを有するガスセンサにおい
て、導電性樹脂を覆う無機化合物膜(6a、6b)を設
けた構造を有する。
作するセンサを提供する。 【構成】 水晶振動子板(1)と、水晶振動子板(1)
の両面に設けられた電極(2a、2b)と、電極(2
a、2b)に導電性樹脂(4a、4b)により接続され
たリード線(5a、5b)とを有するガスセンサにおい
て、導電性樹脂を覆う無機化合物膜(6a、6b)を設
けた構造を有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水晶振動子や圧電素子な
どのセンシング素子を用いた高温下でも使用可能なセン
サに関し、特に電極とリードとの接続部の改良に関す
る。
どのセンシング素子を用いた高温下でも使用可能なセン
サに関し、特に電極とリードとの接続部の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、多くの技術分野において種々のセ
ンシング素子を応用したセンサが用いられている。この
ようなセンサのいずれにおいても、耐環境性の向上が要
望されている。
ンシング素子を応用したセンサが用いられている。この
ようなセンサのいずれにおいても、耐環境性の向上が要
望されている。
【0003】例えば水晶振動子はマイクロコンピュータ
などの基準クロックとしての用途がよく知られている
が、その発振周波数が様々な物理的要因によって鋭敏に
変化するため、高感度・高精度な圧力センサや重量セン
サのセンシング素子として応用されている。近年、重量
センサと同じ検出原理を応用し、ガス絶縁遮断器やガス
絶縁変圧器の分解ガス検出に用いられる高感度な水晶振
動子式ガスセンサが注目されている。このガスセンサに
用いられている水晶振動子には、一般的にマイクロコン
ピュータ用と同じAT−カットの厚み滑り振動子が用い
られる。水晶振動子式ガスセンサは室温領域で動作させ
るのが一般的であるが、200〜500℃の高温下で動
作させる用途も考えられる。しかし、従来の水晶振動子
式ガスセンサをこのような高温下で用いると、電極とリ
ード線とを接続するために使用されている導電性樹脂の
耐熱性が低いため、長時間の加熱により導電性樹脂が劣
化して接着固定力の低下や水晶振動子表面への流出を生
じるため、発振周波数が変動したり発振しなくなるとい
う問題がある。
などの基準クロックとしての用途がよく知られている
が、その発振周波数が様々な物理的要因によって鋭敏に
変化するため、高感度・高精度な圧力センサや重量セン
サのセンシング素子として応用されている。近年、重量
センサと同じ検出原理を応用し、ガス絶縁遮断器やガス
絶縁変圧器の分解ガス検出に用いられる高感度な水晶振
動子式ガスセンサが注目されている。このガスセンサに
用いられている水晶振動子には、一般的にマイクロコン
ピュータ用と同じAT−カットの厚み滑り振動子が用い
られる。水晶振動子式ガスセンサは室温領域で動作させ
るのが一般的であるが、200〜500℃の高温下で動
作させる用途も考えられる。しかし、従来の水晶振動子
式ガスセンサをこのような高温下で用いると、電極とリ
ード線とを接続するために使用されている導電性樹脂の
耐熱性が低いため、長時間の加熱により導電性樹脂が劣
化して接着固定力の低下や水晶振動子表面への流出を生
じるため、発振周波数が変動したり発振しなくなるとい
う問題がある。
【0004】また、センシング素子として圧電素子を用
いた高速増殖炉の炉内検査用超音波センサでも、圧電素
子の電極とケーブルとの接続に導電性樹脂を用いること
が考えられるため、長時間の加熱により導電性樹脂が劣
化して接着固定力の低下を生じ、所望の検査が実施でき
なくなるおそれがある。
いた高速増殖炉の炉内検査用超音波センサでも、圧電素
子の電極とケーブルとの接続に導電性樹脂を用いること
が考えられるため、長時間の加熱により導電性樹脂が劣
化して接着固定力の低下を生じ、所望の検査が実施でき
なくなるおそれがある。
【0005】以上のようにヒートサイクルのある環境で
高温下において使用される可能性があるセンサでは、セ
ンシング素子の電極とリードとを接続するために用いら
れている導電性樹脂の劣化により種々の問題が生じる。
高温下において使用される可能性があるセンサでは、セ
ンシング素子の電極とリードとを接続するために用いら
れている導電性樹脂の劣化により種々の問題が生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のセンサでは、高温加熱により導電性樹脂が劣化して電
極とリード線との接続が不安定になるという問題があっ
た。本発明は上記の問題点を解決し、高温下で使用して
も長期間にわたり安定に動作するセンサを提供すること
を目的とする。
のセンサでは、高温加熱により導電性樹脂が劣化して電
極とリード線との接続が不安定になるという問題があっ
た。本発明は上記の問題点を解決し、高温下で使用して
も長期間にわたり安定に動作するセンサを提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のセンサは、セン
シング素子と、該センシング素子の両面に設けられた電
極と、該電極に導電性樹脂により接着されたリードとを
有するセンサにおいて、前記導電性樹脂を覆う無機化合
物膜を具備したことを特徴とするものである。
シング素子と、該センシング素子の両面に設けられた電
極と、該電極に導電性樹脂により接着されたリードとを
有するセンサにおいて、前記導電性樹脂を覆う無機化合
物膜を具備したことを特徴とするものである。
【0008】本発明において、センシング素子として
は、水晶振動子や圧電素子などが挙げられるが、特に限
定されない。また、電極は一般的にセンシング素子の両
面に設けられる。また、リードは独立したリード線でも
よいし、所定の基板上に形成されたリード電極でもよ
い。本発明においては、センシング素子の電極とリード
とは、導電性樹脂により接着される。
は、水晶振動子や圧電素子などが挙げられるが、特に限
定されない。また、電極は一般的にセンシング素子の両
面に設けられる。また、リードは独立したリード線でも
よいし、所定の基板上に形成されたリード電極でもよ
い。本発明においては、センシング素子の電極とリード
とは、導電性樹脂により接着される。
【0009】本発明において、無機化合物膜としては、
無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、無機ケイ化物な
どを主成分とする材料が用いられる。こうした無機化合
物膜は、例えばシリカ、アルミナ、またはシリカ・ジル
コニアを主成分とする熱硬化性の無機接着剤を塗布し、
加熱して硬化させる方法により形成できる。また、これ
らの材料をスパッタ法や蒸着法により成膜してもよい。
無機化合物膜の膜厚は1〜200μmであることが好ま
しい。
無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、無機ケイ化物な
どを主成分とする材料が用いられる。こうした無機化合
物膜は、例えばシリカ、アルミナ、またはシリカ・ジル
コニアを主成分とする熱硬化性の無機接着剤を塗布し、
加熱して硬化させる方法により形成できる。また、これ
らの材料をスパッタ法や蒸着法により成膜してもよい。
無機化合物膜の膜厚は1〜200μmであることが好ま
しい。
【0010】
【作用】本発明のセンサでは、センシング素子の電極と
リードとを接着する導電性樹脂を覆うように無機化合物
膜を設けているので、高温に加熱された結果導電性樹脂
が劣化したとしても、導電性樹脂による接着固定力の低
下や導電性樹脂のセンシング素子表面への流出を無機化
合物膜によって防止できる。したがって、高温下でも長
期間安定に動作するセンサを提供できる。
リードとを接着する導電性樹脂を覆うように無機化合物
膜を設けているので、高温に加熱された結果導電性樹脂
が劣化したとしても、導電性樹脂による接着固定力の低
下や導電性樹脂のセンシング素子表面への流出を無機化
合物膜によって防止できる。したがって、高温下でも長
期間安定に動作するセンサを提供できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 本発明をガス絶縁電気機器の絶縁異常で発生するSF6
分解ガスを検出するための水晶振動子式SF6 分解ガス
センサに適用した実施例を説明する。
分解ガスを検出するための水晶振動子式SF6 分解ガス
センサに適用した実施例を説明する。
【0012】図1に本実施例における水晶振動子式ガス
センサを示す。図1において、水晶振動子板1の両面に
は電極2a、2bが設けられている。各電極2a、2b
の上面にはガス吸着膜3a、3bが設けられ、かつ導電
性樹脂4a、4bにより電極2a、2bにリード線5
a、5bが接着されている。さらに、導電性樹脂4a、
4bを覆うように、無機化合物膜6a、6bが形成され
ている。
センサを示す。図1において、水晶振動子板1の両面に
は電極2a、2bが設けられている。各電極2a、2b
の上面にはガス吸着膜3a、3bが設けられ、かつ導電
性樹脂4a、4bにより電極2a、2bにリード線5
a、5bが接着されている。さらに、導電性樹脂4a、
4bを覆うように、無機化合物膜6a、6bが形成され
ている。
【0013】このガスセンサでは、ガス吸着膜3a、3
bにガスが吸着されると、その重量が変化し、この結果
水晶振動子の発振周波数が変化する。ガスの吸着に基づ
くガス吸着膜の重量変化Δwと水晶振動子の発振周波数
変化Δfとの間には、次式の関係が成立する。
bにガスが吸着されると、その重量が変化し、この結果
水晶振動子の発振周波数が変化する。ガスの吸着に基づ
くガス吸着膜の重量変化Δwと水晶振動子の発振周波数
変化Δfとの間には、次式の関係が成立する。
【0014】 Δf=−2.3×106 ×f2 ×Δw/A ここで、fは水晶振動子の発振周波数、Aは水晶振動子
の電極面積である。したがって、Δfを測定することに
より吸着されたガスの量を検出できる。
の電極面積である。したがって、Δfを測定することに
より吸着されたガスの量を検出できる。
【0015】この水晶振動子を用いたガスセンサは、以
下のようにして製造される。ガス吸着膜は酸化錫からな
っており、熱分解法を用いて以下のようにして形成され
る。原料である2−エチルヘキサン酸錫をn−ブタノー
ルに溶解して、濃度約30重量%の原料溶液を調製す
る。この原料溶液中に水晶振動子板の全面を浸漬塗布
し、約120℃で30分間乾燥した後、約500℃で3
0分間焼成して熱分解により酸化錫を生成させる。これ
らの塗布、乾燥、焼成の工程を2回繰り返して約0.4
μmの膜厚の酸化錫薄膜からなるガス吸着膜を形成す
る。
下のようにして製造される。ガス吸着膜は酸化錫からな
っており、熱分解法を用いて以下のようにして形成され
る。原料である2−エチルヘキサン酸錫をn−ブタノー
ルに溶解して、濃度約30重量%の原料溶液を調製す
る。この原料溶液中に水晶振動子板の全面を浸漬塗布
し、約120℃で30分間乾燥した後、約500℃で3
0分間焼成して熱分解により酸化錫を生成させる。これ
らの塗布、乾燥、焼成の工程を2回繰り返して約0.4
μmの膜厚の酸化錫薄膜からなるガス吸着膜を形成す
る。
【0016】次に、電極2a、2bのパッド領域にリー
ド線5a、5bを載せ、その上にエポキシ系の導電性樹
脂4a、4bを塗布して150℃で30分間硬化させた
後、室温まで放冷する。
ド線5a、5bを載せ、その上にエポキシ系の導電性樹
脂4a、4bを塗布して150℃で30分間硬化させた
後、室温まで放冷する。
【0017】その後、導電性樹脂4a、4bおよび電極
2aや水晶振動子板1の一部を覆うように無機接着剤を
塗布し、室温で24時間放置し、90℃で2時間加熱脱
水した後、150℃で1時間加熱して無機化合物膜6
a、6bを形成する。なお、無機接着剤としてシリカ、
アルミナ、またはシリカ・ジルコニアを主成分とする3
種のものを用い、材質の異なる無機化合物膜6a、6b
を有する3種のガスセンサ(実施例A〜C)を作製し
た。
2aや水晶振動子板1の一部を覆うように無機接着剤を
塗布し、室温で24時間放置し、90℃で2時間加熱脱
水した後、150℃で1時間加熱して無機化合物膜6
a、6bを形成する。なお、無機接着剤としてシリカ、
アルミナ、またはシリカ・ジルコニアを主成分とする3
種のものを用い、材質の異なる無機化合物膜6a、6b
を有する3種のガスセンサ(実施例A〜C)を作製し
た。
【0018】一方、図2に従来の水晶振動子式ガスセン
サ(比較例)の一例を示す。図2において、水晶振動子
板1の両面には電極2a、2bが設けられている。各電
極2a、2bの上面にはガス吸着膜3a、3bが設けら
れている。各電極2a、2bのパッド領域を取り付け部
がコイル状に巻かれたリード線5a、5bで挟みつけた
状態で、導電性樹脂4a、4bにより電極2a、2bと
リード線5a、5bとが接着されている。従来のガスセ
ンサでは、導電性樹脂4a、4bを覆う無機化合物膜は
設けられていない。
サ(比較例)の一例を示す。図2において、水晶振動子
板1の両面には電極2a、2bが設けられている。各電
極2a、2bの上面にはガス吸着膜3a、3bが設けら
れている。各電極2a、2bのパッド領域を取り付け部
がコイル状に巻かれたリード線5a、5bで挟みつけた
状態で、導電性樹脂4a、4bにより電極2a、2bと
リード線5a、5bとが接着されている。従来のガスセ
ンサでは、導電性樹脂4a、4bを覆う無機化合物膜は
設けられていない。
【0019】図3に図1の水晶振動子式SF6 分解ガス
センサをヒータとともに実装した状態を示す。図3にお
いて、絶縁性支持台11にはリードピン12a、12
b、12c、12dが固定されている。リードピン12
a、12bには水晶振動子のリード線5a、5bが接続
され、水晶振動子は水平に保持されている。リードピン
12c、12dには支持用リードフレーム13が接続さ
れている。この支持用リードフレーム13には、水晶振
動子の両面に平行になるように平板状のセラミックヒー
ター14a、14bが取り付けられている。さらに、ス
テンレス製の保護ネット15を設けたキャップ16を絶
縁性支持台11に被せて内部の水晶振動子などを保護し
ている。また、比較のために、図2の従来のガスセンサ
を図3と同様に実装した。
センサをヒータとともに実装した状態を示す。図3にお
いて、絶縁性支持台11にはリードピン12a、12
b、12c、12dが固定されている。リードピン12
a、12bには水晶振動子のリード線5a、5bが接続
され、水晶振動子は水平に保持されている。リードピン
12c、12dには支持用リードフレーム13が接続さ
れている。この支持用リードフレーム13には、水晶振
動子の両面に平行になるように平板状のセラミックヒー
ター14a、14bが取り付けられている。さらに、ス
テンレス製の保護ネット15を設けたキャップ16を絶
縁性支持台11に被せて内部の水晶振動子などを保護し
ている。また、比較のために、図2の従来のガスセンサ
を図3と同様に実装した。
【0020】以上のように実装された実施例A〜Cおよ
び比較例のガスセンサについて、大気中でヒーター14
a、14bへの印加電圧を徐々に上げて雰囲気温度を上
昇させ、発振周波数の変化を測定して耐熱性を評価し
た。この結果を図4に示す。
び比較例のガスセンサについて、大気中でヒーター14
a、14bへの印加電圧を徐々に上げて雰囲気温度を上
昇させ、発振周波数の変化を測定して耐熱性を評価し
た。この結果を図4に示す。
【0021】図4から、低温領域ではどのガスセンサで
も温度の上昇とともに発振周波数が増加していることが
わかる。しかし、無機化合物膜を形成していない従来の
ガスセンサ(比較例)は、330℃付近で発振が不安定
となり、350℃を超えると発振が停止した。これに対
して、実施例A〜Cのガスセンサは、400℃以上でも
安定に発振した。
も温度の上昇とともに発振周波数が増加していることが
わかる。しかし、無機化合物膜を形成していない従来の
ガスセンサ(比較例)は、330℃付近で発振が不安定
となり、350℃を超えると発振が停止した。これに対
して、実施例A〜Cのガスセンサは、400℃以上でも
安定に発振した。
【0022】なお、本実施例では振動子として水晶振動
子を用いたが、その他にも音叉振動子、セラミック圧電
振動子、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン振動子、
表面波(SAW)デバイスなど、ガスの吸着量の変化を
振動子板の電気特性変化として出力できるものが適用可
能である。
子を用いたが、その他にも音叉振動子、セラミック圧電
振動子、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン振動子、
表面波(SAW)デバイスなど、ガスの吸着量の変化を
振動子板の電気特性変化として出力できるものが適用可
能である。
【0023】実施例2 本発明を圧電素子を利用した高速増殖炉の炉内検査用超
音波プローブに適用した実施例を説明する。
音波プローブに適用した実施例を説明する。
【0024】図5および図6に本実施例における超音波
プローブを示す。図5において、図示しないケースに納
められる金属前面板21上には、下部電極22、圧電素
子23および上部電極24からなる多数のプローブなら
びにバッキング材25が形成されている。各圧電素子2
3の上部電極24には、それぞれ導電性樹脂26により
ケーブル27が接続されている。さらに、図6に示すよ
うに、導電性樹脂26を完全に覆うように、圧電素子部
およびケーブル27の先端部に無機化合物膜28が形成
されている。
プローブを示す。図5において、図示しないケースに納
められる金属前面板21上には、下部電極22、圧電素
子23および上部電極24からなる多数のプローブなら
びにバッキング材25が形成されている。各圧電素子2
3の上部電極24には、それぞれ導電性樹脂26により
ケーブル27が接続されている。さらに、図6に示すよ
うに、導電性樹脂26を完全に覆うように、圧電素子部
およびケーブル27の先端部に無機化合物膜28が形成
されている。
【0025】本実施例の超音波プローブでも、圧電素子
23の上部電極24とケーブル27とを接着する導電性
樹脂26を覆うように無機化合物膜28を設けているの
で、高温下で導電性樹脂26が劣化したとしても接着固
定力の低下を防止でき、長期間にわたる安定動作を確保
できる。
23の上部電極24とケーブル27とを接着する導電性
樹脂26を覆うように無機化合物膜28を設けているの
で、高温下で導電性樹脂26が劣化したとしても接着固
定力の低下を防止でき、長期間にわたる安定動作を確保
できる。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ヒ
ートサイクルのある環境で高温下で使用してもセンシン
グ素子の電極とリードとを接続するために用いられてい
る導電性樹脂の劣化による不具合を防止し、長期間にわ
たり安定に動作するセンサを提供できる。
ートサイクルのある環境で高温下で使用してもセンシン
グ素子の電極とリードとを接続するために用いられてい
る導電性樹脂の劣化による不具合を防止し、長期間にわ
たり安定に動作するセンサを提供できる。
【図1】本発明の実施例1における水晶振動子式ガスセ
ンサの断面図。
ンサの断面図。
【図2】従来の水晶振動子式ガスセンサの平面図。
【図3】本発明の実施例1における水晶振動子式ガスセ
ンサの実装状態を示す断面図。
ンサの実装状態を示す断面図。
【図4】本発明および従来の水晶振動子式ガスセンサに
ついて、発振周波数の温度依存性を示す特性図。
ついて、発振周波数の温度依存性を示す特性図。
【図5】本発明の実施例2における圧電素子を利用した
高速増殖炉の炉内検査用超音波プローブの無機化合物膜
を設ける前の状態を示す斜視図。
高速増殖炉の炉内検査用超音波プローブの無機化合物膜
を設ける前の状態を示す斜視図。
【図6】本発明の実施例2における圧電素子を利用した
高速増殖炉の炉内検査用超音波プローブの無機化合物膜
を設けた後の状態を示す斜視図。
高速増殖炉の炉内検査用超音波プローブの無機化合物膜
を設けた後の状態を示す斜視図。
1…水晶振動子板、2a、2b…電極、3a、3b…ガ
ス吸着膜、4a、4b…導電性樹脂、5a、5b…リー
ド線、6a、6b…無機化合物膜、11…絶縁性支持
台、12a、12b、12c、12d…リードピン、1
3…支持用リードフレーム、14a、14b…セラミッ
クヒーター、15…保護ネット、16…キャップ、21
…金属前面板、22…下部電極、23…圧電素子、24
…上部電極、25…バッキング材、26…導電性樹脂、
27…ケーブル、28…無機化合物膜28。
ス吸着膜、4a、4b…導電性樹脂、5a、5b…リー
ド線、6a、6b…無機化合物膜、11…絶縁性支持
台、12a、12b、12c、12d…リードピン、1
3…支持用リードフレーム、14a、14b…セラミッ
クヒーター、15…保護ネット、16…キャップ、21
…金属前面板、22…下部電極、23…圧電素子、24
…上部電極、25…バッキング材、26…導電性樹脂、
27…ケーブル、28…無機化合物膜28。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 9/02 Z
Claims (1)
- 【請求項1】 センシング素子と、該センシング素子の
両面に設けられた電極と、該電極に導電性樹脂により接
着されたリードとを有するセンサにおいて、前記導電性
樹脂を覆う無機化合物膜を具備したことを特徴とするセ
ンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6150983A JPH0815116A (ja) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6150983A JPH0815116A (ja) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0815116A true JPH0815116A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15508727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6150983A Pending JPH0815116A (ja) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0815116A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008219393A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Daishinku Corp | 圧電振動デバイス |
JP5724120B1 (ja) * | 2014-02-27 | 2015-05-27 | Tdk株式会社 | 圧電素子ユニットおよび駆動装置 |
JP2016096252A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | 太陽誘電株式会社 | 圧電素子 |
-
1994
- 1994-07-01 JP JP6150983A patent/JPH0815116A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008219393A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Daishinku Corp | 圧電振動デバイス |
JP5724120B1 (ja) * | 2014-02-27 | 2015-05-27 | Tdk株式会社 | 圧電素子ユニットおよび駆動装置 |
JP2016096252A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | 太陽誘電株式会社 | 圧電素子 |
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