JPH08233763A - 可燃性ガスセンサ - Google Patents

可燃性ガスセンサ

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JPH08233763A
JPH08233763A JP3650295A JP3650295A JPH08233763A JP H08233763 A JPH08233763 A JP H08233763A JP 3650295 A JP3650295 A JP 3650295A JP 3650295 A JP3650295 A JP 3650295A JP H08233763 A JPH08233763 A JP H08233763A
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JP
Japan
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cap
gas sensor
temperature
combustible gas
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP3650295A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Kato
利明 加藤
Fumihiro Inoue
文宏 井上
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】被検ガス温度の高低にかかわらず、ブリッジ出
力が一定である可燃性ガスセンサを提供する。 【構成】可燃性ガスセンサであって、接触燃焼式のガス
検出素子Dと補償素子Cとが電気絶縁性のベース1に貫
通固定されている金属製ピン2に保持され、これら素子
の間には熱遮蔽板3が立てられており、これらには通気
性キャップ4が被せられている。キャップ4にはニクロ
ム線のヒータ5aが埋め込まれている。 または可燃性
ガスセンサのキャップ内を冷却する冷却装置をキャップ
に設けるようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、被検ガスの温度範囲
の広い給湯器などに取り付けられる可燃性ガスセンサに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のガスセンサの一例として、富士時
報第50巻第8号第427頁〜第431頁(197
7)、富士時報第54巻第8号第554頁〜第557頁
(1981)に記載の警報器に用いられているような可
燃性ガスセンサが知られている。この可燃性ガスセンサ
は、例えば、可燃性ガスに対して活性な触媒を担持した
酸化アルミニウムで白金コイルを覆った構造のガス検出
素子および可燃性ガスに対して不活性な補償素子の2素
子からなっている。図8は従来の接触燃焼式可燃性ガス
センサの透視斜視図である。絶縁性材料のベースBに貫
通固定されているピンPの各2本にそれぞれガス検知素
子Dと補償素子Cとが張架されている。素子には通気の
ための孔Hが開けられているキャップKが被せられる。
2つの素子の間には熱遮蔽板Tが立てられている。
【0003】ガス検知のためには、これら2素子および
2つの固定抵抗が各枝辺に組み込まれたブリッジ回路が
用いられている。図9は接触燃焼式ガスセンサのブリッ
ジ回路図である。2つの固定抵抗R1、R2の直列接続
と、ガス検出素子Dと補償素子Cの直列接続が並列接続
され、電源電圧Eによる電圧のブリッジ回路への印加に
よって2素子は通電、予熱されている。ガス検出素子D
に可燃性ガスが接触すると燃焼が起こり、白金コイルに
温度変化が生じて、可燃性ガス濃度に比例した電気抵抗
変化を生じる。補償素子では可燃性ガスが接触しても燃
焼せず温度変化を生じないので、この微小な電気抵抗変
化から、2つの固定抵抗の接続点およびガス検出素子と
補償素子の接続点との間に接続されている負荷Vに生じ
るブリッジ出力が可燃性ガス濃度に比例して変化し、可
燃性ガス濃度を検出できる。可燃性ガスが接触していな
いときのブリッジ出力を0点出力という。可燃性ガスが
接触しているときのブリッジ出力には0点出力が加算さ
れるので、0点出力は小さい方がよい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】実際に、ガス給湯器や
石油ファンヒータなどの燃焼機器の不完全燃焼を迅速に
検知するためには、これら機器の燃焼ガス中の不完全燃
焼成分(主に一酸化炭素ガス)が外気によって希釈され
る前の高濃度であるうちに可燃性ガスセンサに接触させ
ることが必要であり、可燃性ガスセンサは、燃焼室の排
気側または燃焼室に近い排気筒に取り付けられる。この
ような場合、一般的には排気ガス(以後、被検ガスとい
う)の温度は100℃前後あるいはそれ以上の高温とな
るので、ガス検知素子と補償素子の熱放射率が異なって
いるため、2素子の温度差が大きくなり、すなわち0点
出力が大きくなり、ブリッジ出力が不正確になってく
る。
【0005】この様な0点出力の増加を回避するため、
ガス検知素子と補償素子の組合せを選別するか、個々に
温度測定素子を設け温度信号を電子回路により演算して
補正を行う必要があった。また、一般に、可燃性ガスセ
ンサはガス温度が高いとブリッジ出力も小さくなる傾向
があるため、要求される精度によってはガス検知出力も
温度補正を行う必要があった。
【0006】この発明の目的は、従来のような、温度測
定素子を用いた温度補正やガス検知素子と補償素子の組
合せ選別が不要で、ガス温度の高低に係わらずブリッジ
出力が一定である可燃性ガスセンサを提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めこの発明は、接触燃焼式のガス検出素子と補償素子と
が電気絶縁性のベースに貫通固定されている金属製ピン
に保持され、これら素子を覆うように通気性キャップが
被せられている可燃性ガスセンサにおいて、前記キャッ
プ内を加熱する加熱装置を有するものとする。
【0008】前記加熱装置はキャップに設けられた抵抗
線であると良い。前記加熱装置はキャップ内に設けられ
た抵抗線であると良い。前記加熱装置はキャップ内に設
けられた、絶縁板に塗布された抵抗層であると良い。ま
た、接触燃焼式のガス検出素子と補償素子とが電気絶縁
性のベースに貫通固定されている金属製ピンに保持さ
れ、これら素子を覆うように通気性キャップが被せられ
ている可燃性ガスセンサにおいて、前記キャップ内を冷
却する冷却装置を有するものとする。
【0009】前記冷却装置はキャップに設けられた水冷
パイプであると良い。
【0010】
【作用】この発明によれば、可燃性ガスセンサ全体を保
温、保冷可能な加熱または冷却装置を有するようにした
ため、熱容量の大きいキャップおよび可燃性ガス検知セ
ンサ全体の温度を略一定に維持することができる。従っ
て、被検ガス温度の変動によらず、常にキャップ内に侵
入するガスの温度をキャップ温度とほぼ同程度の狭い温
度範囲に抑えることができる。
【0011】
【実施例】
実施例1 図1は、本発明に係る実施例の可燃性ガスセンサの図で
あり、(a)は断面図、(b)は分解斜視図である。ベ
ース1に2対4本の金属製ピン(ステム)2が貫通固定
されており、2対のピンにはそれぞれガス検知素子Dと
補償素子Cがスポット溶接されている。ガス検知素子D
と補償素子Cとの間には熱遮蔽板3が設けられている。
キャップ4は多孔質のセラミックより形成されており、
キャップ4の周壁中にニクロム線のヒータ5aがコイル
状に封じ込められてキャップ4は一体成形されている。
このキャップ4は前記ガス検知素子Dと補償素子Cを覆
うようにベース1に取り付けられる。6はニクロム線の
ヒータ5aよりキャップ4の外側に引き出されたリード
線、7はねじによりベース7を排気筒に取り付けるため
の取り付け穴である。
【0012】可燃性ガスセンサの特性を調べるために、
ガス給湯器の排気筒を模した試験筒に可燃ガスセンサを
取り付け、被検ガスを流し、ブリッジ出力を測定した。
被検ガスとして3000ppm の一酸化炭素ガスと150
0ppm の水素ガスを含む空気を用い、給湯器の排気ガス
の温度範囲に相当する50〜250℃の各温度に加熱し
た。試験筒内の被検ガス流速は2m/s とした。試験筒に
はキャップの径の穴をあけ、可燃性ガスセンサのキャッ
プ側のみ筒内に挿入し、該可燃性ガスセンサのベースを
ねじにより試験筒に固定した。本実施例のガスセンサの
ニクロム線には通電し、周囲温度25℃で、キャップ温
度が300℃に保たれるようにした。また、比較のた
め、従来の可燃性ガスセンサについても測定した。
【0013】図2は従来の可燃性ガスセンサのブリッジ
出力とキャップ内温度との被検ガス温度依存性のグラフ
である。直線イはキャップ内温度で右側の縦軸に対応
し、直線ロはブリッジ出力で左側の縦軸に対応する。図
2から、従来のセンサのキャップ内部の温度は、大体3
0〜170℃程度まで変動しており、出力は6〜11mV
と広い範囲にわたって変動していることが判る。
【0014】図3は本発明の実施例の可燃性ガスセンサ
のブリッジ出力とキャップ内部温度の被検ガス温度依存
性のグラフである。直線ハはキャップ内温度、直線ニは
ブリッジ出力である。図3から、この実施例の可燃性ガ
スセンサでは、被検ガス温度を50〜250℃に変化さ
せたときのキャップ内温度は280〜300℃であり、
ブリッジ出力は約4mVと一定であることが判る。すなわ
ち、従来の可燃性ガスセンサに比べ、極めて安定なブリ
ッジ出力であることが判る。 実施例2 図4は、本発明の別の実施例の可燃性ガスセンサの分解
斜視図であり、(a)は金属製キャップの斜視図、
(b)は通気性キャップの斜視図、(c)はガスセンサ
要部の斜視図である。各ベースユニット11に貫通固定
されている各2本のピン12に、ガス検知素子D、補償
素子C、ニクロム線コイルのヒータ5bがそれぞれスポ
ット溶接されており、3個のベースユニット11は直列
に固着される。各素子とヒータ5aとの間に2つの熱遮
蔽板13がそれぞれ立てられている。このセンサ要部に
は、2枚のSUS金網15aの間に、石英フィルター1
5b(東洋濾紙製 GF−75)を挟んで成形したキャ
ップ15を、曲げ加工した端部15cがベース11の凹
部11aにかかるように、はめ込んだ。さらにSUSの
薄板を加工したキャップ16をその上に被せた。
【0015】この可燃性ガスセンサはニクロム線コイル
のヒータ5bに通電を行い、常時キャップ内部を加熱し
ておくものである。実施例1と同様に、キャップ内部を
300℃に保持させて測定した。被検ガスを50〜25
0℃程度に変化させても、出力電圧は変化しなかった。 実施例3 図5は本発明に係る他の実施例の可燃性ガスセンサの図
であり、(a)は分解斜視図、(b)は面ヒータの拡大
平面図である。
【0016】ベース21に貫通固定された3対6本のピ
ン22にガス検知素子D、補償素子Cおよび面ヒータ2
3がそれぞれ張架される。2つの素子と面ヒータには金
網キャップ24が被せられる。面ヒータ23は、0.5
mmの厚さのアルミナ基板23aの両面に、白金ペースト
を印刷した電極23cの上にさらに酸化ルテニウムペー
ストがスクリーン印刷され、15μm 厚のヒータ23b
が焼き固められている。裏面のヒータはスルーホール2
3dを通じて表面の電極23dに電気接続されている。
表面の電極23c、23dにはリード線23eが溶接さ
れる。面ヒータ23は4本のリード線23eがピン22
に溶接され、張架される。
【0017】この可燃性ガスセンサは、中央の2本のス
テムに交流100V,0.4W程度の電力を供給するこ
とにより、ガスセンサ全体を加熱するもので、アルミナ
基板の両側にヒーターが形成されていることから、ガス
検知素子D,補償素子Cの双方が共に輻射を受け、直接
加熱されるのでブリッジ出力の安定が早い。また、熱遮
蔽板はアルミナ基板23aが兼ねている。
【0018】このようにしてキャップ内温度を300℃
の保ち、実施例1と同様に被検ガスに対するブリッジ出
力を計測した。その結果は、被検ガス温度が変化して
も、その出力電圧の変化は実施例1、2と同様ほとんど
生じなかった。 実施例4 図6は、本発明に係るさらに別の実施例の可燃性ガスセ
ンサの図であり、(a)は断面図、(b)は分解斜視図
である。
【0019】この実施例は、冷却により、センサ内温度
を一定に保つ場合である。センサ要部は実施例1と同じ
であるが、キャップ4aの周りにヒータに換えて冷却水
を流す金属製のパイプ5cを巻き付けた点が異なってい
る。給湯器でこの可燃性ガスセンサが使われる場合は、
この冷却水は、加熱前の水道水の配管から取ればよい。
水道水の温度は、年間を通じて0℃から30℃程度まで
しか変化しないため、センサ内の温度も同様に変動幅が
小さい。
【0020】周囲温度25℃のとき、センサ内の温度を
20℃に保ち、実施例1と同様の試験を行った。図7
は、本実施例に係るガスセンサのセンサ出力とキャップ
内温度の被検ガス温度依存性のグラフである。直線ホは
キャップ内温度で右側の縦軸に対応し、直線ヘはブリッ
ジ出力で左側の縦軸に対応する。この可燃性ガスセンサ
においても、やはり被検ガスの温度に対する出力変化が
小さく、約12mVと一定であった。このように、センサ
内の温度を冷却によって一定に保持しても、実施例1〜
3と同じような効果があることが判った。
【0021】また、この方法では、実施例1〜3と比べ
てセンサの使用温度が低くなるため、出力レベルが高
く、耐熱性が要求されないため、ベース等に低価格の材
料を使用しても、信頼性を損なわないといった利点もあ
る。
【0022】
【発明の効果】この発明によれば、可燃性ガスセンサ全
体を保温、保冷可能な加熱または冷却装置を有するよう
にしたため、被検ガス温度の変動によらず、常にキャッ
プ内に侵入するガスの温度をキャップ温度とほぼ同程度
の狭い温度範囲に抑えることができ、検知素子と補償素
子は常に同じ温度に保たれるため、0点出力の変動が小
さく、可燃性ガス濃度に比例するブリッジ出力が得られ
る。
【0023】また、0点出力や出力の温度補正は不要と
なり、そのための温度測定素子や温度補正演算のための
電子回路は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例の可燃性ガスセンサの図で
あり、(a)は断面図、(b)は分解斜視図
【図2】従来可燃性ガスセンサの出力とキャップ内温度
との被検ガス温度依存性のグラフ
【図3】本発明の実施例の可燃性ガスセンサの出力とキ
ャップ内部温度の被検ガス温度依存性のグラフ
【図4】本発明の別の実施例の可燃性ガスセンサの分解
斜視図であり、(a)は金属製キャップの斜視図、
(b)は通気性キャップの斜視図、(c)は要部の斜視
【図5】本発明に係る他の実施例の可燃性ガスセンサの
図であり、(a)は分解斜視図、(b)は面ヒータの拡
大平面図
【図6】本発明に係るさらに別の実施例の可燃性ガスセ
ンサの図であり、あり、(a)は断面図、(b)は分解
斜視図
【図7】本発明に係るさらに別の実施例の可燃性ガスセ
ンサ出力とキャップ内部温度の被検ガス温度依存性のグ
ラフ
【図8】従来の接触燃焼式可燃性ガスセンサの透視斜視
【図9】接触燃焼式可燃性ガスセンサのブリッジ回路図
【符号の説明】
C 補償素子 D ガス検知素子 B ベース P ピン T 熱遮蔽板 K キャップ H 通気穴 E 電源 V 負荷 R1 固定抵抗 R2 固定抵抗 1 ベース 2 ピン 3 熱遮蔽板 4 キャップ 5a ヒータ 5b ヒータ 5c パイプ 6 リード線 7 取り付け穴 11 ベース 11c 折り曲げ部 12 ピン 15 キャップ 15a 金網 15b 石英フィルタ 16 SUSカバー 21 ベース 22 ピン 23 面ヒータ 23a 基板 23b 酸化ルテニウム抵抗体 23c 白金ペースト電極 23d 白金ペースト電極 23e リード 24 金網キャップ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】接触燃焼式のガス検出素子と補償素子とが
    電気絶縁性のベースに貫通固定されている金属製ピンに
    保持され、これら素子を覆うように通気性キャップが被
    せられている可燃性ガスセンサにおいて、前記キャップ
    内を加熱する加熱装置を有することを特徴とする可燃性
    ガスセンサ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の可燃性ガスセンサにおい
    て、前記加熱装置はキャップに設けられた抵抗線である
    ことを特徴とする可燃性ガスセンサ。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の可燃性ガスセンサにおい
    て、前記加熱装置はキャップ内に設けられた抵抗線であ
    ることを特徴とする可燃性ガスセンサ。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の可燃性ガスセンサにおい
    て、前記加熱装置はキャップ内に設けられた、絶縁板に
    塗布された抵抗層であることを特徴とする可燃性ガスセ
    ンサ。
  5. 【請求項5】接触燃焼式のガス検出素子と補償素子とが
    電気絶縁性のベースに貫通固定されている金属製ピンに
    保持され、これら素子を覆うように通気性キャップが被
    せられている可燃性ガスセンサにおいて、前記キャップ
    内をを冷却する冷却装置を有することを特徴とする可燃
    性ガスセンサ。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の可燃性ガスセンサにおい
    て、前記冷却装置はキャップに設けられた水冷パイプで
    あることを特徴とする可燃性ガスセンサ。
JP3650295A 1995-02-24 1995-02-24 可燃性ガスセンサ Pending JPH08233763A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126160A (ja) * 2004-03-30 2006-05-18 Citizen Watch Co Ltd ガスセンサ用外装構成体
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