JPH0882610A - 接触燃焼式アルコールセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】メタンガス、水素ガスなどの他の可燃性ガスの
共存と、水蒸気の共存の影響を受けずにアルコール蒸気
を精度良く検知できる接触燃焼式アルコールセンサを提
供する。 【構成】ガス検知素子と温度補償素子とを一組として用
いる接触燃焼式アルコールセンサは、活性アルミナ担体
に酸化銅を担持したガス検知素子と、活性アルミナ担体
のみの温度補償素子とからなる。ガス検知部と温度補償
部とを一組として用いる接触燃焼式アルコールセンサ
は、測温抵抗体７２に固着された担体７３に酸化銅、白
金、パラジウムのいずれかの触媒７４を担持したガス検
知素子７１ｄがベース７５に固定されたピン７６に溶接
され二重金網７７で被覆するガス検知部７０ｄと、同素
子７１ｄを有し、その被覆が二重金網７７とそのあいだ
に充填された活性炭フィルタ７８によりなされる温度補
償部７０ｃとからなる構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特にアルコール蒸気
を選択的に検知するガス検知器用接触燃焼式ガスセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガスセンサには半導体式ガス
センサと接触燃焼式ガスセンサの２種類がある。半導体
式ガスセンサは酸化スズなどの金属酸化物半導体に触媒
を添加したものであり、可燃性ガスに触れると半導体の
電気抵抗値が低下する性質を利用したものである。この
電気抵抗値の変化は大きいので、ガス検知装置では電気
抵抗値変化を直接ガス検知信号として用いている。

【０００３】従来のアルコール検知器に用いられるセン
サは半導体式ガスセンサであり、酸化スズを主体とし
て、これにパラジウムあるいは白金などの触媒成分を添
加してある。検知ガス固有の温度域があるので、アルコ
ール蒸気に対する感度の高い温度域内に昇温して用いら
れている。接触燃焼式ガスセンサはアルコールのみを検
知できる触媒が見いだされていないため、アルコール検
知器には用いられていない。

【０００４】しかし、この発明の理解のため接触燃焼式
ガスセンサについて説明しておく。接触燃焼式ガスセン
サはガス検知素子（以下Ｄ素子と略記する）と温度補償
素子（以下Ｃ素子と略記する）の一組を主要部品として
なる。これら素子は、例えば白金コイルの様な測温抵抗
体を金属酸化物焼結体などよりなる担体で小球状にくる
んである。Ｄ素子はその表面に酸化触媒を担持してお
り、Ｃ素子はＤ素子とは違う酸化触媒を担持する場合も
ありまた酸化触媒を担持しない場合もある。

【０００５】接触燃焼式ガスセンサのガス検知部の断面
模式図を図７に示す。Ｄ素子７１ｄは測温抵抗体７２と
その中央に固着されていて酸化触媒７４を担持している
担体７３よりなる。測温抵抗体７２の両端は、絶縁材の
ベース７５に貫通固定されている２本のピン７６にそれ
ぞれ溶接されている。Ｄ素子７１ｄは防爆のため二重金
網７７により覆われていて、二重金網７７の周縁はベー
ス７５の周縁に接着されている。Ｃ素子７１ｃも全く同
じ構造に組立てられ、温度補償部７０ｃとされる。ガス
検知部と温度補償部との一組が接触燃焼式ガスセンサと
なる。

【０００６】Ｃ素子がガス検知部の内部に組み込まれる
場合もあって、この場合はピンが２本追加されたピンに
Ｃ素子が溶接される。これも接触燃焼式ガスセンサと言
う。いずれの構造の場合においても、Ｄ素子、Ｃ素子が
溶接されているピンが、次に述べるブリッジ回路の枝辺
に接続される。接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検知
回路の主要部はブリッジ回路である。そのブリッジ回路
図を図８に示す。素子８１にはＤ素子またはガス検知部
が接続され、素子８２にはＣ素子または温度補償部が接
続されることによりブリッジ回路の２つの枝辺が完成す
る。他の枝辺には抵抗８３、８４が接続されている。ブ
リッジ回路には電源８５が接続されており、ブリッジの
出力は出力端子８６に生ずる。電源８５は、酸化触媒が
常時触媒作用を発揮できるように、Ｄ素子７１ｄおよび
Ｃ素子に常時電流を流しており、測温抵抗体７２に発生
するジュール熱により両素子は同じ一定の高温に保持さ
れる。

【０００７】検知対象ガスと接触していないときには出
力端子８６にブリッジ出力が発生しないように、他の枝
辺に接続されている抵抗８３、８４の抵抗値は調整され
ている。対象ガスと接触すると、Ｄ素子７１ｄの表面で
は酸化触媒の作用により対象ガスは燃焼しその熱により
Ｄ素子７１ｄの温度が保持温度より上昇してその内部の
測温抵抗体の抵抗値は大きくなり、Ｃ素子表面では燃焼
は起こらず抵抗値は変わらないので、出力端子８６にブ
リッジ出力が発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体式セ
ンサには次のような問題点があった。第１に、エタノー
ル蒸気を高感度に検知できるが、その他の可燃性ガス、
例えば都市ガスの主成分であるメタンガス、水素ガスに
も感度があり、これらのガスが共存すると、エタノール
蒸気と誤って検知してしまう。第２に半導体式センサ
は、大気中やガス中に含まれる水蒸気を酸化スズの表面
に吸着することによっても抵抗値が低下する性質を持つ
ため、湿度の高い雰囲気下では実際のエタノール蒸気濃
度より高い値を示し、精度の良いエタノール蒸気の測定
が困難であった。

【０００９】この発明の目的は、他の可燃性ガスの存在
と水蒸気の存在の影響を受けずにエタノール蒸気を精度
良く検知できる接触燃焼式アルコールセンサを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明は、ガス検知素子は測温抵抗体に活性
アルミナ担体を固着させさらに活性アルミナ担体の表面
に酸化銅を担持させてなり、温度補償素子は測温抵抗体
に活性アルミナ担体を固着させてなり、ガス検知素子と
温度補償素子との一組よりなる接触燃焼式アルコールセ
ンサであるものとする。

【００１１】第２の発明は、ガス検知素子は測温抵抗体
に担体を固着させ、担体には触媒を担持したものであ
り、ガス検知部はガス検知素子を二重金網で被覆する構
造であり、温度補償部はガス検知素子を二重金網および
活性炭フィルタで被覆する構造であって、ガス検知部と
温度補償部との一組よりなる接触燃焼式アルコールセン
サであるものとする。

【００１２】また、第２の発明に記載の接触燃焼式アル
コールセンサにおいて、ガス検知素子は担体として活性
アルミナを、触媒として酸化銅、白金、パラジウムのい
ずれかを担持させたものである。

【００１３】

【作用】本発明のセンサでは、Ｄ素子として活性アルミ
ナに酸化銅触媒を担持させ、Ｃ素子として触媒を担持さ
せない活性アルミナを用いることによって、Ｄ素子のエ
タノール酸化能をＣ素子のそれに比べ高め、これ以外の
可燃性ガスの酸化能をＤ素子とＣ素子ではほぼ等しくす
る。従って、エタノール蒸気に接触したときにのみＤ素
子とＣ素子との発熱量の差が生じ、これに対応した温度
差すなわち抵抗値の差が生じ、その他の可燃性ガスに対
してはＤ素子、Ｃ素子の発熱量が等しくなり温度差は生
ぜず抵抗値の差は生じない。

【００１４】他の発明では、エタノール酸化能を有する
Ｄ素子をそのままＤ素子として用いガス検知部とし、温
度補償部はＤ素子の周囲を活性炭を充填したフィルタで
覆う構造としたことによって、エタノールは周囲のフィ
ルタによって吸着され温度補償部内のＤ素子には届か
ず、Ｄ素子にのみエタノールが接触することとなりＤ素
子のみ抵抗値が大きくなる。一方、エタノール以外の可
燃性ガス、例えばメタン、水素等が存在する場合は、活
性炭はこれらのガスを極僅かしか吸着しないため、Ｄ素
子、温度補償部内のＤ素子には同一濃度の可燃性ガスが
接触して燃焼し両素子共に同一の温度上昇を生ずる。

【００１５】

【実施例】

実施例１ 請求項１に記載の発明の一実施例を説明する。以下の様
にして、γ−アルミナに酸化銅（ＣｕＯ）を５重量％担
持したＤ素子を作成した。

【００１６】比表面積１５０m²／ｇのアルミナ粉末にコ
ロイダルアルミナと水を加えてペースト状にし、これを
測温抵抗体の代表例である白金コイルに塗布し、乾燥後
７００℃に加熱してγ−アルミナをコイルに固着させ
た。次いで、この素子を担持後の酸化銅が５重量％とな
るように予め調整した硝酸銅水溶液中に浸漬、取り出し
後乾燥し、６００℃の空気中で加熱分解し、γ−アルミ
ナ上に酸化銅を担持した。

【００１７】また、Ｃ素子としては上述のＤ素子の製造
工程の酸化銅触媒を担持する前のγ−アルミナ素子をそ
のまま用いた。Ｄ素子、Ｃ素子の個々のセンサの可燃性
ガスに対する酸化能を知るためには、従来の接触燃焼式
ガスセンサと同様に、Ｄ素子をガス検知部に、Ｃ素子を
温度補償部に組み立てた。それぞれを以下のようにブリ
ッジ回路に組み、酸化能はブリッジ出力自体と定義し
た。Ｃ素子の外周部にステンレス製のキャップを被せて
ガスが接触しないようにしたものを比較温度補償部とし
て図８に示すブリッジ回路の８２の位置に接続し、酸化
能を測定しようとする各素子を８１の位置に接続した。
この構成で可燃性ガスを３００℃に保った素子に接触さ
せブリッジ出力、すなわち酸化能を測定した。可燃性ガ
スはエタノール、メタン、水素で空気に対する濃度はい
ずれも４０００ppm とした。酸化能の単位はmVであり、
データは試料数５個の平均値とした。実施例１のＤ素
子、Ｃ素子の酸化能を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１よりエタノール酸化能はＣ素子に比べ
Ｄ素子が高く、メタン、水素の酸化能はＤ素子、Ｃ素子
共ほぼ等しいことが判る。次に、このＤ素子、Ｃ素子を
ブリッジ回路の素子８１、８２としてそれぞれ組み込
み、エタノール、メタンおよび水素に接触させたときの
ブリッジ回路出力を測定した。この結果の可燃性ガス濃
度に対するブリッジ出力線図を図１に示す。横軸は可燃
性ガス濃度で、単位はｐｐｍである。これらは試料数５
個の平均値であり、素子温度３００℃での測定値であ
る。図１のライン１はエタノール蒸気濃度とブリッジ出
力の関係を示し、ライン２、３はそれぞれメタン、水素
の濃度とブリッジ出力の関係を示す。

【００２０】図１に示すように、この発明の構成の接触
燃焼式ガスセンサはガス中のエタノール蒸気にのみ感度
を持ち、メタン、水素等の可燃性ガスには殆ど感度を持
たないことが判る。 実施例２ 請求項２に記載の発明の一実施例を説明する。

【００２１】この発明の温度補償部の断面模式図を図２
に示す。温度補償部の内部の素子ははＤ素子と全く同一
のものであり、素子を覆う部材のみが従来の接触燃焼式
ガスセンサと異なっている。Ｄ素子７１ｄを覆うフィル
タは、二重金網７７の間隙に活性炭７８を充填したもの
とし、それらの周縁をベース７５の周縁に接着した。活
性炭の形態は顆粒、繊維状あるいはフェルト状のいずれ
でも適用できる。

【００２２】対となるガス検知部は従来の接触燃焼式ガ
スセンサと同じである。この実施例では、Ｄ素子にはγ
−アルミナに酸化銅を５重量％担持させた。各Ｄ素子を
ガス検知部と温度補償部とに組み立て、それぞれについ
て実施例１と同じ方法で個別の酸化能を求めた、但し実
施例１のＣ素子に換えてこのＤ素子を有する温度補償部
をステンレスキャップで覆い比較温度補償部として図８
に示すブリッジ回路の８２の位置に接続し、酸化能を測
定しようとする各部を８１の位置に接続した。測定した
ガス検知部と温度補償部の酸化能を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２より、温度補償部ではエタノールが活
性炭フィルタによって吸収されて内部に浸透しないた
め、ガス検知部と温度補償部のメタン、水素に対する酸
化能はほぼ等しくなる。以上のことから表２の特性のガ
ス検知部と温度補償部をブリッジに組み込んだ構成によ
ればエタノールを選択的に検知できることが予測でき
る。

【００２５】ガス検知部と温度補償部とをブリッジに組
み込み、実施例１とおなじ測定法で測定した。図３にガ
ス検知部と温度補償部（酸化銅触媒）の可燃性ガス濃度
に対するブリッジ出力線図を示した。図３のライン４は
エタノールに対するブリッジ出力、ライン５、６は各々
メタン、水素に対するブリッジ出力を示す。この図より
本実施例の構成によればエタノールを選択的に検知でき
ることが判る。 実施例３ Ｄ素子をγ−アルミナに白金をγ−アルミナに５重量％
担持させたものとした。

【００２６】このＤ素子で実施例２と同様にガス検知部
と温度補償部とを組み立て、実施例２と同様にして測定
した。表３にこの実施例のガス検知素子と温度補償部の
個別の酸化能を示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３の様に、白金／γ−アルミナ素子は水
素に対し高い酸化能を持つが、温度補償部では、エタノ
ールが活性炭フィルタによって吸着除去されるため、エ
タノールに対する出力のみが実質的に零となる。ガス検
知部と温度補償部とをブリッジに組み込み、実施例１と
おなじ測定法で測定した。図４にガス検知部と温度補償
部（白金触媒）の可燃性ガス濃度に対するブリッジ出力
線図を示した。図４のライン７、８、９は各々メタン、
水素に対するブリッジ出力を示す。この図より本実施例
の構成によればエタノールを選択的に検知できることが
判る。

【００２９】本実施例に用いた白金／γ−アルミナ素子
は、酸化銅／γ−アルミナ素子に比べ可燃性ガスに対す
る酸化能に優れており、その結果図４のライン７に示す
ように酸化銅／γ−アルミナ素子に比べ、より高いエタ
ノール出力が得られる。 実施例４ Ｄ素子をγ−アルミナににパラジウムを５重量％担持さ
せたものとした。

【００３０】このＤ素子で実施例２と同様にガス検知部
と温度補償部とを組み立て、実施例２と同様にして測定
した。表４にこの実施例のガス検知素子と温度補償部の
個別の酸化能を示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】本実施例に用いたパラジウム／γ−アルミ
ナ素子は、実施例２、３と違って、エタノール、水素の
他にメタンに対しても高い酸化能を持つことが表４より
判る。このメタンは活性炭により僅かに吸着され温度補
償部の出力はガス検知部の出力よりも僅かに低くなるが
エタノールに対するガス検知部のブリッジ出力レベルに
比べると実用上問題にならない。従って、本実施例の構
成によってもエタノールを選択的に検知できることが判
る。

【００３３】ガス検知部と温度補償部とをブリッジに組
み込み、実施例１とおなじ測定法で測定した。図５にガ
ス検知部と温度補償部（パラジウム触媒）の可燃性ガス
濃度に対するブリッジ出力線図を示した。図５のライン
１０、１１、１２は各々エタノール、メタン、水素に対
するブリッジ出力を示す。実施例１〜４に記したそれぞ
れの構成のＤ素子とＣ素子、およびガス検知部と温度補
償部の各対につき、エタノール蒸気に対するブリッジ出
力の周囲温度、湿度による影響を調べた。

【００３４】図６に周囲温度、湿度が２５℃、６０％の
ときおよび４０℃、８５％のときにおける４０００ｐｐ
ｍエタノールに対するブリッジ出力図を示す。１３は実
施例１の構成、１４は実施例２の構成 １５は実施例３
の構成 １６は実施例４の構成のブリッジ出力である。
図６に示すように実施例１の構成の接触燃焼式ガスセン
サではブリッジ出力は実質的に水分の影響を受けない。
一方、実施例２、３、４の構成の接触燃焼式ガスセンサ
では、高温、高湿下でエタノールに対する出力は僅かに
低下するがその度合いは２５℃、６０％のときの出力値
の９５％以上であり、極めて少ない。この様に高温、高
湿下でブリッジ出力が低下するのは、温度補償部に用い
られている活性炭のエタノール吸着能が僅かながら低下
するためであるが、実用上は問題ないレベルである。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、Ｄ素子
はエタノールに対する酸化能に優れており、またＣ素子
はエタノールに対する酸化能を殆ど持たず、また両素子
はその他の可燃性ガスに対しては酸化能がほぼ等しくな
るようにした。これらをブリッジ回路に組み込むことに
より、ガス中のエタノール蒸気を選択的に検知でき、ま
たガス中の水分の影響を実質的に受けない接触燃焼式ア
ルコールセンサが得られる。

【００３６】請求項２に記載の発明によれば、エタノー
ルに対する酸化能に優れた同一の触媒素子をガス検知部
Ｄ素子と温度補償部に用い、温度補償部はＤ素子を覆う
ように活性炭を充填したフィルタを装着し、このフィル
タがガス中のエタノールを吸着する構成とした。上記ガ
ス検知部と温度補償部から成るブリッジ回路を構成する
ことにより、ガス中のエタノール蒸気を選択的に検知で
き、またガス中の水分の影響を実質的に受けない接触燃
焼式アルコールセンサが得られる。

【００３７】本発明の接触燃焼式アルコールセンサを用
いることにより、高精度で信頼性の優れたアルコール検
知器あるいは警報器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す接触燃焼式アルコール
センサのＤ素子、Ｃ素子の可燃性ガス濃度に対するブリ
ッジ出力線図

【図２】本発明の異なる実施例を示す接触燃焼式アルコ
ールセンサのガス検知部および温度補償部の断面模式図

【図３】本発明の異なる実施例を示す接触燃焼式アルコ
ールセンサのガス検知部、温度度補償部（酸化銅触媒）
の可燃性ガス濃度に対するブリッジ出力線図

【図４】本発明の更に異なる実施例を示す接触燃焼式ア
ルコールセンサのガス検知部、温度補償部（白金触媒）
の可燃性ガス濃度に対するブリッジ出力線図

【図５】本発明の更に異なる実施例を示す接触燃焼式ア
ルコールセンサのガス検知部、温度補償部（パラジウム
触媒）の可燃性ガス濃度に対するブリッジ出力線図

【図６】周囲温度、湿度が２５℃、６０％のときおよび
４０℃、８５％のときにおける４０００ｐｐｍエタノー
ルに対するブリッジ出力図

【図７】従来例を示す接触燃焼式ガスセンサのガス検知
部および温度補償部の断面模式図

【図８】ブリッジ回路図

【符号の説明】

７１ｄ ガス検知素子 ７１ｃ 温度補償素子 ７２ 測温抵抗体 ７３ 担体 ７４ 触媒 ７５ ベース ７６ ピン ７７ 二重金網 ７８ 活性炭 ８１ 素子 ８２ 素子 ８３ 抵抗 ８４ 抵抗 ８５ 電源 ８６ ブリッジ出力端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス検知素子は測温抵抗体に活性アルミナ
   担体を固着させさらに活性アルミナ担体の表面に酸化銅
   を担持させてなり、温度補償素子は測温抵抗体に活性ア
   ルミナ担体を固着させてなり、ガス検知素子と温度補償
   素子との一組よりなることを特徴とする接触燃焼式アル
   コールセンサ。
2. 【請求項２】ガス検知素子は測温抵抗体に担体を固着さ
   せ、担体には触媒を担持したものであり、ガス検知部は
   ガス検知素子を二重金網で被覆する構造であり、温度補
   償部はガス検知素子を二重金網および活性炭フィルタで
   被覆する構造であって、ガス検知部と温度補償部との一
   組よりなることを特徴とする接触燃焼式アルコールセン
   サ。として用いることを特徴とする接触燃焼式アルコー
   ルセンサ。
3. 【請求項３】請求項２に記載の接触燃焼式アルコールセ
   ンサにおいて、ガス検知素子は担体として活性アルミナ
   を、触媒として酸化銅、白金、パラジウムのいずれかを
   担持させたものであることを特徴とする接触燃焼式アル
   コールセンサ。