JPH09250979A - Gas detecting device - Google Patents

Gas detecting device

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JPH09250979A
JPH09250979A JP5792096A JP5792096A JPH09250979A JP H09250979 A JPH09250979 A JP H09250979A JP 5792096 A JP5792096 A JP 5792096A JP 5792096 A JP5792096 A JP 5792096A JP H09250979 A JPH09250979 A JP H09250979A
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JP
Japan
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gas
sensor
standard
temperature
decomposition
Prior art date
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Pending
Application number
JP5792096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Hiraki
英朗 平木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH09250979A publication Critical patent/JPH09250979A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect cracked gas present in inactive gas with high sensitivity by charging a sensor vessel with standard gas and sample gas alternately, detecting concentration of the cracked gas contained in the sample gas based an characteristic change of a vibrator, and providing the sensor vessel with a means which brings the standard gas and the sample gas into contact with a gas sensor under the condition of the same pressure and temperature. SOLUTION: A vacuum pump 49 starts exhaust operation, and an electromagnetic valve 45 is opened, to exhaust a sensor chamber 25 and a piping system. After completion, an electromagnetic valve 35a is opened to fill a sensor vessel 25 with standard gas of a standard gas tank 37 so as to be specified pressure, and then the valve 35a is closed, and a cap 61 is lowered to finish filling. Then, the pump 49 starts exhaust operation for evacuating the vessel 25, etc. Then, an electromagnetic valve 35b is opened, and the vessel 25 is so filled with sample gas of a sample gas tank 39 as to be specified pressure, and then the valve 35b is closed to finish filling. Then an electric current is sent to a gas sensor 23 with a heater driving circuit 55 while a chamber A is closed, to raise temperature of the element. After heat radiation, generated frequency change of the sensor 23 is measured with a frequency measurement device 29.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不活性ガス中に存
在する分解ガスを検出することができるガス検出装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas detection device capable of detecting decomposition gas existing in an inert gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、大気中の還元性ガスを検出す
るガスセンサとしては、酸化スズ(SnO2 )、酸化亜
鉛(ZnO)などの金属酸化物の焼結体を用いた半導体
式ガスセンサが一般に知られている。このセンサは、上
記金属酸化物が還元性ガスに接触すると、その電気抵抗
が低下するという現象を利用したものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas sensor for detecting a reducing gas in the atmosphere, a semiconductor gas sensor using a sintered body of a metal oxide such as tin oxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is generally used. Are known. This sensor utilizes the phenomenon that when the metal oxide comes into contact with a reducing gas, its electrical resistance decreases.

【0003】この現象は、還元性ガスの発生により、上
記金属酸化物の表面に負イオン吸着した酸素が酸化反応
し、この吸着酸素が捕獲していた電子が上記金属酸化物
に移動し、上記金属酸化物の電子濃度が増加することで
生じる現象である。
This phenomenon is caused by the generation of a reducing gas, whereby the oxygen adsorbed by the negative ions on the surface of the metal oxide undergoes an oxidation reaction, and the electrons captured by the adsorbed oxygen move to the metal oxide. This is a phenomenon that occurs when the electron concentration of the metal oxide increases.

【0004】しかしながら、上記半導体式ガスセンサは
上述したような検出原理であるために、大気中での還元
性ガスの検出には有効であるが、難燃性ガスの検出や無
酸素雰囲気下での使用には適していない。
However, since the above semiconductor type gas sensor is effective in detecting reducing gas in the atmosphere because of the above-described detection principle, it is effective in detecting flame retardant gas or in oxygen-free atmosphere. Not suitable for use.

【0005】難燃性ガスである亜硫酸ガス(SO2 )、
塩化水素(HCl)、フッ化水素(HF)などを検出す
るガスセンサとしては、低電位電解式ガスセンサが知ら
れている。このセンサは、電極と電解質との界面を特定
の電位に保ち、ガスを電解することで生じる電解電流を
測定する方式である。この方式のセンサは還元性ガス及
び難燃性ガスのいずれにも高感度を示すが、電解液を用
いるため寿命が短いという欠点がある。しかも、この方
式のセンサで検出可能なガスは限られており、例えばS
6 の分解ガスであるSOF2 を検出することはできな
い。
Sulfurous acid gas (SO 2 ) which is a flame retardant gas,
A low potential electrolytic gas sensor is known as a gas sensor for detecting hydrogen chloride (HCl), hydrogen fluoride (HF), and the like. This sensor is a method of measuring the electrolytic current generated by electrolyzing a gas while keeping the interface between the electrode and the electrolyte at a specific potential. This type of sensor has high sensitivity to both reducing gas and flame-retardant gas, but has the drawback of short life because it uses an electrolyte. Moreover, the gas that can be detected by this type of sensor is limited.
SOF 2 , which is a decomposition gas of F 6 , cannot be detected.

【0006】一方、近年になって高感度で室温動作の可
能であるガスセンサとして水晶振動子式ガスセンサが注
目されている。このセンサは、水晶振動子板の電極上に
有機系材料などをガス吸着膜として形成した構造を有し
ており、例えば下記(1)式で与えられるように、ガス
吸着膜に吸着したガスの重量変化ΔWを水晶振動子の共
振周波数変化Δfとして検出するものである。
On the other hand, in recent years, a crystal oscillator type gas sensor has been attracting attention as a gas sensor having high sensitivity and capable of operating at room temperature. This sensor has a structure in which an organic material or the like is formed as a gas adsorption film on an electrode of a crystal oscillator plate. For example, as shown in the following equation (1), the gas adsorbed on the gas adsorption film is The weight change ΔW is detected as the resonance frequency change Δf of the crystal unit.

【0007】[0007]

【数1】 Δf=−2.3×106 ×f2 ×ΔW/A …(1) ここで、fは水晶振動子の共振周波数、Aは水晶振動子
の電極面積とする。
## EQU1 ## Δf = −2.3 × 10 6 × f 2 × ΔW / A (1) where f is the resonance frequency of the crystal unit, and A is the electrode area of the crystal unit.

【0008】また、この水晶振動子式ガスセンサは、吸
着ガス量をインピーダンスやインダクタンスの変化とし
て検出することも可能である。
Further, this crystal oscillator type gas sensor can detect the amount of adsorbed gas as a change in impedance or inductance.

【0009】このように、上記水晶振動子式ガスセンサ
は上述したような検出原理で動作するために、還元性ガ
ス及び難燃性ガスのいずれに対しても高感度を示し、p
pbオーダーのガスを検出することができ、さらに、特
開昭55−42054号公報、特開平1−229935
号公報などに示されているように、水晶振動子式ガスセ
ンサは、室温で動作する、臭気ガスなどのセンサとして
広く開発が進められている。
As described above, since the above-described crystal oscillator type gas sensor operates on the above-described detection principle, it exhibits high sensitivity to both reducing gas and flame retardant gas, and p
A gas of pb order can be detected, and further, JP-A-55-42054 and JP-A-1-229935.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-242242, a quartz oscillator gas sensor has been widely developed as a sensor for odorous gas, etc. that operates at room temperature.

【0010】ところが、現実には室温で全てのガスを検
出できるわけではなく、例えばSF6 の分解ガスに関し
て言えば、特開昭55−42054号公報で開示された
ガスセンサではSO2 を検出できず、一方、特開平1−
229935号公報で開示されたガスセンサではHFの
検出は可能ではあるがSOF2 は検出することができな
い。
However, in reality, not all gases can be detected at room temperature. For example, regarding the decomposition gas of SF 6 , SO 2 cannot be detected by the gas sensor disclosed in JP-A-55-42054. On the other hand, JP-A-1-
The gas sensor disclosed in Japanese Patent No. 229935 can detect HF but cannot detect SOF 2 .

【0011】そこで、かかる問題を解決すべく、本発明
者らは、特願平6−5511号の特許出願の発明におい
て、SOF2 を高感度に繰り返し検出することができる
ガスセンサを提案した。
Therefore, in order to solve such a problem, the present inventors proposed a gas sensor capable of repeatedly detecting SOF 2 with high sensitivity in the invention of the patent application of Japanese Patent Application No. 6-5511.

【0012】ここで提案されているガスセンサは、上述
したガス吸着膜として金属酸化物を用いており、例え
ば、以下に述べるような構造を有している。
The gas sensor proposed here uses a metal oxide as the above-mentioned gas adsorption film, and has a structure as described below, for example.

【0013】図14は、本発明者らの発明に係る特願平
6−5511号で提案した水晶振動子式ガスセンサの構
成を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a crystal oscillator type gas sensor proposed in Japanese Patent Application No. 6-5511 of the present inventors.

【0014】図14において、このガスセンサ23は、
水晶振動子板1として50MHzATカット水晶振動子
板を用いている。水晶振動子板1の両面には、クロム
(Cr)下地層の表面に金(Au)層を形成した電極3
a、3bが設けられている。電極3a、3bの上面には
酸化錫又は酸化銅からなるガス吸着膜5a、5bが設け
られ、さらに高耐熱性の導電性ペースト7a、7bによ
り電極3a、3bにリード線9a、9bが接着されてい
る。
In FIG. 14, the gas sensor 23 is
A 50 MHz AT-cut crystal oscillator plate is used as the crystal oscillator plate 1. On both sides of the crystal oscillator plate 1, electrodes 3 having a gold (Au) layer formed on the surface of a chromium (Cr) underlayer are formed.
a and 3b are provided. Gas adsorption films 5a and 5b made of tin oxide or copper oxide are provided on the upper surfaces of the electrodes 3a and 3b, and lead wires 9a and 9b are adhered to the electrodes 3a and 3b by a highly heat-resistant conductive paste 7a and 7b. ing.

【0015】一方、絶縁性の支持台11に固定されたリ
ードピン13a、13b、13c、13dにリード線9
a、9bを接続することにより、水晶振動子板1などの
素子を保持している。また、リードピン13c、13d
に接続された支持用リードフレーム15には、水晶振動
子板1の各面に対向するように設置された平板状のセラ
ミックヒーター17a、17b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19を設けたキャッ
プ21を支持台11に被せて上記素子などを保護してい
る。
On the other hand, the lead wire 9 is attached to the lead pins 13a, 13b, 13c and 13d fixed to the insulating support 11.
By connecting a and 9b, elements such as the crystal oscillator plate 1 are held. Also, the lead pins 13c and 13d
Flat ceramic heaters 17a and 17b, which are installed so as to face the respective surfaces of the crystal resonator plate 1, are attached to the supporting lead frame 15 connected to.
Further, a cap 21 provided with a protection net 19 made of stainless steel is covered on the support base 11 to protect the above elements and the like.

【0016】図15は、上記水晶振動子板1などの素子
の平面図である。図15に示すように、水晶振動子板1
は円盤状であり、その上に形成された電極3aはほぼ円
形状であり、パッド部を有している。さらに、電極3a
上にはガス吸着膜5aが形成され、電極3aのパッド部
には導電性ペースト7aが塗布される。なお、裏面も同
様な構成となっている。
FIG. 15 is a plan view of an element such as the crystal oscillator plate 1 described above. As shown in FIG. 15, the crystal oscillator plate 1
Has a disk shape, and the electrode 3a formed thereon has a substantially circular shape and has a pad portion. Furthermore, the electrode 3a
The gas adsorption film 5a is formed on the upper portion, and the conductive paste 7a is applied to the pad portion of the electrode 3a. The back side has the same structure.

【0017】上記ガスセンサを用いた感度特性評価につ
いて説明する。図16は、上記ガスセンサを用いたガス
検出装置の構成を示す図である。
The sensitivity characteristic evaluation using the above gas sensor will be described. FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a gas detection device using the gas sensor.

【0018】[0018]

【外1】 ンサ容器)25にガスセンサ23が取り付けられ、ガス
センサ23はセンサ容器25の外の発振回路27によっ
て駆動し、周波数測定器29が共振周波数をモニターで
きるように接続されている。
[Outside 1] A gas sensor 23 is attached to the sensor container 25, the gas sensor 23 is driven by an oscillation circuit 27 outside the sensor container 25, and a frequency measuring instrument 29 is connected so that the resonance frequency can be monitored.

【0019】次に、この装置の測定動作について図1
4、図15、図16を参照しつつ説明する。
Next, the measurement operation of this apparatus is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0020】まず、センサ容器25の内部を真空排気し
た後、ガスボンベ31から不活性ガスであるSF6 を充
填して1気圧に設定し、一定時間放置する。
First, the inside of the sensor container 25 is evacuated to vacuum, then SF 6 which is an inert gas is filled from the gas cylinder 31, the pressure is set to 1 atmospheric pressure, and the sensor container 25 is left standing for a certain period of time.

【0021】次に、ヒーター17a、17bに通電し
て、30秒間ヒーター温度を昇温し、ガスセンサ23の
温度を約400℃にまで到達させた後、ヒーターの通電
を停止し、ガスセンサ23の降温を開始する。
Next, the heaters 17a and 17b are energized to raise the temperature of the heater for 30 seconds to reach the temperature of the gas sensor 23 up to about 400 ° C., the energization of the heater is stopped, and the temperature of the gas sensor 23 is lowered. To start.

【0022】次に、センサ容器25内が予定の濃度にな
るように、所定体積の被検ガス(SOF2 )をシリンジ
33から注入し、ガスセンサ23の降温にともなう発振
周波数変化を周波数測定器29で測定する。例えば、図
17は、被検ガス(SF6 +SOF2 )濃度が0ppm
及び20ppmの場合における発振周波数の変化の評価
結果を示す図である。
Next, a predetermined volume of the test gas (SOF 2 ) is injected from the syringe 33 so that the inside of the sensor container 25 has a predetermined concentration, and the frequency measuring device 29 measures the oscillation frequency change due to the temperature decrease of the gas sensor 23. To measure. For example, in FIG. 17, the test gas (SF 6 + SOF 2 ) concentration is 0 ppm.
It is a figure which shows the evaluation result of the change of the oscillation frequency in the case of and 20 ppm.

【0023】最後に、図17から、被検ガスを注入しな
い時(SOF2 濃度が0ppm)の周波数の低下速度と
被検ガスを注入した時(SOF2 濃度が20ppm)の
周波数の低下速度との差を求めることにより被検ガス濃
度を検出することができる。
Finally, from FIG. 17, the decrease rate of the frequency when the test gas is not injected (SOF 2 concentration is 0 ppm) and the decrease rate of the frequency when the test gas is injected (SOF 2 concentration is 20 ppm). The concentration of the test gas can be detected by obtaining the difference between

【0024】このように、本発明者らの発明に係る特願
平6−5511号で提案した上記ガスセンサ及びそのガ
スセンサ用いたガス検出装置を用いることによりSF6
中においてSF6 の分解ガスであるSOF2 を高感度か
つ長期的に繰り返し検出することができる。
As described above, by using the gas sensor and the gas detector using the gas sensor proposed in Japanese Patent Application No. 6-5511 of the present inventors, SF 6
SOF 2 , which is a decomposition gas of SF 6 , can be repeatedly detected with high sensitivity and in the long term.

【0025】このガスセンサの用途としては、例えば、
ガス絶縁遮断器(以下、「GIS」と記す。)内部で発
生するガスを装置外部に取り出して検出することが挙げ
られ、本発明者らが提案したガスセンサ及びガス検出装
置では20ppmレベルの検出が可能である。
The usage of this gas sensor is, for example,
The gas generated inside the gas insulated circuit breaker (hereinafter, referred to as “GIS”) can be taken out of the device for detection, and the gas sensor and the gas detection device proposed by the present inventors can detect the 20 ppm level. It is possible.

【0026】しかしながら、ガス絶縁電気機器において
は分解ガスが発生すること自体が絶縁異常を示すことな
ので、できる限り微量な分解ガスを早期に検出する必要
があり、このため、より一層の高感度で高精度なガスセ
ンサが望まれているが、上記ガスセンサでは、不活性ガ
スの分解ガスを繰り返し再現良く検出することはできて
も、ガス絶縁電気機器の絶縁機能を監視するには、感度
の点からは十分ではなかった。
However, in gas-insulated electric equipment, the generation of decomposed gas itself indicates insulation abnormality. Therefore, it is necessary to detect a minimum amount of decomposed gas as early as possible, and therefore, with even higher sensitivity. Although a highly accurate gas sensor is desired, the above gas sensor can detect the decomposition gas of the inert gas repeatedly and with good reproducibility, but in order to monitor the insulation function of the gas-insulated electrical equipment, from the viewpoint of sensitivity. Was not enough.

【0027】このため、上記ガスセンサを高感度にする
方法として、上記(1)式から、水晶振動子の発振周波
数を高くする方法とガス吸着膜を厚くする方法が考えら
れる。ところが、発振周波数を高くする方法では、水晶
振動板の厚みをさらに薄くしなければならないが、薄く
すると振動子自身の機械的強度が低下してしまい、振動
子の破壊や信頼性の低下が生じてしまう。一方、ガス吸
着膜を厚くする方法では、ガスセンサの発振が不安定と
なったり、仮に安定に発振した場合であっても通常の動
作温度より低い温度領域でしか発振せず、測定を繰り返
しているうちにガス吸着膜がひび割れたり剥離すること
もあった。このためガスセンサの特性は不安定で再現性
が悪く、長期間に渡り検出精度を確保することが困難で
あった。
Therefore, as a method of increasing the sensitivity of the gas sensor, from the above formula (1), a method of increasing the oscillation frequency of the crystal resonator and a method of thickening the gas adsorption film can be considered. However, in order to increase the oscillation frequency, the thickness of the quartz crystal diaphragm must be made thinner, but if it is made thinner, the mechanical strength of the resonator itself will decrease, causing damage to the resonator and lowering its reliability. Will end up. On the other hand, in the method of thickening the gas adsorption film, the oscillation of the gas sensor becomes unstable, or even if it oscillates stably, it oscillates only in the temperature range lower than the normal operating temperature, and the measurement is repeated. The gas adsorption film sometimes cracked or peeled off. Therefore, the characteristics of the gas sensor are unstable and poor in reproducibility, and it is difficult to secure the detection accuracy for a long period of time.

【0028】ところで、上述したように、上記ガスセン
サの用途としては、装置内部で発生するガスを検出する
ことであるが、装置外部に取り出して検出する場合、通
常は、装置の構成が単純なフロースルー方式が用いられ
る。
By the way, as described above, an application of the gas sensor is to detect a gas generated inside the device. However, when the gas is taken out from the device and detected, the flow of the device is usually simple. The through method is used.

【0029】図18は、フロースルー方式でガスの切り
替えを行うガス検出装置の構成を示す図である。なお、
図16と同一部分には同一符号を付してある。
FIG. 18 is a diagram showing the structure of a gas detection device for switching gases by a flow-through method. In addition,
The same parts as those in FIG. 16 are designated by the same reference numerals.

【0030】図18において、このガス検出装置は、セ
ンサ容器25に図14に示すガスセンサ23を設け、電
磁弁35aと35bにより標準ガスタンク37と被検ガ
スタンク39を切り替え、フィルター41a,41bで
微粒子を除いた後、ガス圧を圧力調整器43で一定に
し、センサ容器25に交互に流し、標準ガスと被検ガス
によるガスセンサ23の発振周波数変化の差を、発振回
路27と周波数測定器29により検出信号として測定
し、検出信号の変化曲線の勾配の大きさから被検ガスに
含まれる分解ガスの濃度を検出する装置である。
In FIG. 18, this gas detecting apparatus is provided with the gas sensor 23 shown in FIG. 14 in the sensor container 25, the standard gas tank 37 and the test gas tank 39 are switched by the electromagnetic valves 35a and 35b, and the particulates are filtered by the filters 41a and 41b. After the removal, the gas pressure is made constant by the pressure regulator 43 and alternately flowed in the sensor container 25, and the difference in oscillation frequency change of the gas sensor 23 between the standard gas and the test gas is detected by the oscillation circuit 27 and the frequency measuring instrument 29. It is an apparatus which measures as a signal and detects the concentration of the decomposition gas contained in the test gas from the magnitude of the gradient of the change curve of the detection signal.

【0031】次に、このガス検出装置の測定動作につい
て図14及び図18を参照して説明する。
Next, the measuring operation of this gas detector will be described with reference to FIGS. 14 and 18.

【0032】まず、標準ガスをセンサ容器25に流しな
がらガスセンサ23の温度を約400℃に昇温させ、ガ
ス吸着膜5a、5bに吸着したガスを脱離させる。
First, the temperature of the gas sensor 23 is raised to about 400 ° C. while flowing the standard gas into the sensor container 25, and the gas adsorbed on the gas adsorption films 5a and 5b is desorbed.

【0033】次に、昇温を停止してガスセンサ23の温
度の降温を開始し、一定時間経過後、降温させながら周
波数変化(基準変化)を測定する。
Next, the temperature rise is stopped, the temperature of the gas sensor 23 is started to be lowered, and after a certain period of time, the frequency change (reference change) is measured while the temperature is being lowered.

【0034】次に、再度、ガスセンサ23の温度を約4
00℃まで昇温させてガス吸着膜5a、5bに吸着した
ガスを脱離させる。
Next, the temperature of the gas sensor 23 is set to about 4 again.
The temperature is raised to 00 ° C. to desorb the gas adsorbed on the gas adsorption films 5a and 5b.

【0035】次に、昇温を停止してガスセンサ23の温
度の降温を開始し、一定時間経過後、電磁弁33から電
磁弁35に切り替えて被検ガスを流し、降温させながら
周波数変化(応答変化)を測定する。
Next, the temperature rise is stopped and the temperature of the gas sensor 23 is started to be lowered. After a certain period of time, the electromagnetic valve 33 is switched to the electromagnetic valve 35 to flow the test gas, and the frequency is changed while the temperature is lowered (response). Change).

【0036】最後に、このようにして得られた標準ガス
と被検ガスに対する周波数変化の差から被検ガスに対す
る応答曲線を求め、応答曲線の傾きを被検ガスの濃度に
対する検出信号として得る。
Finally, a response curve to the test gas is obtained from the difference in frequency change between the standard gas and the test gas thus obtained, and the slope of the response curve is obtained as a detection signal for the concentration of the test gas.

【0037】図19は、標準ガスと被検ガスを流した場
合の発振周波数の変化を示す図であり、ここでは、ガス
センサのガス吸着膜として酸化錫、標準ガスとしてSF
6 、被検ガスとしてSOF2 (10ppm)とした場合
である。図19から明らかなように、時間経過とともに
揺らぎは少なくはなるが、各々不規則に周波数がゆらい
でおり、これらの周波数の差を正確に求め、しかも得ら
れた応答曲線から勾配を読み取るのは事実上困難である
ことがわかる(図20参照)。これは高濃度ガスの場合
も同様で、濃度が高くなるに連れて応答曲線の勾配は速
く立ち上がるようになるため、図19の様にガスを切り
替えた時に周波数がゆらいでいると応答曲線の勾配を正
確に読み取ることはできない。
FIG. 19 is a diagram showing changes in the oscillation frequency when the standard gas and the test gas are flowed. Here, tin oxide is used as the gas adsorption film of the gas sensor and SF is used as the standard gas.
6 , when SOF 2 (10 ppm) was used as the test gas. As is clear from FIG. 19, the fluctuations decrease with the passage of time, but the frequencies fluctuate irregularly, and the difference between these frequencies is accurately determined, and the slope is read from the obtained response curve. It turns out to be practically difficult (see FIG. 20). This is also the case with high-concentration gas, and the slope of the response curve rises faster as the concentration increases, so if the frequency fluctuates when the gas is switched as shown in FIG. 19, the slope of the response curve will increase. Can not be read accurately.

【0038】周波数がゆらぐ理由としては、温度と機械
的歪みの影響が考えられる。上記m(1)式は、温度を
一定とし外力が加わらない場合に成立する式であり、従
来の水晶振動子式ガスセンサでは、室温領域で温度によ
る変化が少なくなるように作製された市販品を用いてい
るため、ガスをフローさせても、周波数の揺らぎは少な
く無視できる。しかし、本発明者らが提案するガスセン
サでは、水晶振動子を室温よりかなり高い温度領域で動
作させるため、共振周波数は実際には下記(2)式に従
って大きく変化する。
The reason why the frequency fluctuates is considered to be the influence of temperature and mechanical strain. The above m (1) expression is an expression that holds when the temperature is constant and no external force is applied. In the conventional crystal oscillator gas sensor, a commercially available product that is manufactured so as to have a small change due to temperature in the room temperature range is used. Since it is used, even if the gas is made to flow, the frequency fluctuation is small and can be ignored. However, in the gas sensor proposed by the present inventors, since the crystal resonator is operated in a temperature range considerably higher than room temperature, the resonance frequency actually greatly changes according to the following equation (2).

【0039】[0039]

【数2】 (fT −fTo)/fTo=A(T−T0 ) +B(T−T0 2 +C(T−T0 3 …(2) ここで、T0 は基準温度、Tは任意の温度、fT0はT0
℃での共振周波数、fTはT℃での共振周波数、Aは水
晶振動子の切り出し方位により決まる1次の温度係数、
Bは2次の温度係数、Cは3次の温度係数とする。
[Number 2] (f T -f To) / f To = A (T-T 0) + B (T-T 0) 2 + C (T-T 0) 3 ... (2) where, T 0 is a reference temperature , T is an arbitrary temperature, f T0 is T 0
Resonance frequency in ° C, f T is the resonance frequency in T ° C, A is the first-order temperature coefficient determined by the crystal orientation of the crystal unit,
B is a second-order temperature coefficient, and C is a third-order temperature coefficient.

【0040】一方、機械的歪みの影響に関しては、水晶
振動子自体のガス圧変化による共振周波数の変化は比較
的小さいが、図14及び図15に示すように水晶振動板
1を2点のみで支持しているため、水晶振動板1に垂直
に圧力が加わったときは水晶振動板1は歪み、共振周波
数は下記(3)式に示すように圧力に依存して変化する
と考えられる。
On the other hand, regarding the influence of the mechanical strain, the change of the resonance frequency due to the change of the gas pressure of the crystal resonator itself is relatively small, but as shown in FIGS. 14 and 15, the crystal diaphragm 1 has only two points. Since it is supported, it is considered that when a pressure is applied vertically to the crystal diaphragm 1, the crystal diaphragm 1 is distorted and the resonance frequency changes depending on the pressure as shown in the following formula (3).

【0041】[0041]

【数3】 Δf=Kf・F・f2 ・η/(n・D) …(3) ここで、Kfは応力感度係数、nはオーバートーン次
数、Dは水晶振動子の直径、fは共振周波数、Δfは共
振周波数の変化量、Fは加圧力、ηは係数とする。
Δf = Kf · F · f 2 · η / (n · D) (3) where Kf is the stress sensitivity coefficient, n is the overtone order, D is the diameter of the crystal oscillator, and f is the resonance. The frequency, Δf is the amount of change in the resonance frequency, F is the pressing force, and η is a coefficient.

【0042】つまり、水晶振動子式ガスセンサは吸着ガ
スの重量変化を非常に高感度に検出するセンサである
が、同時に温度と機械的歪みにも高感度なのである。従
って、ガスをフローさせながら測定すると検出信号が不
規則に揺らぐため基準信号による補正精度が低下し、ガ
スの吸着による過渡的な周波数変化を正確に読み取れな
くなるという不具合があった。また、ガスの置換時間が
長いことから被検ガスの採取量、基準ガスの量とも多量
に必要であるため、小型の可搬型検出装置を実現するこ
とも困難であった。
That is, the crystal oscillator type gas sensor is a sensor for detecting the change in weight of the adsorbed gas with extremely high sensitivity, but at the same time, it is also highly sensitive to temperature and mechanical strain. Therefore, when the measurement is performed while the gas is flowing, the detection signal fluctuates irregularly, so that the correction accuracy by the reference signal is lowered, and it is impossible to accurately read the transient frequency change due to the adsorption of the gas. Moreover, since the gas replacement time is long, a large amount of sample gas and a large amount of reference gas are required, which makes it difficult to realize a small portable detection device.

【0043】[0043]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
図14に示すガスセンサでは、不活性ガスの分解ガスを
繰り返し再現性良く検出することはできるが、ガス絶縁
電気機器の絶縁機能を監視するにはその感度が十分では
なかった。
As described above,
The gas sensor shown in FIG. 14 can repeatedly detect the decomposition gas of the inert gas with good reproducibility, but its sensitivity is not sufficient to monitor the insulating function of the gas-insulated electrical equipment.

【0044】また、上記不具合を改善するガスセンサで
は、水晶振動板の厚みを薄くして発振周波数を高くする
方法にあっては水晶振動子の強度の低下に伴い信頼性の
低下が生じ、ガス吸着膜を厚くする方法にあってはガス
センサの特性が安定せず、検出精度を一定に保つことが
できなかった。
Further, in the gas sensor for improving the above problems, in the method of reducing the thickness of the crystal diaphragm to increase the oscillation frequency, the reliability is deteriorated as the strength of the crystal resonator is decreased, and the gas adsorption is reduced. In the method of thickening the film, the characteristics of the gas sensor were not stable and the detection accuracy could not be kept constant.

【0045】一方、図14に示すガスセンサを用いたフ
ロースルー方式のガス検出装置では、ガス流による温圧
変化によりガスセンサの発振周波数が不規則に変動し、
分解ガス濃度を正確に検出することができなかった。ま
た、ガスの置換に長時間かかってしまうので多くのガス
を必要とした。
On the other hand, in the flow-through type gas detector using the gas sensor shown in FIG. 14, the oscillation frequency of the gas sensor fluctuates irregularly due to temperature and pressure changes due to the gas flow,
The decomposition gas concentration could not be detected accurately. Further, since it takes a long time to replace the gas, a large amount of gas is required.

【0046】そこで、本発明は、上記に鑑みて成された
ものであり、その目的とするところは、不活性ガス中に
存在する低濃度の分解ガスを高感度かつ高精度に検出で
きるガス検出装置を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to detect a low-concentration decomposed gas existing in an inert gas with high sensitivity and high accuracy. To provide a device.

【0047】[0047]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、不活性ガス中に存在する該
不活性ガスの分解ガスを検出するガス検出装置におい
て、ガス吸着膜を形成した振動子の特性変化により前記
分解ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセンサを格
納し、分解ガスを含まない不活性ガスである標準ガスと
分解ガスを含む不活性ガスである被検ガスが交互に充填
されるセンサ容器と、前記振動子の特性変化により被検
ガスに含まれる分解ガス濃度を検出する制御手段とを有
し、前記センサ容器は、前記標準ガスと前記被検ガスを
同じ圧力・温度で前記ガスセンサに接触させる手段を具
備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a gas detection device for detecting a decomposition gas of an inert gas present in the inert gas. A gas sensor for detecting the decomposition gas by changing the characteristics of the oscillator formed, and the gas sensor is stored, the standard gas is an inert gas containing no decomposition gas and the test gas is an inert gas containing decomposition gas. It has a sensor container filled alternately and a control means for detecting the decomposition gas concentration contained in the test gas by the characteristic change of the oscillator, the sensor container is the same standard gas and the test gas It is characterized by comprising means for contacting the gas sensor with pressure and temperature.

【0048】請求項2記載の発明は、不活性ガス中に存
在する該不活性ガスの分解ガスを検出するガス検出装置
において、ガス吸着膜を形成した振動子の特性変化によ
り前記分解ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセン
サを格納し、分解ガスを含まない不活性ガスである標準
ガスと分解ガスを含む不活性ガスである被検ガスが交互
に充填されるセンサ容器と、前記標準ガスが充填されて
いる前記センサ容器に、さらに、前記被検ガスを充填す
る手段と、前記振動子の特性変化により被検ガスに含ま
れる分解ガス濃度を検出する制御手段とを有することを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the gas detection device for detecting the decomposition gas of the inert gas existing in the inert gas, the decomposition gas is detected by the characteristic change of the vibrator having the gas adsorption film. Gas sensor, a sensor container that stores the gas sensor and is alternately filled with a standard gas that is an inert gas that does not include a decomposition gas and a test gas that is an inert gas that includes a decomposition gas, and the standard gas is filled. The above-mentioned sensor container is further provided with a means for filling the test gas and a control means for detecting the decomposition gas concentration contained in the test gas based on the characteristic change of the oscillator.

【0049】上記請求項1又は2記載の発明の構成によ
れば、ガスの圧力差によるガスセンサの不規則な周波数
変動を除くことにより、分解ガスの吸着による周波数変
化のみを検出することができる。
According to the configuration of the invention described in claim 1 or 2, by eliminating the irregular frequency fluctuation of the gas sensor due to the pressure difference of the gas, it is possible to detect only the frequency change due to the adsorption of the decomposed gas.

【0050】ここで、ガス吸着膜の膜厚は、0.01〜
1μm程度の場合に特に良好な特性を得ることができ
る。
Here, the film thickness of the gas adsorption film is from 0.01 to
Particularly good characteristics can be obtained when the thickness is about 1 μm.

【0051】振動子としては、水晶振動子、音叉振動
子、セラミック圧電振動子、単結晶シリコン又は他結晶
シリコンと圧電性薄膜とを組み合わせて作製した振動子
などを用いることができる。
As the vibrator, a crystal vibrator, a tuning fork vibrator, a ceramic piezoelectric vibrator, a vibrator made of a combination of single crystal silicon or other crystal silicon and a piezoelectric thin film can be used.

【0052】ガス吸着膜として用いられる金属酸化物
は、高温安定性を示すものであれば特に限定されず、酸
化錫、酸化銅、酸化タングステン、酸化アルミニウム、
酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化コバルト、酸化ニッ
ケルなどが用いられる。
The metal oxide used as the gas adsorption film is not particularly limited as long as it exhibits high temperature stability, and tin oxide, copper oxide, tungsten oxide, aluminum oxide,
Zinc oxide, magnesium oxide, cobalt oxide, nickel oxide or the like is used.

【0053】ガス吸着膜の表面形状は、膜としての機械
的性質が振動子に影響を及ぼさず、かつ、ガスの吸着量
が最大となるように形成することが重要であり、基本的
には凹凸でありさえすればどのような形状でも構わない
が、凹部の幅が広いと膜の量が減少して感度低下をもた
らし、凸部の幅が狭く凹部の膜厚がゼロになると膜が剥
離したり被検ガスにより振動子が腐食する原因になるの
で、凹部の幅の下限は熱膨張により膜の端面が接触しな
い程度離れている必要があり、一方、凹部の膜厚は、用
いる振動子の共振周波数と凸部の幅によってはゼロにす
ることも可能ではあるが、一般的には機械的性質が振動
子に悪影響を及ぼさない0.05〜0.2μmとするこ
とが良好な特性を得るためには必要である。
It is important that the surface shape of the gas adsorption film is formed so that the mechanical properties of the film do not affect the oscillator and the gas adsorption amount is maximized. Any shape can be used as long as it is uneven, but if the width of the recess is wide, the amount of film decreases and the sensitivity decreases, and if the width of the projection is narrow and the film thickness of the recess becomes zero, the film peels off. Or the test gas may corrode the oscillator, so the lower limit of the width of the recess should be so large that the end faces of the film do not come into contact with each other due to thermal expansion, while the thickness of the recess depends on the oscillator used. Although it is possible to make it zero depending on the resonance frequency and the width of the convex portion, generally, a good characteristic is to set it to 0.05 to 0.2 μm, which does not adversely affect the oscillator due to its mechanical properties. It is necessary to get it.

【0054】ガス吸着量の変化は、振動子の発振周波数
の変化として検出するが、その他にも、例えばネットワ
ークアナライザー法などを用いてインピーダンス、イン
ダクタンスの変化として検出することも可能である。
The change in the amount of gas adsorbed is detected as a change in the oscillation frequency of the vibrator, but in addition to this, it is also possible to detect it as a change in impedance and inductance using, for example, the network analyzer method.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を用いて説明する。図1(a)は、本発明の第
1の実施の形態に係るガス検出装置の構成を示す図であ
り、このガス検出装置は、図14に示すガスセンサを用
いて、例えばガス絶縁遮断器(GIS)で発生した分解
ガスをオフラインで検出するものである。なお、従来例
と同一部分には同一符号を付してあり、また、ここで
は、被検ガスタンク29がGISに相当する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a gas detection device according to a first embodiment of the present invention. This gas detection device uses a gas sensor shown in FIG. GIS) is used to detect the decomposed gas generated off-line. The same parts as those in the conventional example are designated by the same reference numerals, and the gas tank 29 to be detected corresponds to the GIS here.

【0056】図1(a)において、このガス検出装置
は、センサ容器25(例えば内容積40cc程度)ガス
導入口に電磁弁45を設け、圧力調整器43とフィルタ
ー41a、41bを介して標準ガス又は被検ガスをセン
サ容器25内に導入できるように接続されている。ま
た、センサ容器25のガス排出口に電磁弁47を設け、
真空ポンプ49でセンサ容器25内部を真空引きできる
ように接続されている。
In FIG. 1 (a), this gas detecting device is provided with a solenoid valve 45 at a gas inlet of a sensor container 25 (for example, an internal volume of about 40 cc), and a standard gas is supplied via a pressure regulator 43 and filters 41a and 41b. Alternatively, it is connected so that the test gas can be introduced into the sensor container 25. Further, an electromagnetic valve 47 is provided at the gas outlet of the sensor container 25,
The vacuum pump 49 is connected so that the inside of the sensor container 25 can be evacuated.

【0057】また、検出制御回路51の入力端子には、
周波数測定器29の出力が接続され、発振回路27の出
力がモニタできるようになっている。さらに、検出制御
回路51には、電磁弁とポンプの駆動回路53、ヒータ
ー駆動回路55、記録装置57、表示装置59がそれぞ
れ接続されている。
Further, the input terminal of the detection control circuit 51 is
The output of the frequency measuring device 29 is connected so that the output of the oscillation circuit 27 can be monitored. Further, the detection control circuit 51 is connected to a drive circuit 53 for the solenoid valve and the pump, a heater drive circuit 55, a recording device 57, and a display device 59.

【0058】検出制御回路51は、予め不揮発性メモリ
(ROM)に記録された手順に基づいて基準クロックの
タイミングに従い周波数測定器29、電磁弁とポンプの
駆動回路53、ヒーター駆動回路55を制御し、周波数
測定器29のデータを記録装置57に記録し、記録した
データの処理結果を表示装置59に出力する。
The detection control circuit 51 controls the frequency measuring device 29, the solenoid valve and pump drive circuit 53, and the heater drive circuit 55 according to the timing of the reference clock based on the procedure recorded in advance in the non-volatile memory (ROM). The data of the frequency measuring device 29 is recorded in the recording device 57, and the processing result of the recorded data is output to the display device 59.

【0059】図1(b)は、上記センサ容器25内部の
概要を示す図である。図1(b)において、ガスセンサ
23はセンサ容器25内のセンサ室A内に配置されてお
り、センサ室Aは蓋61の上下によって開閉が可能であ
る。
FIG. 1B is a diagram showing an outline of the inside of the sensor container 25. In FIG. 1B, the gas sensor 23 is arranged in the sensor chamber A inside the sensor container 25, and the sensor chamber A can be opened and closed by the upper and lower sides of the lid 61.

【0060】次に、この検出装置を用いてGIS内部の
ガスを取り出し検出する方法について図1及び図14を
参照して説明する。
Next, a method for extracting and detecting the gas inside the GIS using this detection device will be described with reference to FIGS. 1 and 14.

【0061】まず、検出制御回路51が電磁弁とポンプ
の駆動回路53に制御信号を出力すると、最初に真空ポ
ンプ49が排気動作を始め、次に電磁弁45が開き、配
管系、センサ容器25の排気を開始する。尚、このと
き、センサ室Aは開けられている。
First, when the detection control circuit 51 outputs a control signal to the drive circuit 53 for the solenoid valve and the pump, the vacuum pump 49 first starts the evacuation operation, then the solenoid valve 45 opens, and the piping system and the sensor container 25. Start exhausting. At this time, the sensor chamber A is opened.

【0062】所定時間、配管系、センサ容器25を排気
し、電磁弁45が閉じ、真空ポンプ49が停止すると排
気動作が終了する。
When the piping system and the sensor container 25 are exhausted for a predetermined time, the electromagnetic valve 45 is closed, and the vacuum pump 49 is stopped, the exhaust operation is completed.

【0063】次に、電磁弁35aが開き、標準ガスタン
ク37の標準ガス(SF6 )がセンサ容器25に所定の
圧力になるまで充填された後、電磁弁35aが閉じ充填
を終了する。
Next, the solenoid valve 35a is opened, the standard gas (SF 6 ) in the standard gas tank 37 is filled into the sensor container 25 until a predetermined pressure is reached, and then the solenoid valve 35a is closed to complete the filling.

【0064】次に、蓋61を下げてセンサ室Aを閉じる
と、ヒーター駆動回路55によりガスセンサ23のヒー
ター17a,17bに通電が始まり、水晶振動子板1等
の素子の温度が上昇する。
Next, when the lid 61 is lowered to close the sensor chamber A, the heater drive circuit 55 starts energizing the heaters 17a and 17b of the gas sensor 23, and the temperature of the element such as the crystal oscillator plate 1 rises.

【0065】次に、所定の温度に到達したら、通電を停
止し、所定の時間素子を放冷する。その後、周波数測定
器29によりガスセンサ23の発振周波数変化の測定を
開始し、続いて蓋61を上げてセンサ室Aを開き、一定
時間発振周波数(基準変化)を測定する。この時、セン
サ室Aとセンサ室A以外の空間とは同一の圧力となって
いるので、ガスの圧力差によるガスセンサの不規則な周
波数変化を除くことができ、基準ガス雰囲気での周波数
変化のみを検出できる。
Next, when the temperature reaches a predetermined temperature, the energization is stopped and the element is allowed to cool for a predetermined time. After that, the measurement of the oscillation frequency change of the gas sensor 23 is started by the frequency measuring device 29, then the lid 61 is lifted to open the sensor chamber A, and the oscillation frequency (reference change) is measured for a certain period of time. At this time, since the sensor chamber A and the space other than the sensor chamber A have the same pressure, the irregular frequency change of the gas sensor due to the pressure difference of the gas can be eliminated, and only the frequency change in the reference gas atmosphere can be eliminated. Can be detected.

【0066】次に、真空ポンプ49が排気動作を始め、
続いて電磁弁45が開き、配管系、センサ容器25の排
気を開始する。このときセンサ室Aは開けられている。
Next, the vacuum pump 49 starts the evacuation operation,
Then, the solenoid valve 45 is opened to start exhausting the piping system and the sensor container 25. At this time, the sensor room A is opened.

【0067】所定時間、配管系、センサ容器25を排気
し、電磁弁45が閉じ、真空ポンプ49が停止すると排
気動作が終了する。
When the piping system and the sensor container 25 are exhausted for a predetermined time, the electromagnetic valve 45 is closed, and the vacuum pump 49 is stopped, the exhaust operation is completed.

【0068】次に、電磁弁35aが開き、標準ガスタン
ク37の標準ガス(SF6 )がセンサ容器25に所定の
圧力になるまで充填された後、電磁弁35aが閉じた
後、蓋61を下げて充填を終了する。
Next, the solenoid valve 35a is opened, the standard gas (SF 6 ) in the standard gas tank 37 is filled into the sensor container 25 until a predetermined pressure is reached, and then the solenoid valve 35a is closed and the lid 61 is lowered. To complete the filling.

【0069】次に、真空ポンプ49が排気動作を始め、
続いて電磁弁45が開き、配管系、センサ容器25の排
気を開始する。このときセンサ室Aは閉じられている。
Next, the vacuum pump 49 starts the evacuation operation,
Then, the solenoid valve 45 is opened to start exhausting the piping system and the sensor container 25. At this time, the sensor chamber A is closed.

【0070】所定時間、配管系、センサ容器25を排気
し、電磁弁45が閉じ、真空ポンプ49が停止すると排
気動作が終了する。
When the piping system and the sensor container 25 are exhausted for a predetermined time, the electromagnetic valve 45 is closed, and the vacuum pump 49 is stopped, the exhaust operation is completed.

【0071】次に、電磁弁35bが開き、被検ガスタン
ク39の被検ガス(SF6 とSOF2 )がセンサ容器2
5に所定の圧力になるまで充填された後、電磁弁35b
が閉じ充填を終了する。
Next, the solenoid valve 35b is opened, and the test gas (SF 6 and SOF 2 ) in the test gas tank 39 is transferred to the sensor container 2.
5 is filled up to a predetermined pressure, and then the solenoid valve 35b
Closes and the filling is completed.

【0072】次に、センサ室Aを閉じたままでヒーター
駆動回路55によりガスセンサ23のヒーター17a,
17bに通電が始まり、素子の温度が上昇する。
Next, with the sensor chamber A kept closed, the heater driving circuit 55 drives the heater 17a of the gas sensor 23,
Energization of 17b starts and the temperature of the element rises.

【0073】次に、所定の温度に到達したら、通電を停
止し、所定の時間素子を放冷する。その後、周波数測定
器29によりガスセンサ23の発振周波数変化の測定を
開始し、続いて蓋61を上げてセンサ室Aを開き、一定
時間発振周波数(応答変化)を測定する。この時、セン
サ室Aとセンサ室A以外の空間とは同一の圧力となって
いるので、ガスの圧力差によるガスセンサの不規則な周
波数変化を除くことができ、被検ガス雰囲気(基準ガス
とSOF2 )での周波数変化のみを検出できる。
Next, when a predetermined temperature is reached, the power supply is stopped and the element is left to cool for a predetermined time. After that, the measurement of the oscillation frequency change of the gas sensor 23 is started by the frequency measuring device 29, then the lid 61 is lifted to open the sensor chamber A, and the oscillation frequency (response change) is measured for a certain period of time. At this time, since the sensor chamber A and the space other than the sensor chamber A have the same pressure, the irregular frequency change of the gas sensor due to the gas pressure difference can be eliminated, and the test gas atmosphere (reference gas and Only the frequency change in SOF 2 ) can be detected.

【0074】最後に、記録装置57に記録された周波数
データが検出制御回路51に取り込まれ、標準ガスと被
検ガスに接触させた時の周波数データの差を演算した
後、被検ガスによる周波数の応答曲線の勾配を検出信号
として求め、予め測定しておいた基本データ(検量線デ
ータ)と比較して濃度に変換し、表示装置59に表示す
る。なお、必要に応じて以上の検出動作を繰り返す。
Finally, the frequency data recorded in the recording device 57 is taken into the detection control circuit 51, and the difference between the frequency data when the standard gas and the test gas are brought into contact with each other is calculated. The slope of the response curve is obtained as a detection signal, compared with basic data (calibration curve data) measured in advance, converted into a concentration, and displayed on the display device 59. The above detection operation is repeated as necessary.

【0075】以上の動作により、GIS内においてSO
2 の濃度が所望の濃度となるように放電させ、SF6
の分解ガスを繰り返し測定した。
With the above operation, the SO in the GIS
Electric discharge was performed so that the concentration of F 2 became a desired concentration, and SF 6
Was repeatedly measured.

【0076】図2は、上記ガス検出装置により評価し
た、標準ガスと被検ガスを流した場合の発振周波数の変
化を示す図である。図2から明らかなように、SF6
SF6の分解ガスともに、従来の図22に示したような
周波数の揺らぎはなく素直な変化を示しており、これら
の周波数の差を正確に求め、得られた応答曲線から勾配
を読み取ることが容易であることがわかる(図3参
照)。
FIG. 2 is a diagram showing changes in the oscillation frequency when the standard gas and the test gas were flown, which were evaluated by the gas detection device. As is clear from FIG. 2, SF 6 ,
Both the decomposition gas of SF 6 shows a straight change without the fluctuation of the frequency as shown in FIG. 22 of the related art, and the difference between these frequencies can be accurately obtained, and the slope can be read from the obtained response curve. It turns out to be easy (see FIG. 3).

【0077】図4は、分解ガス濃度と検出信号との関係
を調べた結果を示す図であり、1〜20ppmまでは、
ほぼ比例関係であることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing the result of examining the relationship between the decomposed gas concentration and the detection signal. From 1 to 20 ppm,
It can be seen that the relationship is almost proportional.

【0078】図5は、SOF2 の濃度が10ppmにな
るように放電させ、測定を繰り返した結果を示す図であ
り、初期的にはやや低めの濃度となるが、100回の測
定ではほぼ一定の濃度を示すことがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing the result of repeating the measurement by discharging so that the concentration of SOF 2 becomes 10 ppm. Although the concentration is slightly lower at the beginning, it is almost constant in 100 measurements. It can be seen that it indicates the concentration of.

【0079】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図6は、本発明の第2の実施の形態に係るガ
ス検出装置の構成を示す図である。なお、図1と同一部
分には同一符号が付してある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the gas detection device according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0080】図6において、このガス検出装置は、セン
サ容器25のガス導入口にフィルター41a、圧力調整
器63、電磁弁47aを介して標準ガスを、フィルター
41b、圧力調整器65、電磁弁47bを介して被検ガ
スをそれぞれ導入できるように接続されている。また、
センサ容器25のガス排出口に電磁弁45を設け、真空
ポンプ49でセンサ容器25内部を真空引きできるよう
に接続されている。
In FIG. 6, this gas detecting device is arranged such that the standard gas is supplied to the gas inlet of the sensor container 25 through the filter 41a, the pressure regulator 63 and the solenoid valve 47a, and the filter 41b, the pressure regulator 65 and the solenoid valve 47b. The test gas is connected to each of the test gases via the. Also,
An electromagnetic valve 45 is provided at the gas outlet of the sensor container 25, and is connected so that the inside of the sensor container 25 can be evacuated by a vacuum pump 49.

【0081】また、検出制御回路51の入力端子には、
周波数測定器29の出力が接続され、発振回路27の出
力がモニタできるようになっている。さらに、検出制御
回路51には、電磁弁とポンプの駆動回路53、ヒータ
ー駆動回路55、記録装置57、表示装置59がそれぞ
れ接続されている。
The input terminal of the detection control circuit 51 is
The output of the frequency measuring device 29 is connected so that the output of the oscillation circuit 27 can be monitored. Further, the detection control circuit 51 is connected to a drive circuit 53 for the solenoid valve and the pump, a heater drive circuit 55, a recording device 57, and a display device 59.

【0082】検出制御回路51は、予め不揮発性メモリ
(ROM)に記録された手順に基づいて基準クロックの
タイミングに従い周波数測定器29、電磁弁とポンプの
駆動回路53、ヒーター駆動回路55を制御し、周波数
測定器29のデータを記録装置57に記録し、記録した
データの処理結果を表示装置59に出力する。
The detection control circuit 51 controls the frequency measuring device 29, the solenoid valve and pump drive circuit 53, and the heater drive circuit 55 according to the timing of the reference clock based on the procedure recorded in advance in the non-volatile memory (ROM). The data of the frequency measuring device 29 is recorded in the recording device 57, and the processing result of the recorded data is output to the display device 59.

【0083】次に、この検出装置を用いてGIS内部の
ガスを取り出し検出する方法について図6及び図14を
参照して説明する。
Next, a method of extracting and detecting the gas inside the GIS using this detection device will be described with reference to FIGS. 6 and 14.

【0084】まず、検出制御回路51が電磁弁とポンプ
の駆動回路53に制御信号を出力すると、最初に真空ポ
ンプ49が排気動作を始め、次に電磁弁45,47a,
47b,36が開き、配管系、センサ容器25の排気を
開始する。
First, when the detection control circuit 51 outputs a control signal to the solenoid valve and pump drive circuit 53, the vacuum pump 49 first starts the evacuation operation, and then the solenoid valves 45, 47a,
47b and 36 are opened, and exhaust of the piping system and the sensor container 25 is started.

【0085】所定時間、配管系、センサ容器25を排気
し、電磁弁45,47bが閉じ、真空ポンプ49が停止
すると排気動作が終了する。
When the piping system and the sensor container 25 are evacuated for a predetermined time, the solenoid valves 45 and 47b are closed, and the vacuum pump 49 is stopped, the evacuation operation is completed.

【0086】次に、電磁弁35aが開き、標準ガスタン
ク37の標準ガス(SF6 )がセンサ容器25と電磁弁
35a,36,47bの間の配管にそれぞれ所定の圧力
になるまで充填された後、電磁弁35a,36,47a
が閉じ充填を終了する。
Next, the solenoid valve 35a is opened, and the standard gas (SF 6 ) in the standard gas tank 37 is filled into the pipes between the sensor container 25 and the solenoid valves 35a, 36, 47b until the respective pressures reach predetermined pressures. , Solenoid valves 35a, 36, 47a
Closes and the filling is completed.

【0087】次に、ヒーター駆動回路55によりガスセ
ンサ23のヒーター17a,17bに通電が始まり、水
晶振動子板1等の素子の温度が上昇する。
Next, the heater drive circuit 55 starts energizing the heaters 17a and 17b of the gas sensor 23, and the temperature of the element such as the crystal oscillator plate 1 rises.

【0088】次に、所定の温度に到達したら、通電を停
止し、所定の時間素子を放冷する。その後、周波数測定
器29によりガスセンサ23の発振周波数変化の測定を
開始し、続いて電磁弁35a,36,47bを開き、上
記標準ガスより高い圧力でセンサ容器25に再度標準ガ
ス(SF6 )を充填し、一定時間発振周波数(基準変
化)を測定する。この時、標準ガスが充填されているセ
ンサ容器25にさらに高圧の標準ガスを充填することに
なるので雰囲気に圧力変化を生じるが、その変化は短時
間なのでセンサの不規則な周波数変動を実効的に除くこ
とができ、標準ガスを充填した時の周波数変化のみを検
出することができる。測定が終了したら、電磁弁47
b,36,35aを閉じる。
Next, when the temperature reaches the predetermined temperature, the power supply is stopped and the element is allowed to cool for a predetermined time. After that, the measurement of the oscillation frequency change of the gas sensor 23 is started by the frequency measuring device 29, then the solenoid valves 35a, 36, 47b are opened, and the standard gas (SF 6 ) is again supplied to the sensor container 25 at a pressure higher than the standard gas. Fill and measure the oscillation frequency (reference change) for a certain period of time. At this time, since the sensor container 25 filled with the standard gas is filled with the higher-pressure standard gas, a pressure change occurs in the atmosphere, but since the change is a short time, it is possible to effectively perform the irregular frequency fluctuation of the sensor. It is possible to detect only the frequency change when the standard gas is filled. When the measurement is completed, the solenoid valve 47
b, 36, 35a are closed.

【0089】次に、真空ポンプ49が排気動作を始め、
続いて電磁弁45,47bが開き、再度、配管系、セン
サ容器25の排気を開始する。
Next, the vacuum pump 49 starts the evacuation operation,
Subsequently, the solenoid valves 45 and 47b are opened, and the exhaust of the piping system and the sensor container 25 is started again.

【0090】所定時間、配管系、センサ容器25を排気
し、電磁弁45,47bが閉じ、真空ポンプ49が停止
すると排気動作が終了する。
When the piping system and the sensor container 25 are exhausted for a predetermined time, the electromagnetic valves 45 and 47b are closed, and the vacuum pump 49 is stopped, the exhaust operation is completed.

【0091】次に、電磁弁35a,47aが開き、標準
ガスタンク37の標準ガス(SF6)がセンサ容器25
に所定の圧力になるまで充填され、続いて電磁弁35
a,47aが閉じ充填を終了する。
Next, the solenoid valves 35a and 47a are opened, and the standard gas (SF 6 ) in the standard gas tank 37 is transferred to the sensor container 25.
Is charged to a predetermined pressure and then the solenoid valve 35
a and 47a are closed to complete the filling.

【0092】次に、ヒーター駆動回路55によりガスセ
ンサ23のヒーター17a,17bに通電が始まり、素
子の温度が上昇する。
Next, the heater driving circuit 55 starts energizing the heaters 17a and 17b of the gas sensor 23, and the temperature of the element rises.

【0093】次に、所定の温度に到達したら、通電を停
止し、所定の時間素子を放冷する。その後、周波数測定
器29によりガスセンサ23の発振周波数変化の測定を
開始し、続いて35b,47bを開き、上記標準ガスよ
り高い圧力で被検ガス(SF6 +SOF2 )を充填し、
一定時間発振周波数(応答変化)を測定する。この時、
標準ガスが充填されているセンサ容器25にさらに高圧
の標準ガスを充填することになるので雰囲気の切り替え
が速やかに行われ、センサの不規則な周波数変動を実効
的に除くことができ、被検ガスを充填した時の周波数変
化のみを検出することができる。測定が終了したら35
b,47bを閉じる。
Next, when the temperature reaches the predetermined temperature, the power supply is stopped and the element is allowed to cool for a predetermined time. Thereafter, the measurement of the oscillation frequency change of the gas sensor 23 is started by the frequency measuring device 29, 35b and 47b are subsequently opened, and the test gas (SF 6 + SOF 2 ) is filled with a pressure higher than the standard gas,
Measure the oscillation frequency (response change) for a certain period of time. This time,
Since the sensor container 25 filled with the standard gas is filled with the higher-pressure standard gas, the atmosphere can be switched promptly, and the irregular frequency fluctuation of the sensor can be effectively eliminated, and the test object Only the frequency change when the gas is filled can be detected. 35 when the measurement is completed
Close b and 47b.

【0094】最後に、記録装置57に記録された周波数
データが検出制御回路51に取り込まれ、標準ガスと被
検ガスに接触させた時の周波数データの差を演算した
後、被検ガスによる周波数の応答曲線の勾配を検出信号
として求め、予め測定しておいた基本データ(検量線デ
ータ)と比較して濃度に変換し、表示装置59に表示す
る。なお、必要に応じて以上の検出動作を繰り返す。
Finally, the frequency data recorded in the recording device 57 is taken into the detection control circuit 51, and the difference between the frequency data when the standard gas and the test gas are brought into contact with each other is calculated. The slope of the response curve is obtained as a detection signal, compared with basic data (calibration curve data) measured in advance, converted into a concentration, and displayed on the display device 59. The above detection operation is repeated as necessary.

【0095】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図7(a)は、本発明の第3の実施の形態に
係るガスセンサのガス吸着膜の構成を示す図、図7
(b)は、従来のガスセンサのガス吸着膜の構成を示す
図であり、本発明の特徴は、ガス吸着膜に格子状の凹凸
を設けた点にある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7A is a diagram showing the configuration of the gas adsorption film of the gas sensor according to the third embodiment of the present invention, FIG.
(B) is a figure which shows the structure of the gas adsorption film of the conventional gas sensor, and the characteristic of this invention is that the lattice-shaped unevenness | corrugation was provided in the gas adsorption film.

【0096】図7(a)において、本実施の形態に係る
ガスセンサのガス吸着膜は、膜材料として酸化錫と酸化
タングステンを用い、電極3の突出部を除く水晶振動子
板1全面に膜厚0.1μmのガス吸着膜5があり、電極
3上にはさらに凹部の幅が約100μm、凹部の深さが
約0.4μmとなる格子状の溝を設けたガス吸着膜5が
形成されている。なお、図7(b)に示す従来のガスセ
ンサのガス吸着膜の膜厚は約0.4μmである。
In FIG. 7A, the gas adsorption film of the gas sensor according to the present embodiment uses tin oxide and tungsten oxide as film materials, and the film thickness is formed on the entire surface of the crystal resonator plate 1 excluding the protruding portions of the electrodes 3. There is a gas adsorption film 5 of 0.1 μm, and the gas adsorption film 5 is further formed on the electrode 3 with a grid-like groove having a recess width of about 100 μm and a recess depth of about 0.4 μm. There is. The film thickness of the gas adsorption film of the conventional gas sensor shown in FIG. 7B is about 0.4 μm.

【0097】以下に、図7(a)に示すガス吸着膜の形
成方法について説明する。ここで、ガス吸着膜の堆積を
CVD法、スパッタリング法、蒸着法、塗布法などで行
い、形状をマスクやエッチングにより決める方法もある
が、本実施の形態では比較的細かいパターンの形成が容
易で、かつプロセスが簡単であるレーザー加熱法を用い
た例について説明する。
The method of forming the gas adsorption film shown in FIG. 7A will be described below. Here, there is also a method in which the gas adsorption film is deposited by a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a coating method, or the like, and the shape is determined by a mask or etching, but in this embodiment, a relatively fine pattern can be easily formed. An example using the laser heating method, which is simple in process, will be described.

【0098】なお、上記レーザー加熱法では、金属酸化
膜を形成するために金属を含む有機化合物を塗布する第
1の工程と、前記塗布した有機化合物を選択的に加熱し
て金属または金属酸化物からなる薄膜とする第2の工程
と、前記有機化合物のうち未加熱部分を除去する第3の
工程と、第3の工程の後に加熱処理を施す工程とを用い
る。また、酸化錫の原料として、エチルヘキサン酸錫、
酸化タングステンの原料としてタングステンレジネート
を用いた。1層目と2層目で膜厚が異なることから、酸
化錫と酸化タングステン形成時の膜厚が1層目が0.1
μm、2層目が0.4μmとなるように、それぞれの原
料溶液をブタノールで希釈し用いる。
In the above laser heating method, the first step of applying an organic compound containing a metal to form a metal oxide film and the step of selectively heating the applied organic compound to form a metal or metal oxide. A second step of forming a thin film made of, a third step of removing an unheated portion of the organic compound, and a step of performing heat treatment after the third step. As a raw material for tin oxide, tin ethylhexanoate,
Tungsten resinate was used as a raw material of tungsten oxide. Since the film thickness is different between the first layer and the second layer, the film thickness when forming tin oxide and tungsten oxide is 0.1
Each raw material solution is diluted with butanol so that the second layer has a thickness of 0.4 μm.

【0099】まず、電極3を形成した水晶振動子板1全
面に1層目用の原料溶液をドロップ法により適量塗布
し、大気雰囲気中で20分間程度予備乾燥した後120
℃で約20分間乾燥する。
First, an appropriate amount of the raw material solution for the first layer is applied on the entire surface of the crystal resonator plate 1 on which the electrodes 3 are formed by the drop method, and preliminarily dried for about 20 minutes in the atmosphere, and then 120
Dry at ℃ for about 20 minutes.

【0100】次に、電極3の突出部を除く水晶振動子板
1全面にCO2 ガスレーザービーム(ビーム径50μm
mΦ、出力3W/sec、スキャン速度5cm/se
c)を照射して錫と錫の酸化物またはタングステンと酸
化タングステンの混在する薄膜に変化させる。
Next, a CO 2 gas laser beam (beam diameter 50 μm) was formed on the entire surface of the crystal resonator plate 1 excluding the protruding portions of the electrodes 3.
mΦ, output 3 W / sec, scan speed 5 cm / se
It is irradiated with c) to change into a thin film in which tin and tin oxide or tungsten and tungsten oxide are mixed.

【0101】次に、水晶振動板1をアセトンで洗浄して
未照射部の原料を除去した後、大気雰囲気中500℃で
30分間焼成する。
Next, the quartz crystal diaphragm 1 is washed with acetone to remove the raw material in the non-irradiated portion, and then baked at 500 ° C. for 30 minutes in the air atmosphere.

【0102】次に、電極3上に2層目用の原料溶液をド
ロップ法により適量塗布し、大気雰囲気中で20分間程
度予備乾燥した後120℃で約20分間乾燥する。
Next, an appropriate amount of the raw material solution for the second layer is applied on the electrode 3 by the drop method, preliminarily dried in the atmosphere for about 20 minutes, and then dried at 120 ° C. for about 20 minutes.

【0103】次に、図7(a)に示す溝の部分を避けて
電極上にCO2 ガスレーザービームを照射して錫と錫の
酸化物またはタングステンと酸化タングステンの混在す
る薄膜に変化させる。なお、図7(b)に示すガス吸着
膜を形成する場合には、水晶振動子1全面にレーザービ
ームを照射する。
Next, a CO 2 gas laser beam is irradiated onto the electrode while avoiding the groove portion shown in FIG. 7A to change it into a thin film in which tin and tin oxide or tungsten and tungsten oxide are mixed. When forming the gas adsorption film shown in FIG. 7B, a laser beam is applied to the entire surface of the crystal unit 1.

【0104】最後に、水晶振動板1をアセトンで洗浄し
て未照射部の原料を除去した後、大気雰囲気中500℃
で30分間焼成する。
Finally, the quartz crystal diaphragm 1 was washed with acetone to remove the raw material in the non-irradiated area, and then the atmosphere was kept at 500 ° C. in the atmosphere.
Bake for 30 minutes.

【0105】以上のようにしてガス吸着膜5を形成した
水晶振動子板1に、通常の手順に従ってリード線を形成
してヒーターと共にシステムに溶接実装しガスセンサを
作製する。
A gas sensor is manufactured by forming lead wires on the quartz resonator plate 1 on which the gas adsorption film 5 is formed as described above according to a usual procedure, and welding and mounting the lead wire together with the heater on the system.

【0106】図8は、上述した方法により作製したガス
センサの発振周波数変化−温度特性を示す図であり、S
6 中で発振させながらヒーター電圧を徐々に上げて行
き発振が停止する直前の周波数を測定した結果である。
図8から明らかなように、酸化錫に溝を設けないガスセ
ンサは6.2Vを越えると発振が停止したが、溝を設け
たガスセンサはガス吸着膜が厚いにもかかわらず7V近
くまで安定に発振した。
FIG. 8 is a diagram showing an oscillation frequency change-temperature characteristic of the gas sensor manufactured by the above method.
This is the result of measuring the frequency immediately before the oscillation was stopped by gradually raising the heater voltage while oscillating in F 6 .
As is clear from FIG. 8, the gas sensor having no groove in tin oxide stopped oscillating when the voltage exceeded 6.2 V, but the gas sensor having the groove oscillated stably up to about 7 V although the gas adsorption film was thick. did.

【0107】一方、酸化タングステンの方も溝を設けた
ガスセンサは6.5Vまで安定に発振したが、溝を設け
ないガスセンサは5.5Vを過ぎると発振が停止した。
On the other hand, in the case of tungsten oxide, the gas sensor provided with the groove oscillated stably up to 6.5 V, but the gas sensor without the groove oscillated after 5.5 V.

【0108】図9は、上記ガス吸着膜(酸化錫膜)に溝
を設けたガスセンサと設けないガスセンサを、従来例で
示した図16のガス検出装置装置に用いて感度を評価し
た結果を示す図であり、シリンジ注入方式によりSOF
2 ガス1〜20ppmを5回づつ測定した時の検出信号
の変化である。
FIG. 9 shows the results of evaluating the sensitivity by using the gas sensor having a groove in the gas adsorption film (tin oxide film) and the gas sensor not having the groove in the gas detecting apparatus of FIG. 16 shown in the conventional example. It is a figure, SOF by a syringe injection method
It is the change of the detection signal when measuring 2 gases 1 to 20 ppm five times each.

【0109】図9から明らかなように、溝を設けないガ
スセンサは5〜20ppmで変化を示すが、10ppm
以下ではデータのバラツキが大きい。これに対し溝を設
けたガスセンサは高感度でデータのバラツキが小さく5
ppm以下の識別が十分可能な特性である。
As is apparent from FIG. 9, the gas sensor without the groove shows a change at 5 to 20 ppm, but 10 ppm
Below, there are large variations in the data. On the other hand, the gas sensor provided with the groove has high sensitivity and small variation in data.
This is a characteristic that enables identification of ppm or less.

【0110】ここで、上記図8、図9の結果は、周囲の
環境が一定した状態におけるSOF2 を検出したもので
あるので、次に、実際にSF6 の分解ガスを検出した結
果についても説明する。なお、ここでは、ガスセンサと
しては、上記図7(a)に示した形状の酸化錫膜を形成
したガスセンサを用いる。
Since the results shown in FIGS. 8 and 9 are obtained by detecting SOF 2 in a state where the surrounding environment is constant, the results obtained by actually detecting the decomposition gas of SF 6 are also shown below. explain. Here, as the gas sensor, a gas sensor having a tin oxide film having the shape shown in FIG. 7A is used.

【0111】図10は、上記ガスセンサの配置を示す断
面図であり、配管の一部にガスセンサの収納室を設けた
構造の真空容器67内にガスセンサ23を設置し、ガス
センサ23の周囲に冷却加熱素子としてペルチェ素子6
9を、ヒーター近傍に温度センサとして熱電対71を実
装している。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the arrangement of the gas sensor. The gas sensor 23 is installed in a vacuum container 67 having a structure in which a gas sensor storage chamber is provided in a part of the pipe, and the periphery of the gas sensor 23 is cooled and heated. Peltier element 6 as an element
9, a thermocouple 71 is mounted near the heater as a temperature sensor.

【0112】図11は、図10に示すように配置された
上記ガスセンサを用いて、例えばガス絶縁遮断器(GI
S)で発生した分解ガスをオフラインを検出するガス装
置装置の一構成例を示す図である。図11において、こ
のガス検出装置は、真空容器67のガス導入口側に標準
ガスのSF6 を導くため、フィルター75a,電磁弁8
7a,圧力調整器77a,電磁弁82aを介した経路
と、フィルター75a,電磁弁87aを介した後、電磁
弁76,圧力調整器77b,電磁弁82bを迂回して充
填する経路を設ける。一方、GIS101のガスを真空
容器67のガス導入口側に導くため、フィルター75
b,電磁弁87b,圧力調整器77b,電磁弁82bを
介して充填する経路を設ける。真空容器67の排気側に
電磁弁81,吸着剤83及び真空ポンプ85を設ける。
FIG. 11 shows, for example, a gas insulation circuit breaker (GI) using the gas sensor arranged as shown in FIG.
It is a figure which shows one structural example of the gas apparatus apparatus which detects the off-line of the decomposition gas generate | occur | produced in S). In FIG. 11, this gas detection device guides SF 6 of the standard gas to the gas introduction port side of the vacuum container 67, and therefore has a filter 75 a and a solenoid valve 8
7a, a pressure regulator 77a, and a solenoid valve 82a, and a route for bypassing and filling the solenoid valve 76, the pressure regulator 77b, and the solenoid valve 82b after the filter 75a and the solenoid valve 87a. On the other hand, in order to guide the gas of GIS101 to the gas inlet side of the vacuum container 67, the filter 75
b, a solenoid valve 87b, a pressure regulator 77b, and a solenoid valve 82b are provided to provide a filling path. An electromagnetic valve 81, an adsorbent 83, and a vacuum pump 85 are provided on the exhaust side of the vacuum container 67.

【0113】発振回路89により上記ガスセンサ23の
水晶振動子板の共振周波数の変化を電気信号に変換す
る。ガスセンサ23のヒーター17a,17b、熱電対
71及びペルチェ素子69はヒーター、ペルチェ素子駆
動回路90に接続され、検出制御回路93の信号により
ヒーターとペルチェ素子を駆動する。駆動回路91は検
出制御回路93の信号により電磁弁76,81,82
a,82b,87a,87b及び真空ポンプ85を駆動
する。検出制御回路93により発振回路89及び駆動回
路91を制御する。検出制御回路93に表示装置95及
び記録装置97を接続する。検出制御回路93には電源
99から電力を供給する。一方、ガス絶縁遮断器(GI
S)101のガス採取口には開閉弁103が設けられて
いる。そして、真空容器67のガス導入口とGIS10
1のガス採取口とをクイックジョイント105より接続
する。
The oscillation circuit 89 converts a change in the resonance frequency of the crystal oscillator plate of the gas sensor 23 into an electric signal. The heaters 17a and 17b, the thermocouple 71, and the Peltier element 69 of the gas sensor 23 are connected to the heater and Peltier element driving circuit 90, and drive the heater and the Peltier element by the signal of the detection control circuit 93. The drive circuit 91 uses the signals of the detection control circuit 93 to control the solenoid valves 76, 81, 82.
a, 82b, 87a, 87b and the vacuum pump 85 are driven. The detection control circuit 93 controls the oscillation circuit 89 and the drive circuit 91. The display device 95 and the recording device 97 are connected to the detection control circuit 93. Power is supplied from the power supply 99 to the detection control circuit 93. On the other hand, gas insulated circuit breaker (GI
An on-off valve 103 is provided at the gas sampling port of S) 101. Then, the gas inlet of the vacuum container 67 and the GIS 10
The gas sampling port 1 is connected from the quick joint 105.

【0114】検出制御回路93は予め不揮発性メモリ
(ROM)に記録された手順に基づき基準クロックのタ
イミングに従って駆動回路91に制御信号を出力し、駆
動回路91は個々の機器を駆動する。検出制御回路93
は、発振回路89からの出力と予め測定されROMに記
録された標準サンプルの検出データーと比較し、濃度信
号に変換し表示装置95,記録装置97へ出力する構成
になっており、ROMのデーターは標準サンプルを測定
することにより更新できる機能も備えている。
The detection control circuit 93 outputs a control signal to the drive circuit 91 in accordance with the timing of the reference clock based on the procedure recorded in advance in the non-volatile memory (ROM), and the drive circuit 91 drives each device. Detection control circuit 93
Is configured to compare the output from the oscillating circuit 89 with the detection data of the standard sample which is measured in advance and recorded in the ROM, converts it into a density signal and outputs it to the display device 95 and the recording device 97. Has a function that can be updated by measuring a standard sample.

【0115】このようなガス検出装置を用いて、SOF
2 の生成量がほぼ5ppmになる条件で放電分解させた
ガスを繰り返し検出した結果を図12に示す。図12
は、周囲温度が10℃と40℃の時に、センサの昇温時
到達温度400℃、降温時の冷却素子19の温度を20
℃として、検出を繰り返した時のガス上記検出装置の濃
度表示値の変化を示す図である。図12から明らかなよ
うに、100回の検出を行ってもほぼ一定の感度を示し
ており、本実施の形態に係るガスセンサが実際の分解ガ
スの検出においても有効であることを示している。
Using such a gas detector, SOF
FIG. 12 shows the results obtained by repeatedly detecting the gas decomposed by discharge under the condition that the amount of 2 produced was approximately 5 ppm. FIG.
When the ambient temperature is 10 ° C. and 40 ° C., the temperature reached by the sensor is 400 ° C. when the temperature is raised, and the temperature of the cooling element 19 when the temperature is lowered is
It is a figure which shows the change of the density | concentration display value of the said gas detection device when a detection is repeated as ° C. As is clear from FIG. 12, even if the detection is performed 100 times, the sensitivity is almost constant, which shows that the gas sensor according to the present embodiment is also effective in the actual detection of decomposed gas.

【0116】尚、本実施の形態においては、ガス吸着膜
の形状として図7(a)に示す格子状の溝を形成したも
のを示したが、図13(a)に示した渦巻き状の溝を形
成したもの、図13(b)に示した十字状の溝を形成し
たもの、図13(c)に示した同心円を十字で分割する
溝を形成したもの、図13(d)に示した電極面の中央
を窪ませた形状のものでも同様な効果が得られる。
In this embodiment, the shape of the gas adsorbing film has the lattice-shaped grooves shown in FIG. 7A, but the spiral grooves shown in FIG. 13A are shown. 13A, the cross-shaped groove shown in FIG. 13B, the groove dividing the concentric circle shown in FIG. 13C into crosses, and the groove shown in FIG. 13D. The same effect can be obtained even if the center of the electrode surface is recessed.

【0117】[0117]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不活性ガス中に存在する分解ガスを高感度かつ高精度に
検出することができる。
As described above, according to the present invention,
The decomposed gas existing in the inert gas can be detected with high sensitivity and high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るガ
ス検出装置の構成を示す図、(b)は、(a)に示すセ
ンサ容器25内部の概要を示す図である。
1A is a diagram showing a configuration of a gas detection device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an outline of an inside of a sensor container 25 shown in FIG. 1A. .

【図2】図1のガス検出装置により評価した、標準ガス
と被検ガスを流した場合の発振周波数の変化を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a change in oscillation frequency when a standard gas and a test gas are flown evaluated by the gas detection device of FIG.

【図3】図2の標準ガスと被検ガスを流した場合の発振
周波数の差を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a difference in oscillation frequency when a standard gas and a test gas in FIG. 2 are flown.

【図4】分解ガス濃度と検出信号との関係を調べた結果
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a result of examining a relationship between a decomposition gas concentration and a detection signal.

【図5】分解ガス(SOF2 )の濃度が10ppmにな
るように放電させ、測定を繰り返した結果を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a result of repeating measurement by discharging the decomposition gas (SOF 2 ) to a concentration of 10 ppm.

【図6】本発明の第2の実施の形態に係るガス検出装置
の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a gas detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)は、本発明の第3の実施の形態に係るガ
スセンサのガス吸着膜の構成を示す図、(b)は、従来
のガスセンサのガス吸着膜の構成を示す図である。
7A is a diagram showing a configuration of a gas adsorption film of a gas sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram showing a configuration of a gas adsorption film of a conventional gas sensor. .

【図8】図7(a)のガスセンサの発振周波数と温度の
関係を示す図である。
8 is a diagram showing the relationship between the oscillation frequency and temperature of the gas sensor of FIG. 7 (a).

【図9】図7(a)のガスセンサと図7(b)のガスセ
ンサの感度を評価した結果を示す図である。
9 is a diagram showing the results of evaluating the sensitivities of the gas sensor of FIG. 7 (a) and the gas sensor of FIG. 7 (b).

【図10】図7(a)のガスセンサを説明するための図
である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the gas sensor of FIG. 7 (a).

【図11】図7(a)のガスセンサを用いて、例えばガ
ス絶縁遮断器(GIS)で発生した分解ガスをオフライ
ンで検出するガス検出装置の一構成例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of a gas detection device that uses the gas sensor of FIG. 7A to detect decomposed gas generated in, for example, a gas insulated circuit breaker (GIS) offline.

【図12】周囲温度が10℃と40℃の時に、センサの
昇温時到達温度400℃、降温時の冷却素子19の温度
を20℃として、検出を繰り返した時の図11のガス検
出装置の濃度表示値の変化を示す図である。
FIG. 12 is a gas detection device of FIG. 11 when detection is repeated when the ambient temperature is 10 ° C. and 40 ° C., when the temperature reached by the sensor is 400 ° C. and the temperature of the cooling element 19 during temperature decrease is 20 ° C. FIG. 6 is a diagram showing changes in the density display value of FIG.

【図13】図7(a)のガス吸着膜の形状の他の例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing another example of the shape of the gas adsorption film of FIG.

【図14】本発明者らの発明に係る特願平6−5511
号で提案した水晶振動子式ガスセンサの構成を示す断面
図である。
FIG. 14 Japanese Patent Application No. 6-5511 relating to the invention of the present inventors.
2 is a cross-sectional view showing the configuration of a crystal resonator type gas sensor proposed in No.

【図15】図14の水晶振動子板1などの素子の平面図
である。
15 is a plan view of an element such as the crystal resonator plate 1 of FIG.

【図16】図14のガスセンサを用いたガス検出装置の
構成を示す図である。
16 is a diagram showing a configuration of a gas detection device using the gas sensor of FIG.

【図17】分解ガス(SOF2 )濃度が0ppm及び2
0ppmの場合における発振周波数の変化の評価結果を
示す図である。
FIG. 17: Decomposition gas (SOF 2 ) concentration is 0 ppm and 2
It is a figure which shows the evaluation result of the change of the oscillation frequency in the case of 0 ppm.

【図18】フロースルー方式でガスの切り替えを行うガ
ス検出装置の構成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a gas detection device that switches gases by a flow-through method.

【図19】標準ガスと被検ガスを流した場合の発振周波
数の変化を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing changes in oscillation frequency when a standard gas and a test gas are flown.

【図20】図19の標準ガスと被検ガスを流した場合の
発振周波数の差を示す図である。
20 is a diagram showing a difference in oscillation frequency when the standard gas and the test gas in FIG. 19 are flown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水晶振動子板 3、3a、3b 電極 5、5a、5b ガス吸着膜 7a、7b 導電性ペースト 9a、9b リード線 11 支持台 13a、13b、13c、13d リードピン 15 支持用リードフレーム 17a、17b セラミックヒーター 19 保護ネット 21 キャップ 23 ガスセンサ 25 センサ容器 27、89 発振回路 29 周波数測定器 31 ガスボンベ 33 シリンジ 35a、35b、45、47、76、81、87a、8
7b、82a、82b電磁弁 37、79 標準ガスタンク 39 被検ガスタンク 41、75 フィルター 43、63、65、77 圧力調整器 49、85 真空ポンプ 51、93 検出制御回路 53、91 電磁弁とポンプの駆動回路 55 ヒーター駆動回路 57、97 記録回路 59、95 表示回路 61 蓋 67、73 真空容器 69 ペルチェ素子 71 熱電対 83 吸着剤 90 ヒーターとペルチェ素子の駆動回路 99 電源 101 ガス絶縁遮断器(GIS) 103 開閉弁 105 クイックジョイント
1 Crystal oscillator plate 3, 3a, 3b Electrode 5, 5a, 5b Gas adsorption film 7a, 7b Conductive paste 9a, 9b Lead wire 11 Support stand 13a, 13b, 13c, 13d Lead pin 15 Support lead frame 17a, 17b Ceramic Heater 19 Protective net 21 Cap 23 Gas sensor 25 Sensor container 27, 89 Oscillation circuit 29 Frequency measuring instrument 31 Gas cylinder 33 Syringe 35a, 35b, 45, 47, 76, 81, 87a, 8
7b, 82a, 82b Solenoid valve 37, 79 Standard gas tank 39 Test gas tank 41, 75 Filter 43, 63, 65, 77 Pressure regulator 49, 85 Vacuum pump 51, 93 Detection control circuit 53, 91 Solenoid valve and pump drive Circuit 55 Heater drive circuit 57, 97 Recording circuit 59, 95 Display circuit 61 Lid 67, 73 Vacuum container 69 Peltier element 71 Thermocouple 83 Adsorbent 90 Heater and Peltier element drive circuit 99 Power supply 101 Gas insulation breaker (GIS) 103 Open / close valve 105 quick joint

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不活性ガス中に存在する該不活性ガスの
分解ガスを検出するガス検出装置において、 ガス吸着膜を形成した振動子の特性変化により前記分解
ガスを検出するガスセンサと、 前記ガスセンサを格納し、分解ガスを含まない不活性ガ
スである標準ガスと分解ガスを含む不活性ガスである被
検ガスが交互に充填されるセンサ容器と、前記振動子の
特性変化により被検ガスに含まれる分解ガス濃度を検出
する制御手段とを有し、 前記センサ容器は、前記標準ガスと前記被検ガスを同じ
圧力・温度で前記ガスセンサに接触させる手段を具備す
ることを特徴とするガス検出装置。
1. A gas detection device for detecting a decomposition gas of an inert gas existing in an inert gas, comprising: a gas sensor for detecting the decomposition gas by a characteristic change of a vibrator having a gas adsorption film; and the gas sensor. And a sensor container that is alternately filled with a standard gas that is an inert gas that does not include a decomposition gas and a test gas that is an inert gas that includes a decomposition gas; And a control means for detecting the concentration of decomposed gas contained therein, wherein the sensor container comprises means for bringing the standard gas and the test gas into contact with the gas sensor at the same pressure and temperature. apparatus.
【請求項2】 不活性ガス中に存在する該不活性ガスの
分解ガスを検出するガス検出装置において、 ガス吸着膜を形成した振動子の特性変化により前記分解
ガスを検出するガスセンサと、 前記ガスセンサを格納し、分解ガスを含まない不活性ガ
スである標準ガスと分解ガスを含む不活性ガスである被
検ガスが交互に充填されるセンサ容器と、 前記標準ガスが充填されている前記センサ容器に、さら
に、前記被検ガスを充填する手段と、 前記振動子の特性変化により被検ガスに含まれる分解ガ
ス濃度を検出する制御手段とを有することを特徴とする
ガス検出装置。
2. A gas detection device for detecting a decomposition gas of the inert gas existing in the inert gas, the gas sensor detecting the decomposition gas by a characteristic change of a vibrator having a gas adsorption film, and the gas sensor. And a sensor container in which a standard gas that is an inert gas that does not include a decomposition gas and a test gas that is an inert gas that includes a decomposition gas are alternately filled, and the sensor container that is filled with the standard gas In addition, the gas detection device further comprises means for filling the test gas, and control means for detecting the concentration of the decomposed gas contained in the test gas by changing the characteristic of the oscillator.
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