JPH11223614A

JPH11223614A - 接触燃焼式可燃ガスセンサ

Info

Publication number: JPH11223614A
Application number: JP10026147A
Authority: JP
Inventors: Masato Maeda; 眞人前田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp; Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Current assignee: Yokogawa Electric Corp; Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17
Also published as: GB2334105A; GB9901242D0

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒の安定化を図ると共に精度が高く長時間
使用が可能な接触燃焼式可燃ガスセンサを提供する。【解決手段】測定素子と比較素子を有する接触燃焼式
可燃ガスセンサにおいて、前記測定素子に触媒を付着さ
せる際は織布または不織布を介して付着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触燃焼式可燃ガ
スセンサに関し、センサの精度向上とコストの低減およ
び長寿命化を図った接触燃焼式可燃ガスセンサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来市販されている接触燃焼式可燃性ガ
ス検出器としては、白金細線をフィラメント状に加工し
このフィラメント部分をアルミナ等で被覆し、更にその
被覆層の表面に酸化触媒を付着させた構造のものがあ
る。この素子を用いた可燃性ガス検知装置は一対の白金
細線フィラメントと、これに抵抗値の概略等しい２個の
抵抗とでホィートストンブリッジを構成する。

【０００３】１対の白金細線フィラメントの一方を可燃
性ガス検知素子とし、他方を比較素子として使用する。
比較素子は可燃性ガスに接触したときに温度上昇しない
ように酸化触媒をもたないか、または酸化触媒を有する
ときにはその酸化触媒上に可燃性ガスが到達しないよう
に密閉構造とされている。そして、１対のフィラメント
に電流を流して素子の温度を２００〜５００℃の範囲内
に保持する。可燃性ガスが存在しないとき、ブリッジが
平衡を保つように予め抵抗を調整しておく。

【０００４】測定素子に可燃性ガスが接触することによ
ってガスが燃焼し、この素子の温度が上昇すると測定素
子の抵抗値が増加し、ブリッジの平衡が破れて電位差が
発生する。しかし、このような構成のものは測定素子と
比較素子の均一性を得るのが難しいという問題があっ
た。

【０００５】その問題点を解決したものとして、耐熱性
絶縁基板上に薄膜または厚膜方式で白金膜を形成し、こ
の薄膜上に耐熱性絶縁膜を形成し触媒となる物質を付着
させたものもある。このような素子は同一特性の測定素
子と比較素子を同時に多数作製することができ、量産性
に優れている。このことは、接触燃焼式ガス検出装置に
とって必要な一対の素子の特性をそろえることにも優れ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の検出装置では、耐熱性絶縁膜上に触媒を直接形成し
ているため触媒の安定性が悪く、長時間（例えば数十
日）連続して使用すると感度や精度が低下するという問
題があった。

【０００７】本発明の目的は、このような点に鑑み、触
媒の安定化を図ると共に精度が高く長時間使用が可能な
接触燃焼式可燃ガスセンサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、１．測定素子の表面に触媒を付着させる際は織布または
不織布を介して付着したことを特徴としている。２．測定素子と比較素子を基板の表裏に設けたことを特
徴とし、その場合、基板の中程に耐熱絶縁部材を挟んだ
ことを特徴としている。３．測定素子と比較素子を基板の同一平面上に設けたこ
とを特徴とし、その場合、２つの素子の間に熱絶縁部材
や、空気層を形成したことを特徴としている。４．織布または不織布はセラミック又はガラス繊維であ
ることを特徴とし、その厚さは0.1mm〜0.5mm程度であ
り、繊維は有効径5〜30μの多孔質状に形成されたこと
を特徴としている。５．また、織布または不織布の大きさは測温抵抗体が形
成された部分を十分に覆う程度に形成すると共に隙間な
く密着させており、織布または不織布を密着させる手段
として、セラミック接着剤を用いたことを特徴としてい
る。６．織布または不織布に、白金、パラジウム、ロジウム
などの貴金属を付着させると共に焼き付けて触媒を形成
したことを特徴とし、織布または不織布に、塩化白金酸
と塩化パラジウムの混合溶液を含浸させた後焼成して触
媒を形成したことを特徴としている。７．触媒が形成された測定素子の上部を活性炭の不織布
で覆ったことを特徴としている。８．測定素子と比較素子からのリード線はハーメチック
シール部材を介して延長されたことを特徴とし、ハーメ
チックシール部材はベース板に固定され、前記ベース板
がセンサハウジングに気密に固定されたことを特徴とし
ている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の実施の形態の1例を示す分解
斜視図である。図において、セラミック基板１の表面に
は蒸着等により測温抵抗体として機能する白金薄膜２が
形成されている。この白金薄膜２の上には絶縁層として
機能するガラス保護膜3が形成されており、測温抵抗体
２の端子に相当する部分には電極リード４を取り付ける
ための孔５が形成されている。

【００１０】電極リード4と白金蒸着膜２はリード線固
定ガラス6により融着される。触媒シート7はセラミック
又はガラス繊維からなる織布または不織布（セラミック
ペーパ）で構成されている。この触媒シート7の厚さは
0.1mm〜0.5mm程度であり、繊維は有効径5〜30μの多孔
質状に形成されている。

【００１１】また、この触媒シートの大きさは白金蒸着
膜2の部分を充分に覆って形成され、ここではセラミッ
ク基板と同程度の大きさ（実施例では3×８ｍｍ程度）
に形成されている。触媒シート7は例えば塩化白金酸＋
塩化パラジウムの混合液に含浸させて焼成し、セラミッ
ク接着剤を用いて白金蒸着膜２が形成された表面および
その基板２の裏面にも隙間なく密着されている。この触
媒シート7の上を活性炭の不織布で覆って活性炭保護膜
８が形成されている。

【００１２】このような構成によれば、触媒がセラミッ
ク又はガラス繊維からなる織布または不織布（セラミッ
クペーパ）の中に十分に染み込んだ状態で保持されるの
で、測定ガスの濃度を正確にかつ、長期にわたって安定
して測定することができる。

【００１３】図２は上記測定素子１０と比較素子１１
（この比較素子１１は上記測定素子のうち触媒シートの
ないもの）を一対として接触燃焼式可燃ガスセンサを構
成したもので、これら２つの素子１０，１１は電極リー
ド４およびハーメチックシール部品１３のリード線で支
持された状態で近接して配置されている。従って電極リ
ード４はセンサベース円板１２に気密に圧入されたハー
メチックシール部品１３を介して外部に取出される。セ
ンサベース円板１２の外周はセンサハウジング部品１４
に気密に固定され、２つの素子１０，１１を覆ってステ
ンレス製金網１５が設けられている。

【００１４】上記の構成によれば、センサ１０，１１の
電極リード引き出し部分からのガス漏れに起因する誤差
や、腐食性ガスの漏れによる分析器内部の腐食を防止す
ることができる。

【００１５】図３は他の実施例を示す側面図である。図
１と同一要素には同一符合を付している。この例では絶
縁基板１の一方の面に測定素子１０を形成し、他方の面
に比較素子１１を形成している。このような構成によれ
ば、センサの形状を小形化することが可能である。

【００１６】なお、このような構成とした場合、測定素
子１０側で発生した熱が比較素子１１側に伝搬し測定誤
差となる恐れがあるが、ガス濃度に応じた発熱と熱の伝
搬の関係を予め測定してこれを補正することにより誤差
をなくすることができる。また、熱伝搬の対策としてセ
ラミックス基板1の間に空気層や熱絶縁物質を設けた
り、２つの素子をずらして設けることにより熱伝搬の影
響を少なくすることも可能である。

【００１７】図３（ａ）はセラミックス基板１の表裏に
対向して測定素子１０と比較素子１１を形成した例、図
３（ｂ）はセラミックス基板１同士をスペーサを介して
張り合わせて絶縁部材（空気層）２０を設けた例。図３
（ｃ）は測定素子１０と比較素子１１をずらして形成し
た例、図３（ｄ）は測定素子１０と比較素子１１をずら
して形成するとともにその間にくびれを設けた例であ
る。

【００１８】図４は更に他の実施例を示すものである。
図４（ａ）は測定素子１０と比較素子１１をセラミック
ス基板１の同一平面状に形成した例。図４（ｂ）は２つ
の素子の間に絶縁部材（２０ …スリット）を形成した
例を示している。なお、図３，図４において空気層は、
くびれ，スリットいずれでもよく要は一定の機械的強度
を保った状態で測定素子１0側の熱が比較素子１１側に
伝わらないような形状であればよい。

【００１９】図５は本発明により作製したセンサを３０
０℃程度に加熱されたＣＯガス１０００ｐｐｍ雰囲気中
に配置して縦軸をセンサ出力、横軸を時間（分）として
グラフ化ときの応答曲線を示すもので、測定開始からお
よそ10秒程度で最大出力に達しており、応答速度が極め
て速いことが分かる。

【００２０】図６は本発明により作製した５個のセンサ
を３００℃程度に加熱されたＣＯガス１０００ｐｐｍ雰
囲気中に配置して縦軸をセンサ出力、横軸を経過日数と
してグラフ化したもので、試作した５個のセンサのいず
れもが測定開始から２５日程度経っても精度、感度とも
劣化することがなく、長期に安定して測定可能なことが
分かる。

【００２１】図７は測定素子１０を棒状に形成した他の
実施例を示すもので、この例ではコイル状の白金測温抵
抗体（図示省略）が棒状に形成されたセラミックス１ａ
に埋設されている。そして、この棒状セラミックス１ａ
の外周に触媒を付着させる手段として先に述べたと同様
の織布または不織布（触媒チューブ７ａ）を設けたもの
である。この場合、比較素子は触媒チューブ７ａのない
ものを使用する。

【００２２】このような形状においても触媒としては例
えば塩化白金酸＋塩化パラジウムの混合液に含浸させを
織布または不織布に染み込ませて焼成し、セラミック接
着剤を用いてセラミックス棒１ａの外周に隙間なく密着
する。このような構成においても、触媒がセラミック又
はガラス繊維からなる織布または不織布の中に十分に染
み込んで保持されるので、測定ガスの濃度を正確にか
つ、長期にわたって安定して測定することができる。

【００２３】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特
許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲
は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、厚
さ0.1mm〜0.5mm程度で、有効経5〜30μの多孔質状に形
成されセラミック又はガラス繊維からなる織布または不
織布を介して触媒を付着しているので触媒の付着性がよ
い。この織布または不織布で測温抵抗体が形成された部
分を十分に覆う程度に形成し、セラミック接着剤を用い
て隙間なく密着しているので発熱した触媒の熱を効率よ
く測温抵抗体に伝達する。

【００２５】測定素子と比較素子を基板の表裏に設けた
り、基板の同一平面上に設けることでガスセンサの小形
化を図ることができる。また、基板の中程に耐熱絶縁部
材を挟んだり、２つの素子の間に耐熱絶縁部材や、空気
層を形成することにより、測定素子側に発生した熱が比
較素子側に伝わることがなく、小形化による精度の低下
を防止することができる。

【００２６】測温素子の上部を覆った活性炭の不織布は
触媒の保護層として機能する。ベース板に固定されたハ
ーメチックシール部材を介して測定素子と比較素子から
のリード線が延長され、ベース板がセンサハウジングに
気密に固定されているので、リード部分からのガス漏れ
がない。等の効果があり、応答速度が極めて速く、長期
に安定して測定が可能な接触燃焼式可燃ガスセンサを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接触燃焼式可燃ガスセンサの測定
素子の実施の形態の１例を示す分解斜視図である。

【図２】測定素子と比較素子を一対として接触燃焼式可
燃ガスセンサを構成した図である

【図３】他の実施例を示す図である。

【図４】他の実施例を示す図である。

【図５】本発明により作製したセンサのＣＯガスに対す
る応答曲線を示す図である。

【図６】本発明により作製したセンサのＣＯガスに対す
るセンサ出力値と経過日数の関係を示す図である。

【図７】測定素子を棒状に形成した他の実施例を示す図
である。

【符号の説明】

１セラミックス基板２白金蒸着膜（測温抵抗体）３ガラス保護膜４電極リード５孔６リード線固定ガラス７触媒シート８活性炭保護膜１０測定素子（触媒シート付き測温抵抗体）１１比較素子（温度補償用測温抵抗体）１２センサベース円板１３ハーメチックシール部品１４センサハウジング部品１５金網

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定素子と比較素子を有する接触燃焼式可
燃ガスセンサにおいて、前記測定素子に触媒を付着させ
る際は織布または不織布を介して付着したことを特徴と
する接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項２】測定素子と比較素子の一対を絶縁基板の表
裏に形成したことを特徴とする請求項１記載の接触燃焼
式可燃ガスセンサ。
【請求項３】絶縁基板の厚み方向の中程に熱絶縁部材を
挟んだことを特徴とする請求項２記載の接触燃焼式可燃
ガスセンサ。
【請求項４】絶縁基板の同一表面に測定素子と比較素子
の一対を形成したことを特徴とする請求項１記載の接触
燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項５】測定素子と比較素子の間に熱絶縁帯を設け
たことを特徴とする請求項４記載の接触燃焼式可燃ガス
センサ。
【請求項６】熱絶縁帯は測定素子と比較素子の間に形成
した空間であることを特徴とする請求項５記載の接触燃
焼式可燃ガスセンサ。
【請求項７】絶縁基板はセラミックスからなることを特
徴とする請求項２または４記載の接触燃焼式可燃ガスセ
ンサ。
【請求項８】触媒が形成された測定素子と比較素子を有
する接触燃焼式可燃ガスセンサにおいて、前記測定素子
は測温抵抗体が棒状に形成されたセラミックスに埋設さ
れ、この棒状セラミックスの外周に触媒を付着させる際
は織布または不織布を介して付着したことを特徴とする
接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項９】織布または不織布はセラミック又はガラス
繊維であることを特徴とする請求項１または８記載の接
触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１０】織布または不織布の厚さは0.1mm〜0.5mm
程度であることを特徴とする請求項１または８記載の接
触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１１】織布または不織布の繊維は有効経5〜30
μの多孔質状に形成されたことを特徴とする請求項１ま
たは８記載の接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１２】織布または不織布の大きさは測温素子を
構成する測温抵抗体が形成された部分を十分に覆う程度
に形成すると共に隙間なく密着させたことを特徴とする
請求項１または８記載の接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１３】織布または不織布を密着させる手段とし
て、セラミック接着剤を用いたことを特徴とする請求項
１または８記載の接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１４】織布または不織布に、白金、パラジウ
ム、ロジウムなどの貴金属を付着させると共に焼き付け
て触媒を形成したことを特徴とする請求項１または８記
載の接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１５】織布または不織布に、塩化白金酸と塩化
パラジウムの混合溶液を含浸させた後焼成して触媒を形
成したことを特徴とする請求項１または８記載の接触燃
焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１６】触媒が形成された測温素子の上部を活性
炭の不織布で覆ったことを特徴とする請求項１または８
記載の接触燃焼式可燃ガスセンサ。
【請求項１７】測定素子と比較素子からのリード線はハ
ーメチックシール部材を介して延長されたことを特徴と
する請求項１または２または４または８記載の接触燃焼
式可燃ガスセンサ。
【請求項１８】ハーメチックシール部材はベース板に固
定され、前記ベース板がセンサハウジングに気密に固定
されたことを特徴とする請求項１７記載の接触燃焼式可
燃ガスセンサ。