JPH11304744A - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

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Publication number
JPH11304744A
JPH11304744A JP11044998A JP11044998A JPH11304744A JP H11304744 A JPH11304744 A JP H11304744A JP 11044998 A JP11044998 A JP 11044998A JP 11044998 A JP11044998 A JP 11044998A JP H11304744 A JPH11304744 A JP H11304744A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
gas sensor
substrate
bent portion
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11044998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Shimizu
章一 志水
Shinji Morimoto
信司 森本
Shogo Matsubara
正吾 松原
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP11044998A priority Critical patent/JPH11304744A/en
Publication of JPH11304744A publication Critical patent/JPH11304744A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gas sensor which can suppress heat generated from the bend part of a heater. SOLUTION: In a gas sensor, a substrate 2 is provided, a detection part which is arranged on one face of the substrate 2 and which detects the concentration of a gas is provided, a linear heater 1 which is formed by combining straight-line parts with bend parts to be s shape corresponding to the detection part on the other face of the substrate 2 and which heats the detection part up to a temperature displaying its sensitivity is provided, electrode parts 3 which are installed on both ends of the heater 1 are provided, lead wires 9 by which the electrode parts 3 and lead pins 6 are connected electrically are provided, the bend parts of the heater 1 are formed to be curve-shaped, and the volume per same reference distance of the straight-line parts and the bend parts is made larger is set in such a way that it is larger than that in the bend parts.

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、雰囲気中の可燃性
ガス、毒性ガス、水蒸気、炭酸ガス等のガス濃度を検知
するガスセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor for detecting the concentration of a combustible gas, toxic gas, water vapor, carbon dioxide gas or the like in an atmosphere.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガス濃度を検知するガスセンサには、S
nO2を利用したもの、固体電解質タイプのもの、Zr
O2を利用したもの等多くの種類が知られている。そし
て、このようなガスセンサは多岐にわたって用いられて
いる。例えば、炭酸ガスセンサは環境測定や施設園芸等
の用途に用いられる。
2. Description of the Related Art A gas sensor for detecting gas concentration includes S
nO2, solid electrolyte type, Zr
Many types such as those using O2 are known. Such gas sensors are widely used. For example, a carbon dioxide sensor is used for applications such as environmental measurement and horticulture.

【0003】ここで、特開平4−24548号公報、特
願平6−182261号公報、特開平6−88800号
公報、特開平5−142180号公報、特願平6−31
3410号公報、特願平7−165053号公報では、
金属酸化物、ペロブスカイト型化合物および炭酸塩より
なる炭酸ガスセンサならびにその製造方法が開示されて
いる。
Here, JP-A-4-24548, JP-A-6-182261, JP-A-6-88800, JP-A-5-142180, and JP-A-6-31 are disclosed.
No. 3410, Japanese Patent Application No. 7-165053,
A carbon dioxide sensor comprising a metal oxide, a perovskite compound and a carbonate, and a method for producing the same are disclosed.

【0004】これらのガスセンサは使用時に加熱される
ものが多く、加熱用のヒータがコイルや厚膜等の形で取
り付けられている。そして、このヒータの材質について
は、RuO2やPt等が検討され使用されている。しか
しながら、ヒータの構造については特段の検討はなされ
ていない。
Many of these gas sensors are heated at the time of use, and a heater for heating is mounted in the form of a coil, a thick film or the like. As for the material of the heater, RuO2, Pt, and the like have been studied and used. However, no special study has been made on the structure of the heater.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のガスセンサに使
用されているPt等の抵抗の小さい材質を発熱させるヒ
ータは、その特性から細い線状の構造としなければなら
ない。そして、ヒータの作成される基板は小さいため
に、ヒータの一部を曲げて曲線状としている。すると、
ヒータの使用する屈曲部が発熱して寿命が短くなる。
A heater for generating heat from a material having a low resistance, such as Pt, used in a conventional gas sensor must have a thin linear structure due to its characteristics. Since the substrate on which the heater is formed is small, a part of the heater is bent to have a curved shape. Then
The bent portion used by the heater generates heat and its life is shortened.

【0006】また、ヒータは基板上にスクリーン印刷で
作成されることが多いので、作成後、抵抗値を調整する
ことができない。
Further, since the heater is often formed on the substrate by screen printing, the resistance cannot be adjusted after the heater is formed.

【0007】さらに、ヒータの抵抗値が小さいために、
センサ全体の抵抗値を小さくしないとヒータ以外での電
力量が多くなる。
Further, since the resistance value of the heater is small,
If the resistance value of the entire sensor is not reduced, the amount of electric power except for the heater increases.

【0008】そこで、本発明は、ヒータの屈曲部からの
発熱を抑制することのできるガスセンサを提供すること
を目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of suppressing heat generation from a bent portion of a heater.

【0009】また、本発明は、ヒータの抵抗値を調整す
ることのできるガスセンサを提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide a gas sensor capable of adjusting the resistance value of a heater.

【0010】さらに、本発明は、消費電力量を低減する
ことのできるガスセンサを提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a gas sensor capable of reducing power consumption.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のガスセンサは、基板と、この基板の一方面
に配置され、ガス濃度の検知を行う検知部と、基板の他
方面において検知部に対応した形状に直線部と屈曲部を
組み合わせて形成され、検知部をその感度が発現する温
度まで加熱する線状のヒータと、ヒータの両端に設けら
れた電極部と、電極部とリードピンとを電気的に接続す
るリード線とを有し、ヒータの屈曲部は曲線状に形成さ
れ、直線部と屈曲部との同一基準距離当たりの体積は屈
曲部の方が大きくなっているものである。
In order to solve this problem, a gas sensor according to the present invention comprises a substrate, a detection unit disposed on one surface of the substrate and detecting a gas concentration, and a gas sensor on the other surface of the substrate. A linear heater formed by combining a linear portion and a bent portion in a shape corresponding to the detection portion, and heating the detection portion to a temperature at which the sensitivity is developed; electrode portions provided at both ends of the heater; and an electrode portion. A lead wire for electrically connecting a lead pin, wherein the bent portion of the heater is formed in a curved shape, and the volume of the straight portion and the bent portion per the same reference distance is larger in the bent portion. It is.

【0012】これにより、屈曲部の内側を流れる電流が
少なくなって、屈曲部からの発熱を抑制することが可能
になる。
As a result, the amount of current flowing inside the bent portion is reduced, and heat generation from the bent portion can be suppressed.

【0013】また、本発明のガスセンサは、前述したガ
スセンサにおいて、ヒータは、所定の金属材料が塗布さ
れて抵抗値が調整されているものである。
In the gas sensor according to the present invention, in the above-described gas sensor, the heater has a resistance value adjusted by applying a predetermined metal material.

【0014】これにより、ヒータの抵抗値を一定に調整
することが可能になる。さらに、本発明のガスセンサ
は、前述したガスセンサにおいて、リード線がNiまた
はNiを含む合金からなるものである。
This makes it possible to adjust the resistance value of the heater to a constant value. Further, in the gas sensor according to the present invention, in the gas sensor described above, the lead wire is made of Ni or an alloy containing Ni.

【0015】これにより、リード線の電機抵抗が小さく
なって余分な発熱が抑制され、消費電力量を小さくする
ことができる。
As a result, the electric resistance of the lead wire is reduced, so that unnecessary heat generation is suppressed, and the power consumption can be reduced.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、基板と、この基板の一方面に配置され、ガス濃度の
検知を行う検知部と、基板の他方面において検知部に対
応した形状に直線部と屈曲部を組み合わせて形成され、
検知部をその感度が発現する温度まで加熱する線状のヒ
ータと、ヒータの両端に設けられた電極部と、電極部と
リードピンとを電気的に接続するリード線とを有し、ヒ
ータの屈曲部は曲線状に形成され、直線部と屈曲部との
同一基準距離当たりの体積は屈曲部の方が大きくなって
いるガスセンサであり、屈曲部の内側を流れる電流が少
なくなって、屈曲部からの発熱を抑制することが可能に
なるという作用を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention corresponds to a substrate, a detection unit disposed on one surface of the substrate and detecting a gas concentration, and a detection unit on the other surface of the substrate. It is formed by combining a straight part and a bent part in the shape
A linear heater for heating the detection unit to a temperature at which the sensitivity is developed, electrode units provided at both ends of the heater, and a lead wire for electrically connecting the electrode unit to a lead pin; The part is formed in a curved shape, the volume per the same reference distance between the straight part and the bent part is a gas sensor in which the bent part is larger, the current flowing inside the bent part is reduced, Has the effect of suppressing heat generation of

【0017】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1記載の発明において、ヒータは、所定の金属材料が塗
布されて抵抗値が調整されているガスセンサであり、ヒ
ータの抵抗値を一定に調整することが可能になるという
作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the heater is a gas sensor in which a predetermined metal material is applied to adjust the resistance value. This has the effect that the adjustment can be made constant.

【0018】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
1または2記載の発明において、リード線はNiまたは
Niを含む合金からなるガスセンサであり、リード線の
電機抵抗が小さくなって余分な発熱が抑制され、消費電
力量を小さくすることが可能になるという作用を有す
る。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the lead wire is a gas sensor made of Ni or an alloy containing Ni. Heat generation is suppressed, and the power consumption can be reduced.

【0019】以下、本発明の実施の形態について、図1
および図2を用いて説明する。なお、これらの図面にお
いて同一の部材には同一の符号を付しており、また、重
複した説明は省略されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.

【0020】図1は本発明の一実施の形態におけるガス
センサを示す断面図、図2は図1のガスセンサの発熱部
を示す平面図である。なお、図2においては、ガラス材
の図示は省略されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a gas sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a heat generating portion of the gas sensor shown in FIG. In FIG. 2, the illustration of the glass material is omitted.

【0021】上部に開口部の形成された外枠8の内部に
は、発熱部であるヒータ1、およびガスと感応する検知
部4が収容されている。ヒータ1はアルミナセラミック
ス製の基板2の一方面に、また検知部4は基板2の他方
面にそれぞれ取り付けられている。
Inside the outer frame 8 having an opening formed therein, a heater 1 as a heat generating portion and a detecting portion 4 sensitive to gas are accommodated. The heater 1 is attached to one surface of a substrate 2 made of alumina ceramics, and the detection unit 4 is attached to the other surface of the substrate 2.

【0022】図示するように、ヒータ1の両端には電極
部3が形成され、この電極部3はリード線9を介してリ
ードピン6と電気的に接続されている。また、ヒータ1
の表面はガラス材7でコーティングされており、外的雰
囲気から遮断することによる長寿命化が図られている。
As shown, electrode portions 3 are formed at both ends of the heater 1, and the electrode portions 3 are electrically connected to lead pins 6 via lead wires 9. Also, heater 1
Is coated with a glass material 7 to prolong the service life by shielding from the external atmosphere.

【0023】検知部4の両側には検知電極5が設けられ
ている。そして、この検知電極5もまた、リード線9を
介してリードピン6に接続されている。
On both sides of the detection section 4, detection electrodes 5 are provided. The detection electrode 5 is also connected to a lead pin 6 via a lead wire 9.

【0024】外枠8の底部には、検知部4の信号を取り
出したりヒータ1に電力を供給するリードピン6が固定
されている。
At the bottom of the outer frame 8, a lead pin 6 for extracting a signal from the detection unit 4 and supplying power to the heater 1 is fixed.

【0025】次に、このような構造を有するガスセンサ
の作成手順について説明する。市販の炭酸バリウム、酸
化セリウム、酸化銅をモル比で20:45:35の割合
になるよう秤量する。
Next, a procedure for manufacturing a gas sensor having such a structure will be described. Commercially available barium carbonate, cerium oxide and copper oxide are weighed in a molar ratio of 20:45:35.

【0026】次に、これらの原料をアルコール中に入れ
て回転ポットを用いて混合、粉砕し、炭酸ガスセンサ用
のセンサ原料とする。プレス機を用いて、この原料を直
径10mm、厚み0.4mmの大きさのディスク状に成
形する。
Next, these raw materials are put into alcohol, mixed and crushed using a rotary pot, and used as sensor raw materials for a carbon dioxide gas sensor. The raw material is formed into a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.4 mm using a press machine.

【0027】このようにして得られた試料を、電気炉中
で850℃、5時間焼成する。焼成した試料の両面に市
販の酸化ルテニウムペーストを塗布し、900℃で10
分間熱処理して電極を作成する。電極の材質は金、銀、
白金でもよい。最後に、電極を作成した試料を1.5m
m×1.1mmの大きさに切断すると、図1に示すよう
に、検知電極5を有する検知部4が作成される。
The sample thus obtained is fired in an electric furnace at 850 ° C. for 5 hours. A commercially available ruthenium oxide paste was applied to both sides of the fired sample,
A heat treatment is performed for minutes to form an electrode. The material of the electrode is gold, silver,
Platinum may be used. Finally, the sample on which the electrode was made was 1.5 m
When cut into a size of mx 1.1 mm, a detection unit 4 having a detection electrode 5 is created as shown in FIG.

【0028】また、分割後の一片の大きさが2.8mm
×3.6mmになるような切断用の溝が形成された5c
m×5cm×0.3mmの大きさのアルミナ基板の各部
を印刷した後に分割すると、図1に示す基板2が得られ
る。
The size of one piece after division is 2.8 mm.
5c with a cutting groove formed to be × 3.6 mm
When each part of the alumina substrate having a size of mx 5 cm x 0.3 mm is printed and then divided, a substrate 2 shown in Fig. 1 is obtained.

【0029】この基板2の片面に、白金ペーストを用い
100μ幅で線状の発熱部であるヒータと通電のための
電極部となるランド部とをスクリーン印刷する。乾燥後
900℃で10分間熱処理すると、図2において示すヒ
ータ1および電極部3が得られる。なお、基板2および
その寸法は本実施の形態に限定されるものではなく、基
板はジルコニア等のセンサ使用温度に耐えるものであれ
ばよく、寸法も検知部4が機能する寸法であればよい。
また、ヒータ1の材質は白金に限定されるものではな
く、たとえばAgPdなどを用いてもよい。さらに、電
極部3となるランド部の材質はヒータ1と同じとしても
よいが、AuやAg等のように抵抗の小さい材質を使用
してもよい。
On one side of the substrate 2, a platinum paste is used to screen-print a 100 μm-wide linear heater as a heat-generating portion and a land portion as an electrode for energization. After drying, heat treatment is performed at 900 ° C. for 10 minutes to obtain the heater 1 and the electrode unit 3 shown in FIG. Note that the substrate 2 and its dimensions are not limited to the present embodiment, and the substrate may be any as long as it can withstand the temperature at which the sensor, such as zirconia, can be used.
Further, the material of the heater 1 is not limited to platinum, and for example, AgPd may be used. Further, the material of the land portion serving as the electrode portion 3 may be the same as that of the heater 1, but a material having low resistance such as Au or Ag may be used.

【0030】ここで、作成されたアルミナ基板一枚中の
143カ所のPtヒータ抵抗値が3.4Ωから3.6Ω
であったとする。そこで、ヒータ1の電極部3にテスタ
ーをあてて抵抗値を測定し、Pt粉末をイソプロピルア
ルコールで練ったPtペーストを線状のヒータ1の部分
に実体顕微鏡で確認しながら塗布し、抵抗値をたとえば
3.4Ωに調整する。なお、抵抗値調整用のペーストの
材料はヒータ1の材料と同じものが望ましいが、Ag粉
末など種々の金属材料を用いてもよい。これにより、ヒ
ータ1の抵抗値を一定に調整することが可能になり、品
質の安定化が図られる。
Here, the resistance value of the Pt heater at 143 locations in one of the prepared alumina substrates is from 3.4 Ω to 3.6 Ω.
Assume that Therefore, a tester is applied to the electrode portion 3 of the heater 1 to measure the resistance value, and Pt paste obtained by kneading Pt powder with isopropyl alcohol is applied to the linear heater 1 portion while confirming with a stereoscopic microscope, and the resistance value is measured. For example, it is adjusted to 3.4Ω. The material of the resistance value adjusting paste is preferably the same as the material of the heater 1, but various metal materials such as Ag powder may be used. Thereby, the resistance value of the heater 1 can be adjusted to be constant, and the quality can be stabilized.

【0031】このようにしてヒータ1の抵抗値を調整し
た後、ヒータ1の劣化を防ぐため、ヒータ1上にガラス
ペーストを印刷し、乾燥後900℃で10分間熱処理し
てヒータ1上にコーティングを施す。
After adjusting the resistance value of the heater 1 in this way, in order to prevent the deterioration of the heater 1, a glass paste is printed on the heater 1, dried, and then heat-treated at 900 ° C. for 10 minutes to coat the heater 1. Is applied.

【0032】ヒータ1を作成した基板2を切断用の溝に
沿って分割し、基板2のヒータ1形成面と反対側の面に
検知部4を酸化ルテニウムペーストを用いて貼り付け
る。また、リードピン6と接続するため、直径0.1m
mのNi線をリード線9として基板2上の各電極3,5
の位置に白金ペーストを用いて貼り付ける。なお、検知
部4の張り付け強度を上げるために、基板2に張り付け
用ランド部を印刷、熱処理して作成しておき、その上に
検知部4を張り付けてもよい。ペースト乾燥後、800
℃で10分間熱処理する。
The substrate 2 on which the heater 1 is formed is divided along the cutting groove, and the detection unit 4 is attached to the surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the heater 1 is formed, using a ruthenium oxide paste. Also, for connection with the lead pin 6, the diameter is 0.1 m.
The electrodes 3, 5 on the substrate 2 are composed of a
To the position of using platinum paste. In addition, in order to increase the bonding strength of the detection unit 4, a land for bonding may be formed on the substrate 2 by printing and heat treatment, and the detection unit 4 may be bonded thereon. After paste drying, 800
Heat-treat at 10 ° C. for 10 minutes.

【0033】次に、外枠8の底部に、検知部4からの信
号取り出し用のリードピン6及びヒータ1への電力供給
用のリードピン6を貫通させて固定する。そして、各リ
ードピン6にリード線9を溶接して接続する。なお、図
1ではリードピン6は直線状になっているが、四角形に
配置してもよく、また、より多くのリードピン6が必要
な場合には任意の位置に配置してもよい。
Next, a lead pin 6 for extracting a signal from the detection unit 4 and a lead pin 6 for supplying power to the heater 1 are penetrated and fixed to the bottom of the outer frame 8. Then, a lead wire 9 is connected to each lead pin 6 by welding. Although the lead pins 6 are linear in FIG. 1, they may be arranged in a rectangular shape, or may be arranged at an arbitrary position when more lead pins 6 are required.

【0034】最後に全体を組み合わせて固定すると、ガ
スセンサが作成される。なお、本実施の形態のガスセン
サは炭酸ガスセンサであるが、本発明は炭酸ガスセンサ
に限定されるものではなく、検知部4とヒータ1とが独
立して作成される各種のセンサに適用することができ
る。また、検知部4は、例えばペーストを厚膜状に塗布
したり、蒸着により積層形成することで作成される。
Finally, when the whole is combined and fixed, a gas sensor is created. Although the gas sensor according to the present embodiment is a carbon dioxide gas sensor, the present invention is not limited to the carbon dioxide gas sensor, and may be applied to various sensors in which the detection unit 4 and the heater 1 are independently formed. it can. In addition, the detection unit 4 is formed by, for example, applying a paste in a thick film shape or forming a layer by vapor deposition.

【0035】作成したガスセンサのヒータ1に電流を流
して検知部4の感度が発現する温度に調整し、炭酸ガス
濃度を検知する。本実施の形態では、検知部4の温度が
たとえば約500℃となる0.8Wの電力量になるよう
調整して、炭酸ガスへの感度が発現することを確認す
る。なお、感度はたとえばYHP社製インピーダンスア
ナライザ4192Aを使用して二端子法で測定し、試料
ガスには、乾燥空気および乾燥空気で希釈した炭酸ガス
を用いて行うことができる。
An electric current is supplied to the heater 1 of the gas sensor thus prepared, and the temperature is adjusted to a temperature at which the sensitivity of the detecting section 4 is developed, and the carbon dioxide gas concentration is detected. In the present embodiment, it is confirmed that the temperature of the detection unit 4 is adjusted to, for example, a power amount of 0.8 W, which is about 500 ° C., and the sensitivity to carbon dioxide gas is developed. The sensitivity can be measured by a two-terminal method using, for example, an impedance analyzer 4192A manufactured by YHP, and the sample gas can be measured using dry air and carbon dioxide gas diluted with dry air.

【0036】炭酸ガスの検知状況は、測定温度まで加熱
された試料の、空気を流入した状態で測定した容量値
(C0)を基準とし、炭酸ガス濃度2%に調整された空
気を流入させて測定したときの容量値(C2%)の変化
でとらえられる。感度は次式で定義される。
The detection state of carbon dioxide gas is based on the capacity value (C0) of the sample heated to the measuring temperature measured with the air flowing therein, and the air adjusted to the carbon dioxide gas concentration of 2% is flowed. It can be captured by the change in capacitance value (C2%) when measured. Sensitivity is defined by the following equation.

【0037】 感度=|10×Log(C2%/C0)| [dB] 感度は数値が大きい方が良好となる。したがって、感度
が0dBのときは容量値が炭酸ガス濃度の増加に対し変
化を示していないことをあらわし、炭酸ガスを検知して
いないことになる。
Sensitivity = | 10 × Log (C2% / C0) | [dB] The larger the numerical value, the better the sensitivity. Therefore, when the sensitivity is 0 dB, it indicates that the capacitance value does not show a change with respect to the increase in the concentration of carbon dioxide, and that no carbon dioxide is detected.

【0038】本発明者の試行によれば、本実施の形態で
作成したリード線9に直径0.1mmのNi線を使用し
たガスセンサでは、ヒータ電力が0.8Wのとき炭酸ガ
スに3.4dBの感度を示したが、リード線9を直径
0.1mmのPt線とした炭酸ガスセンサでは、3.4
dBの感度を得るのに1.2Wのヒータ電力が必要であ
った。このようにPt線の方がNi線より必要電力が多
いのは、Niの抵抗値がPtより小さいことによるもの
と思われる。すなわち、化学便覧によれば、20℃での
抵抗率はNiが6.84×10−6Ωcm、Ptが1
0.6×10−6Ωcmである。これらの抵抗率より推
定した100℃での抵抗率は、Niが10.6×10−
6Ωcm、Ptが13.6×10−6Ωcmである。し
たがって、Ni線の抵抗がPt線の抵抗よりも小さいた
め、Ni線からなるリード線9では、その発熱量が少な
くなり、全体としての消費電力量が減ったためと思われ
る。
According to the trial of the present inventor, in the gas sensor using the Ni wire having a diameter of 0.1 mm for the lead wire 9 formed in the present embodiment, when the heater power is 0.8 W, the carbon dioxide gas is converted to 3.4 dB. Of the carbon dioxide sensor using the lead wire 9 as a Pt wire having a diameter of 0.1 mm was 3.4.
1.2 W of heater power was required to obtain dB sensitivity. The reason why the Pt line requires more electric power than the Ni line seems to be that the resistance value of Ni is smaller than Pt. That is, according to the Chemical Handbook, the resistivity at 20 ° C. is 6.84 × 10 −6 Ωcm for Ni and 1 for Pt.
0.6 × 10 −6 Ωcm. The resistivity at 100 ° C. estimated from these resistivity is 10.6 × 10 −
6 Ωcm and Pt is 13.6 × 10 −6 Ωcm. Therefore, it is considered that since the resistance of the Ni wire is smaller than the resistance of the Pt wire, the heat generation of the lead wire 9 made of the Ni wire is reduced, and the power consumption as a whole is reduced.

【0039】リード線の径が大きいとその抵抗値は小さ
くなって発熱への影響は少なくなるので、リード線の径
が小さいときほどリード線の材質による影響は大きくな
る。そして、前述のように、リード線にNi線を使用す
ることにより、抵抗が小さくなって余分な発熱が抑制さ
れ、消費電力量を小さくすることができる。発熱量が大
きいとセンサ全体の温度が上がって装置の劣化が促進さ
れて寿命が短くなるので、このような消費電力の低減に
よってガスセンサの寿命を長くすることができる。
When the diameter of the lead wire is large, its resistance value is small and the influence on heat generation is small. Therefore, the influence of the material of the lead wire becomes large as the diameter of the lead wire is small. As described above, by using the Ni wire for the lead wire, the resistance is reduced, unnecessary heat generation is suppressed, and the power consumption can be reduced. If the calorific value is large, the temperature of the entire sensor rises and the deterioration of the device is accelerated, and the life is shortened. Therefore, the life of the gas sensor can be prolonged by reducing the power consumption.

【0040】ここで、リード線には、Niの代わりにセ
ンサ作成時の処理条件また使用環境にあうNi合金を使
用しても、同様の効果を得ることができる。つまり、本
発明においては、リード線にはPtより抵抗率が小さい
合金を用いても同様の効果が得られる。なお、Niおよ
びNi合金は、耐熱性および耐腐食性があり、熱処理工
程がある場合でも使用できる使用寿命の長い材料であ
る。
Here, the same effect can be obtained by using a Ni alloy suitable for the processing conditions at the time of producing the sensor and the use environment instead of Ni for the lead wire. That is, in the present invention, the same effect can be obtained even if an alloy having a lower resistivity than Pt is used for the lead wire. Note that Ni and Ni alloy are heat-resistant and corrosion-resistant materials having a long service life that can be used even when a heat treatment step is performed.

【0041】前述のように、ヒータ1は、印刷パターン
を作成してスクリーン印刷を行った後、熱処理して作成
する。そして、ヒータ1にPt材等のように抵抗率が小
さい材料を用いる場合には、ヒータ1を線状に細く長く
する必要がある。
As described above, the heater 1 is prepared by forming a printing pattern, performing screen printing, and then performing heat treatment. When a material having a low resistivity, such as a Pt material, is used for the heater 1, it is necessary to make the heater 1 linearly thin and long.

【0042】ここで、印刷した線状のヒータ1の中央を
通る線の長さを基準距離と設定する。そして、直線部と
屈曲部におけるこの線の長さが同じときに両者の長さが
同じとし、同一基準距離とする。
Here, the length of a line passing through the center of the printed linear heater 1 is set as a reference distance. When the length of this line in the straight portion and the length of the bent portion are the same, the lengths of both are the same, and the same reference distance is set.

【0043】ヒータ1は裏面に張りつけられた検知部4
の形状に近い面状に作成して加熱する方が均熱性がよい
ので、ヒータ1の一部を曲げて検知部4に対応した形状
に作成する必要がある。このとき、屈曲部が角張ってい
ると、そこが発熱して劣化が発生しやすくなる。
The heater 1 has a detection unit 4 attached to the back surface.
It is necessary to bend a part of the heater 1 to form a shape corresponding to the detection unit 4 because it is better to form a sheet having a shape close to the shape described above and heat it. At this time, if the bent portion is angular, heat is generated at the bent portion and deterioration is likely to occur.

【0044】そこで曲線で曲げることになるが、曲線部
分は直線部分より発熱しやすく、断線、絶縁破壊、マイ
グレーション等の劣化の進みやすい部分となる。これは
曲線部分の内側と外側の長さが違うため内側の発熱が多
くなるためである。例えば線間100μ、線幅100μ
のとき、内側半径50μ、外側半径150μの半円で直
線部を結ぶとする。全体の体積は直線部と同じであり全
体の発熱量は直線部と同じになる。しかし、内側長さは
157μ、外側長さは471μであり、厚みが一定とす
ると、内周側に比べ外周側の抵抗が3倍大きいことにな
る。従って、内側に電流が多く流れて発熱量が多くな
り、温度が高くなる。抵抗値は温度により変わり、直
流、交流周波数の違いにより電流の流れ方は変わるの
で、実際には正確に3倍とはならないが、内側に流れる
電流が多くなって発熱量が大きくなる傾向は変わりな
い。
Therefore, the curved portion is bent more easily than the straight portion, and is more likely to be degraded such as disconnection, dielectric breakdown and migration. This is because the inside and outside lengths of the curved portion are different, so that the inside heat generation increases. For example, 100μ between lines, 100μ line width
In this case, it is assumed that straight lines are connected by a semicircle having an inner radius of 50 μ and an outer radius of 150 μ. The overall volume is the same as the straight section, and the overall calorific value is the same as the straight section. However, the inner length is 157 μm and the outer length is 471 μm. If the thickness is constant, the resistance on the outer peripheral side is three times larger than that on the inner peripheral side. Therefore, a large amount of current flows inward, the amount of heat generation increases, and the temperature increases. The resistance value changes depending on the temperature, and the flow of current changes depending on the difference between DC and AC frequencies. Absent.

【0045】そこで、このような現像を回避するため
に、ヒータ1の外周部分を楕円形にする、中心位置をず
らして幅を広くする、厚みを厚くする等により屈曲部の
体積を増やし、基準距離で比較して屈曲部の体積を直線
部以上の体積とする。
In order to avoid such development, the volume of the bent portion is increased by making the outer peripheral portion of the heater 1 elliptical, shifting the center position to increase the width, increasing the thickness, and the like. The volume of the bent portion is set to be equal to or larger than the linear portion by comparing the distances.

【0046】すると、全体の電流値は同じであるが、屈
曲部分の体積を大きくすることで単位体積を流れる電流
が少なくなり、内側を流れる電流が少なくなって発熱量
を抑えることができる。これにより、屈曲部の発熱が抑
制されてヒータ1の劣化が少なくなり、寿命を長くする
ことができる。
Then, although the entire current value is the same, the current flowing through the unit volume decreases by increasing the volume of the bent portion, and the current flowing inside decreases, so that the amount of heat generation can be suppressed. Thereby, the heat generation of the bent portion is suppressed, the deterioration of the heater 1 is reduced, and the life can be prolonged.

【0047】なお、屈曲部の発熱を抑制するには、内側
の形状を変更して対処してもよい。つまり、屈曲部に部
分的に体積の小さいところがあると、そこが発熱しやす
くなるため、各部分部分で比較しても直線部より体積が
大きくなるよう作成すればよい。屈曲部は端に位置する
場合が多く発熱が少なくなっても問題がない場合が多い
ので、同一基準距離当たりの体積を直線部よりも大きく
して発熱を減らし、ヒータ1の劣化を抑えた方がよい。
これにより、ヒータ1の屈曲部が発熱して熱バランスが
悪化することがなくなり、ヒータ1全域における温度の
均一化による特性の安定化を図ることができる。また、
発熱が少ない屈曲部の寿命は直線部と同等以上となるの
で、ヒータ1の長寿命化を図ることができる。
In order to suppress the heat generation at the bent portion, the inside shape may be changed. That is, if there is a portion having a small volume in the bent portion, heat is easily generated in the portion. Therefore, it is sufficient to make the bent portion larger in volume than the straight portion even when comparing each portion. Since the bent portion is often located at the end and there is no problem even if the heat generation is reduced, the heat generation is reduced by increasing the volume per the same reference distance as compared with the linear portion, and the deterioration of the heater 1 is suppressed. Is good.
As a result, the bent portion of the heater 1 does not generate heat and the heat balance is not deteriorated, and the characteristics can be stabilized by making the temperature uniform throughout the heater 1. Also,
Since the life of the bent portion that generates less heat is equal to or longer than that of the straight portion, the life of the heater 1 can be extended.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、屈曲部
の内側を流れる電流が少なくなって、屈曲部からの発熱
を抑制することが可能になるという有効な効果が得られ
る。
As described above, according to the present invention, there is obtained an effective effect that the current flowing inside the bent portion is reduced and the heat generation from the bent portion can be suppressed.

【0049】所定の金属材料を塗布してヒータの抵抗値
を調整することにより、ヒータの抵抗値を一定に調整す
ることが可能になるという有効な効果が得られる。
By adjusting the resistance value of the heater by applying a predetermined metal material, it is possible to obtain an effective effect that the resistance value of the heater can be adjusted to be constant.

【0050】リード線をNiまたはNiを含む合金から
構成することにより、リード線の電機抵抗が小さくなっ
て余分な発熱が抑制され、消費電力量を小さくすること
が可能になるという有効な効果が得られる。
When the lead wire is made of Ni or an alloy containing Ni, the electric resistance of the lead wire is reduced, thereby suppressing unnecessary heat generation, and has an effective effect of reducing power consumption. can get.

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

【図1】本発明の一実施の形態におけるガスセンサを示
す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a gas sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のガスセンサの発熱部を示す平面図FIG. 2 is a plan view showing a heat generating portion of the gas sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ヒータ 2 基板 3 電極部 4 検知部 6 リードピン 9 リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heater 2 Substrate 3 Electrode part 4 Detection part 6 Lead pin 9 Lead wire

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と、 前記基板の一方面に配置され、ガス濃度の検知を行う検
知部と、 前記基板の他方面において前記検知部に対応した形状に
直線部と屈曲部を組み合わせて形成され、前記検知部を
その感度が発現する温度まで加熱する線状のヒータと、 前記ヒータの両端に設けられた電極部と、 前記電極部とリードピンとを電気的に接続するリード線
とを有し、 前記ヒータの前記屈曲部は曲線状に形成され、前記直線
部と前記屈曲部との同一基準距離当たりの体積は前記屈
曲部の方が大きくなっていることを特徴とするガスセン
サ。
A substrate disposed on one surface of the substrate for detecting a gas concentration; and a linear portion and a bent portion formed on the other surface of the substrate in a shape corresponding to the detection portion. A linear heater for heating the detection unit to a temperature at which the sensitivity is developed; electrode units provided at both ends of the heater; and a lead wire for electrically connecting the electrode unit and a lead pin. The bent portion of the heater is formed in a curved shape, and the volume of the straight portion and the bent portion per the same reference distance is larger in the bent portion.
【請求項2】前記ヒータは、所定の金属材料が塗布され
て抵抗値が調整されていることを特徴とする請求項1記
載のガスセンサ。
2. The gas sensor according to claim 1, wherein the heater has a resistance value adjusted by applying a predetermined metal material.
【請求項3】前記リード線は、NiまたはNiを含む合
金からなることを特徴とする請求項1または2記載のガ
スセンサ。
3. The gas sensor according to claim 1, wherein the lead wire is made of Ni or an alloy containing Ni.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010230592A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Horiba Ltd Gas sensor
JP2017041420A (en) * 2015-08-21 2017-02-23 日本碍子株式会社 Ceramic heater, sensor element, and gas sensor

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US10527578B2 (en) 2015-08-21 2020-01-07 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic heater, sensor element, and gas sensor
US11768169B2 (en) 2015-08-21 2023-09-26 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic heater, sensor element, and gas sensor

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