JPS58158550A - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JPS58158550A JPS58158550A JP4207582A JP4207582A JPS58158550A JP S58158550 A JPS58158550 A JP S58158550A JP 4207582 A JP4207582 A JP 4207582A JP 4207582 A JP4207582 A JP 4207582A JP S58158550 A JPS58158550 A JP S58158550A
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- Japan
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- gas
- detecting element
- semiconductor gas
- sensing element
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高精度で信頼性の高いガス検出装置に関するも
のであり、ガス漏れ警報器等の防災機器等に応用できる
ものである。
のであり、ガス漏れ警報器等の防災機器等に応用できる
ものである。
従来、ガス検知素子として各種のものが考案されており
、その中でも半導体ガス検知素子は、ガス濃度の変化を
電気抵抗の変化としてとらえることができ、この特徴か
ら各種の材料を用いた検知素子が実用化されている。
、その中でも半導体ガス検知素子は、ガス濃度の変化を
電気抵抗の変化としてとらえることができ、この特徴か
ら各種の材料を用いた検知素子が実用化されている。
ｍｌ記半導体ガス検知素子のガス感応材料としてはＺｎ
ｏｌＳｎｏ２．Ｆｅ２Ｏ３，Ｉｎ２ｏ３１Ｗ○３等があ
る。
ｏｌＳｎｏ２．Ｆｅ２Ｏ３，Ｉｎ２ｏ３１Ｗ○３等があ
る。
一般にＺｎ○、 Ｓ ｎ ０２等のｎ型半導体表面に還
元性ガスたとえば水素、炭化水素等の電子供与性分子が
吸着されると、ｎ型半導体中のキャリヤ密度が増加し、
その電気抵抗が上昇する。また、それに酸化性ガスたと
えば酸素などの電子吸引性分子が吸着されると、キャリ
ヤ密度は減少し、その電気抵抗が上昇する。
元性ガスたとえば水素、炭化水素等の電子供与性分子が
吸着されると、ｎ型半導体中のキャリヤ密度が増加し、
その電気抵抗が上昇する。また、それに酸化性ガスたと
えば酸素などの電子吸引性分子が吸着されると、キャリ
ヤ密度は減少し、その電気抵抗が上昇する。
以には半導体ガス検知素子として、ｎ型半導体を用いた
場合のガス検知機構である。
場合のガス検知機構である。
なお、前記半導体ガス検知素子は高温度下で使用される
。その理由は温度が低いと化学吸脱着が緩慢であるから
である。
。その理由は温度が低いと化学吸脱着が緩慢であるから
である。
半導体ガス検知素子は、前述の特徴から、雰囲気中゛−
の還元性ガス検出を目的とした、ガス漏れ警報器−の防
災機器郷使用されている。
の還元性ガス検出を目的とした、ガス漏れ警報器−の防
災機器郷使用されている。
Ｌ−％ｘ ’Ｌ ｔ、、 ”ｔｑｆｔ記半導′体ガス検
知素子には、雰囲気 □中の水分による影響を受ける
という欠点がある。
知素子には、雰囲気 □中の水分による影響を受ける
という欠点がある。
Ｓ ｎ Ｏ２系セラミック感応体を用いた半導体式ガス
検知素子の場合、雰囲気中の還元性ガスおよび水分の含
有比率の増加に伴い、電気抵抗値が減少す不という特性
を有している。このため、雰囲気中の水分量に変動があ
ると、還元性（可燃性）ガスを精度よく検出することが
できない。
検知素子の場合、雰囲気中の還元性ガスおよび水分の含
有比率の増加に伴い、電気抵抗値が減少す不という特性
を有している。このため、雰囲気中の水分量に変動があ
ると、還元性（可燃性）ガスを精度よく検出することが
できない。
通常、ガス漏れ警報器等の防災機器は空気中で使用され
ることが多く、空気中の水分量は設置環境、気候等によ
って変動する。
ることが多く、空気中の水分量は設置環境、気候等によ
って変動する。
前述のように、半導体ガス検知素子を用いて、還元性ガ
ス検出を精度よく行なうには、雰囲気中の水分量を計測
し、その址に応じて補償する必要がある。
ス検出を精度よく行なうには、雰囲気中の水分量を計測
し、その址に応じて補償する必要がある。
本発明の目的は雰囲気中の水分量の変動による還元性ガ
ス検出精度の低下を除去したガス検出装置を提供するこ
とにある。
ス検出精度の低下を除去したガス検出装置を提供するこ
とにある。
すなわち、本発明は、半導体ガス検知素子と、高温度下
で湿度のみに感じる湿度検知素子を用い、半導体ガス検
知素子の電気抵抗値と湿度検知素子の電気抵抗値との比
を電気信号に変換し、′これをガス検知信号の補償のた
めの信号として用いることにより、従来の問題点を解決
している。
で湿度のみに感じる湿度検知素子を用い、半導体ガス検
知素子の電気抵抗値と湿度検知素子の電気抵抗値との比
を電気信号に変換し、′これをガス検知信号の補償のた
めの信号として用いることにより、従来の問題点を解決
している。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明る。
第１図は本発明に用いる半導体ガス検知素子の感ガス特
性の一例を示す図である。なお、ここでは、半導体ガス
検知素子の感ガス材料としてＳ ｎＯ２セラミソクを用
い、半導体ガス検知素子を４ｏｏ℃に保ち、任意の水分
を含む空気中のエチルアルコール濃度をパラメータとし
て測定した結果を示している。
性の一例を示す図である。なお、ここでは、半導体ガス
検知素子の感ガス材料としてＳ ｎＯ２セラミソクを用
い、半導体ガス検知素子を４ｏｏ℃に保ち、任意の水分
を含む空気中のエチルアルコール濃度をパラメータとし
て測定した結果を示している。
第２図は半導体ガス検知素子の抵抗−水蒸気濃度特性を
示す図であり、半導体ガス検知素子を４００℃に保ち、
エチルアルコール１００ｐｐｍ ｋ含む空気中の水蒸気
濃度に対する抵抗値を測定した結果を示している。
示す図であり、半導体ガス検知素子を４００℃に保ち、
エチルアルコール１００ｐｐｍ ｋ含む空気中の水蒸気
濃度に対する抵抗値を測定した結果を示している。
半導体ガス検知素子の特性は第１図と第２図より次式で
近似することができる。
近似することができる。
Ｒ ＝ Ｒ ｏ − （Ａ／Ａｏ ）ａ− （ Ｈ／Ｈ
ｏ ）β ・・− −− （１）ただし Ａ：空気中のエチルアルコール濃度〔ｐｐｍ：］ＡＯ：
基準のエチルアルコール濃度〔ｐｐｍ〕α：半導体ガス
検知素子によって決壕る定数Ｈ：空気中の水蒸気濃度Ｃ
ｐｐｍ：］ ＨＯ：基準の水蒸気濃度［ｐｐｍ） β：半導体ガス検知素子によって決まる定数Ｒｏ：空気
中のエチルアルコール濃度および水であるときの抵抗値
〔Ω〕 暮 Ｒ：エチルアルコール会び水蒸気を含む空気中の抵抗〔
Ω〕 ここでＡｏ 、 ａ 、Ｈｏ 、β，Ｒｏは定数である
。
ｏ ）β ・・− −− （１）ただし Ａ：空気中のエチルアルコール濃度〔ｐｐｍ：］ＡＯ：
基準のエチルアルコール濃度〔ｐｐｍ〕α：半導体ガス
検知素子によって決壕る定数Ｈ：空気中の水蒸気濃度Ｃ
ｐｐｍ：］ ＨＯ：基準の水蒸気濃度［ｐｐｍ） β：半導体ガス検知素子によって決まる定数Ｒｏ：空気
中のエチルアルコール濃度および水であるときの抵抗値
〔Ω〕 暮 Ｒ：エチルアルコール会び水蒸気を含む空気中の抵抗〔
Ω〕 ここでＡｏ 、 ａ 、Ｈｏ 、β，Ｒｏは定数である
。
第３図は本発明で用いる湿度検知素子の抵抗と水蒸気濃
度との関係を示す図である。
度との関係を示す図である。
なお、湿度検知素子の感ガス材料としてはＴ １０２
。
。
ＺｒＯ２，Ｎ’ｂ ２０６，およびＴａ２０６からなる
群より選ばれた一種以」二の成分からなるかまたはそれ
を主たる成分として含むセラミックであればいずれのも
のでも使用できる。このときの副成分としてはＢｅＯ，
ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ， ＳｒＯ， ＺｎＯ，ＣｄＯ
およびＡｌ２０３からなる群より選ばれた一種以上の成
分が特に適している。ここではＺ ｒ Ｏ２系セラミッ
クを用いている。この湿度検知素子は、還元性ガス濃度
が０〜３ ０００ ｐ ｐ ｍの範囲内で変化しても、
還元性ガスの影響を受けることなく、水蒸気のみを検出
することができるものである。なお、この図に示す湿度
検知素子の特性はｅｏｏ’Ｃの高温度下で水蒸気濃度を
変化させて抵抗値を測定した結果である。
群より選ばれた一種以」二の成分からなるかまたはそれ
を主たる成分として含むセラミックであればいずれのも
のでも使用できる。このときの副成分としてはＢｅＯ，
ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ， ＳｒＯ， ＺｎＯ，ＣｄＯ
およびＡｌ２０３からなる群より選ばれた一種以上の成
分が特に適している。ここではＺ ｒ Ｏ２系セラミッ
クを用いている。この湿度検知素子は、還元性ガス濃度
が０〜３ ０００ ｐ ｐ ｍの範囲内で変化しても、
還元性ガスの影響を受けることなく、水蒸気のみを検出
することができるものである。なお、この図に示す湿度
検知素子の特性はｅｏｏ’Ｃの高温度下で水蒸気濃度を
変化させて抵抗値を測定した結果である。
湿度検知素子の特性は、第３図より次式で近似できる。
γ
ＲＨ＝ＲＨ０●（Ｈ７１｛ｏ） ・・・・・・・
・・（２）ただし Ｈ：空気中の水蒸気濃度Ｃｐｐｍ） ＨＯ：基準の水蒸気濃度Ｃｐｐｒｎ：］γ：湿度検知素
子によって決捷る定数 ＲＨｏ：水蒸気Ｈｏ〔ｐｐｒｎｌ を含む空気中の抵
抗値〔Ω〕 ＲＨ：水蒸気を含む空気中の抵抗値〔Ω〕Ｈｏ、γ、Ｒ
Ｈｏは定数である。
・・（２）ただし Ｈ：空気中の水蒸気濃度Ｃｐｐｍ） ＨＯ：基準の水蒸気濃度Ｃｐｐｒｎ：］γ：湿度検知素
子によって決捷る定数 ＲＨｏ：水蒸気Ｈｏ〔ｐｐｒｎｌ を含む空気中の抵
抗値〔Ω〕 ＲＨ：水蒸気を含む空気中の抵抗値〔Ω〕Ｈｏ、γ、Ｒ
Ｈｏは定数である。
ここでγの値は湿度検知素子に用いるＺ ｒ Ｏ２系セ
ラミツクの焼成条件、添加物の種類および濃度。
ラミツクの焼成条件、添加物の種類および濃度。
さらには原料の粉末特性等の製造条件によって制御する
ことができる。
ことができる。
本実施例では、γの値が半導体ガス検知素子のβの値に
等しい、すなわち次式の関係が成立する特性の湿度検知
素子を用いた。
等しい、すなわち次式の関係が成立する特性の湿度検知
素子を用いた。
γ−β ・・・・・・・・（３）第４
図は本発明によるガス検出装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
図は本発明によるガス検出装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
発熱体１１発熱体２は湿度検知素子ＲＨ１半導体ガス検
知素子Ｒを加熱するためのものである。
知素子Ｒを加熱するためのものである。
これら素子ＲＨ，Ｈには式（１） ＋ （２） 、 （
３）に示す特性のものを用いた。
３）に示す特性のものを用いた。
電源３は発熱体１２発熱体２に電力を供給するためのも
のである。
のである。
湿度検知素子ＲＨと半導体ガス検知素子Ｒは演算増巾器
４に接続され、これらにより反転増巾器が構成されてい
る。すなわち、湿度検知素子ＲＨは反転増巾器の入力抵
抗器として用いられ、半導体ガス検知素子Ｒは負帰還用
抵抗器として用いられる。反転増巾器の入力端には定電
圧源５が接続されている。ここで、定電圧源５の出力電
圧をＶｌとし、反転増巾器の出力電圧ｖ２とすると、そ
の関係は次式のようになる。
４に接続され、これらにより反転増巾器が構成されてい
る。すなわち、湿度検知素子ＲＨは反転増巾器の入力抵
抗器として用いられ、半導体ガス検知素子Ｒは負帰還用
抵抗器として用いられる。反転増巾器の入力端には定電
圧源５が接続されている。ここで、定電圧源５の出力電
圧をＶｌとし、反転増巾器の出力電圧ｖ２とすると、そ
の関係は次式のようになる。
ｖ２＝■１・Ｒ／ＲＨ・・・・団・（４）反転増巾器の
入力ｖ１ は定数であることから、反転増巾器の出力■
２は半導体ガス検知素子Ｒと湿度検知素子ＲＨの抵抗比
に比例する。
入力ｖ１ は定数であることから、反転増巾器の出力■
２は半導体ガス検知素子Ｒと湿度検知素子ＲＨの抵抗比
に比例する。
式（４）に式（１）１式（２）２式（３）を代入すると
、次式が得られる。
、次式が得られる。
■２＝ｖ１・ＲＯ／ＲＨ０・（八／Ａｏ） ・−
・・・（５）式（５）中のｖｌ、ＲＯ９ＲＨ０，ＡＯ９
α は定数である（７）ｆ、Ｋ＝ｖ１・ＲＯ／（ＲＨｏ
・ＡＯ）とすルト、式（５） ％式％（６） となり、■２は水蒸気を除くガス濃度に依存する。
・・・（５）式（５）中のｖｌ、ＲＯ９ＲＨ０，ＡＯ９
α は定数である（７）ｆ、Ｋ＝ｖ１・ＲＯ／（ＲＨｏ
・ＡＯ）とすルト、式（５） ％式％（６） となり、■２は水蒸気を除くガス濃度に依存する。
以上実施例を用いて説明を行なったが、前記の実施例は
本発明の回路構成および半導体ガス検知素子の種類を限
定するものではない。
本発明の回路構成および半導体ガス検知素子の種類を限
定するものではない。
このように、本発明の装置は、高温度下で電気抵抗がガ
ス濃度に依存する半導体ガス検知素子と、同じく湿度に
のみ依存する湿度検知素子とを用い、両者の抵抗値の比
をガス検知信号の補償信号としているので、以下の効果
を有する。
ス濃度に依存する半導体ガス検知素子と、同じく湿度に
のみ依存する湿度検知素子とを用い、両者の抵抗値の比
をガス検知信号の補償信号としているので、以下の効果
を有する。
（１）還元性ガスの検出をする際、湿度の影響を除去あ
るいは低減できるので、その検知精度と信頼性が高い。
るいは低減できるので、その検知精度と信頼性が高い。
（２）簡単な構成で還元性ガス濃度のみに依存した電気
信号が得られ、各種機器とのインターフェースが容易と
なる。
信号が得られ、各種機器とのインターフェースが容易と
なる。
（３）半導体ガス検知素子の湿度補償に用いる湿度検知
素子は高温度ドで湿度検出をするため、雰囲気中の塵埃
や油分の物理吸着を防止でき、長期１川安定したガス検
知ができる。
素子は高温度ドで湿度検出をするため、雰囲気中の塵埃
や油分の物理吸着を防止でき、長期１川安定したガス検
知ができる。
第１図は本発明に用いた半導体ガス検知素子の還元性ガ
ス特性を示す図、第２図はその湿度特性を示す図である
。第３図は本発明に用いた湿度検知素子の湿度特性を示
す図である。第４図は本発明によるガス検出装置の一実
施例の構成を示すブロック図である１、。 ＲＨ・・・・・・湿度検知素子、Ｒ・・・・・・半導体
ガス検知素子、１，２・・・・・発熱体、３・・・・・
・電源、４・・・・・・演算増巾器、５・・・・・・定
電圧源。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 丁ゲ、ノール浪、廣 （Ｐｌ’ｍ） 第２図 水黒気１浅〔ＰＰｒｎ ） 第３図 氷黒人値度 （ｐＰｒｎ １ 第４図
ス特性を示す図、第２図はその湿度特性を示す図である
。第３図は本発明に用いた湿度検知素子の湿度特性を示
す図である。第４図は本発明によるガス検出装置の一実
施例の構成を示すブロック図である１、。 ＲＨ・・・・・・湿度検知素子、Ｒ・・・・・・半導体
ガス検知素子、１，２・・・・・発熱体、３・・・・・
・電源、４・・・・・・演算増巾器、５・・・・・・定
電圧源。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 丁ゲ、ノール浪、廣 （Ｐｌ’ｍ） 第２図 水黒気１浅〔ＰＰｒｎ ） 第３図 氷黒人値度 （ｐＰｒｎ １ 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （リ 高温度下で電気抵抗がガス濃度に依存する半導体
ガス検知素子と、高温度下で電気抵抗が湿度のみに依存
する湿度検知素子とを用い、前記半導専 体ガス検知素子の抵抗と前記湿度検知素子の抵抗値の比
をガス検知信号の補償のための信号とすることを特徴と
するガス検出装置。 （２）湿度検知素子がＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５
，およびＴａ２０６の群より選ばれた一種以上からなる
か、またはそれを主たる成分として含むセラミックを感
ガス材料に用いていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207582A JPS58158550A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207582A JPS58158550A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58158550A true JPS58158550A (ja) | 1983-09-20 |
| JPS6310384B2 JPS6310384B2 (ja) | 1988-03-07 |
Family
ID=12625936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4207582A Granted JPS58158550A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58158550A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019065127A1 (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-04 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| JP2019060848A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56164949A (en) * | 1980-05-23 | 1981-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Multifunction detector |
-
1982
- 1982-03-16 JP JP4207582A patent/JPS58158550A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56164949A (en) * | 1980-05-23 | 1981-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Multifunction detector |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019065127A1 (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-04 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| JP2019060848A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| US11499932B2 (en) | 2017-09-26 | 2022-11-15 | Tdk Corporation | Gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310384B2 (ja) | 1988-03-07 |
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