JPS58198751A - ガス検知素子 - Google Patents

ガス検知素子

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JPS58198751A
JPS58198751A JP8197382A JP8197382A JPS58198751A JP S58198751 A JPS58198751 A JP S58198751A JP 8197382 A JP8197382 A JP 8197382A JP 8197382 A JP8197382 A JP 8197382A JP S58198751 A JPS58198751 A JP S58198751A
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JP
Japan
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oxide
hydrogen
gas
methane
butane
Prior art date
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Pending
Application number
JP8197382A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigekazu Kusanagi
草薙 繁量
Shigeo Akiyama
茂夫 秋山
Toru Nobetani
延谷 徹
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 Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP8197382A priority Critical patent/JPS58198751A/ja
Publication of JPS58198751A publication Critical patent/JPS58198751A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、メタンなどの可燃性ガスを感知したとき罠
警報を発するガス漏れ警報器の素子などとして用いられ
るガス検知素子に関する。
金属酸化物半導体に可燃性ガスが吸着したときに生°じ
る抵抗値変化を利用してガス検知を行う素子は、公知で
ある。発明者らは、このような素子としてすぐれた特性
を示すものとして酸化インジウムを主成分としたものに
ついて種々開発を進めてきた。
酸化インジウムは、水素、プロパン、ブタンなどの可燃
性ガスに接触したとき素子として使用するに充分な抵抗
値変化を示す、すなわち充分なガス感度が有する。しか
し、その焼結体は、素子抵抗値が非常に小さいため、こ
れをガス漏れ警報器に用いようとすると、回路設計が困
難になる等の問題が発生し、実用上難点がある。また、
一般に、ガス検知用酸化物半導体は、可燃性ガス濃度が
ある程度高くなると、ガス濃度変化に対する抵抗値変化
の割合が濃度に比例しては増加せず飽和に達する傾向が
見られるところ、酸化インジウムもこの例にもれず、し
かも、酸化インジウムの場合、これ単独では可燃性ガス
が比較的低濃度である段階においてすでに飽和に達し、
実用濃度域での素子抵抗値変化の濃度に対する関係が直
線型とならない。すなわち素子抵抗値の濃度依存性(濃
度分離性)がやや小さく検知レベルの設定が困難である
という問題もある。加えて、酸化インジウムは誤報の原
因となる周囲湿度の影響を受けやすいという欠点もあっ
た。さらに、このものは、メタンに対する感度が水素や
イソブタンに対する場合に比べて低いという問題もあっ
た。
そこで、発明者らは、酸化インジウムのもりすぐれた特
性を滅却させることなく素子抵抗値を実用性ある領域に
まで高め、かつ、濃度分離性を大きくし湿度の影響を受
けにくくするとともにメタン感度をも高めるため、酸化
インジウムは添加物の使用によって特性が調節されやす
いという特質があることを利用するべく、添加物の使用
を考え、種々のものについて詳細に検討した。
それらの中で、目的のガスを検知する能力(ガス検知能
)を示す成分すなわち有効成分が酸化イ、1 ンジウム、酸化錫および酸化パラジウムからなるガス検
知素子が、きわめてすぐれていることを見出した。この
ガス検知素子は可燃性ガスが吸着したときに生じる実用
濃度域での素子抵抗値変化が大きく、かつ、ガス濃度に
対して素子抵抗値変化が直線関係を有し、ガス感応性に
富んだ実用性の大きいものである。
しかし、このガス検知素子は、メタン、ブタンおよび水
素のすべての可燃性ガスに対して感動してガス検知でき
るが、メタンおよびブタンに比較して水素に対する感度
が高いため、メタン、ブタンおよび水素の各ガスに対す
る爆発限界下限値を基準とした場合に、各ガス種すべて
について同一程度でその危険状態を検知することは困難
である。
この発明はこのような事情に鑑みなされた本のであって
、水素に対する感度調節を行なうことによってメタン、
ブタンおよび水素の各ガス種すべてについて同一程度に
その危険状態を検知することのできるガス検知素子を提
供するものである。
この発明にかかるガス検知素子は、有効成分が酸化イン
ジウム、酸化錫および酸化パラジウムと、酸化ロジウム
および酸化白金の少なくとも一方とからなり、前記各酸
化物の相互割合が、酸化インジウム25〜50重量%、
酸化錫75〜50重量%、酸化パラジウム0.06〜5
重量%であるとともに酸化ロジウムおよび酸化白金の少
なくとも一方が0.06〜3重量%であって、前記酸化
ロジウムおよび酸化白金の少なくとも一方の含有量が前
記酸化パラジウムの含有量以下であることを特徴として
いる。以下、これについて詳しく述べる。
この発明のガス検知素子は各種ガスに対する感度の向上
とバランスを図るため、それぞれに特質を有する酸化イ
ンジウム、酸化錫および酸化パラジウムと、酸化ロジウ
ムおよび酸化白金の少なくとも一方とでもって有効成分
を構成している。
この発明において素子を構成する各酸化物は、複数種類
の原子価をもつことに起因して種々の酸化形態をとりう
ることがあるが、その種類は問わない。また、複数種類
の酸化形態が存在する酸化物については、いずれかの酸
化形態のものが単独で素子中に存在する場合のほか、複
数種類の酸化形態のものが併せて素子中に存在する場合
本ある。
なお、ここにいう酸化形態には格子欠陥などに起因して
非化学量論的組成をもつ本のも含まれている。
もつとも、普通、酸化インジウムはInz03、酸化錫
は5no2  という酸化形態であり、酸化ノ(ラジウ
ムはPdOという酸化形態であり、酸化ロジウムはRh
zO3という酸化形態であり、酸化白金はPt0zとい
う酸化形態である。したがって、・この明細書において
、素子を構成する成分の割合(組成比)を考えるに当た
っては、各酸化物はすべて上に表わされている酸化形態
のものに換算されることとしている。なお、In 、 
Sn 、 Pd 、 RhおよびPtは元素状態で素子
中に存在することもあるが、そのような場合もこれを上
記の酸化物とみなして組成比が計算される。
有効成分を構成する各成分の相互割合は、酸化インジウ
ムが25〜50重量%(以下チと略す)を占め、酸化錫
が75〜5(lを占め、酸化パラジウムが0.06〜5
チを占め、酸化ロジウムおよび酸化白金の少々くとも一
方が0.06〜3嗟を占めてお如、この酸化ロジウムお
よび酸化白金の少なくとも一方の含有量は各々単独はも
とより両者を併用した場合でも前記酸化バラジリムの含
有量以下であることが必要である0 各成分の相互割合が上のように定められている理由は、
以下のとお少である。酸化インジウムが50−を超える
と、素子抵抗値が小さくなりすぎて警報器の回路形成上
問題が生じる。さらに、メタンに比較して水素やブタン
に対する感度が低くたるという問題も生じる。酸化錫が
75チを超えると、水素の濃度依存性が小さくなり、高
濃度での感度が下がってくる。酸化パラジウムが5−を
超えると素子抵抗値が小さくなり、各ガスに対する感度
も下ってくる。酸化パラジウムが0.06 S未満にな
ると、メタンに対する感度がなくなる。
この場合、酸化インジウム−酸化錫−酸化パラジウムの
3成分系検知素子は目的のガスを検知する能力(ガス検
知能)はすぐれているが、水素に対する感度が強いため
、メタン、ブタンおよび水素の各種ガスに対するガス検
知のノ(ランス面では劣っている。この発明は、かかる
酸化インジウム−酸化錫−酸化パラジウムの3成分系素
子が持つ水素ガスに対する検知感度を低下させて各種ガ
スに対する感度バランスを一整するようにしている。
コツタめ、酸化ロジウムおよび酸化白金の少すくとも一
方の成分を添加しているのである。
酸化ロジウムおよび酸化白金は少量でも水素感度を低下
させる作用が強く、含有量が多いとレベル設定余裕率E
(素子がメタン、ブタンおよび水素のいずれに対しても
同様に感動しているかどうかを判断する指標)が小さく
なりすぎる。そこで、酸化ロジウムおよび酸化白金の含
有量は各々単独はもとより2成分を併用した場合で本前
記ノ(ラジウムの含有量以下にするようにしているので
ある。
特に好ましい使用形態としては、酸化ロジウムおよび酸
化白金の両者を併用することである。この場合はより一
層レベル設定余裕率Eが大きい高信頼性の素子が得、、
5れる。
ガス検知素子をつくるに当たっては、この発明の効果を
妨げない範囲において、他の増量剤として働く成分など
を添加することができる。
この発明にかかる可燃性ガス検知素子の形態としては、
良好なガス感度が容易に得られる、経時安定性が良い等
の理由から、一般的には焼結体に構成する形態が選ばれ
る。
その製造原料、製造方法等も、原料の入手の容易さ、コ
ストやその使用目的等を勘案して適宜に選ばれる。製造
用出発原料としては、素子となっタトキに酸化インジウ
ムであり、酸化錫であり、また酸化パラジウムであり、
酸化ロジウムであり、酸化白金でありさえすれば種類は
問わず、目的の酸化物そのものであってもよい。
原料粉末の混合を乾式方式で行なうと、粒径は小さくな
り、混合分散状態が良くなる。抵抗値も高くなるので原
料粉末は乾式混合を行なうことが好ましい。しかし、こ
れに限定されない。
この発明にかかるガス検知素子はガス種がメタン、ブタ
ンおよび水素のいずれであっても同一程度でバランスよ
くその危険状態を検出できる。したがって、種々のガス
成分が存在する都市ガスに対し、1個のガス漏れ警報器
によって監視することができる。
つぎに実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例および比較例〕
原料粉末としてInzO3* Snow 、 PdOと
RhzOsおよびptozとを選び、これらの原料を第
1表の相互割合で配合し、石川式摺潰機で充分乾式混合
(総量1g−30分間)した後、混合粉末を一定量(1
5mg)秤量して白金線電極(直径0.2 mm d 
e長さ15mm)が2本平行に埋設された直径2mm≠
、長さ2 mmで円柱状の素子形状に圧縮成形(圧力1
〜2 t/ cm”) l、、焼成温度600℃、焼成
時間1〜3時間、空気中という焼成条件で焼成すること
によって、素子すなわちガス感応体(焼結体)をつくっ
た。
(以 下 余 白) (11) 上で得られた各素子について、精製空気と2.これにメ
タン、ブタンまたは水素を含有させたものを被検ガスと
して、ガス濃度と抵抗値の関係を調べた。結果は第2図
なhし第5図として示されている。これらの図と各側と
の対応は第1表に示されている。各図において、線−は
メタンの、線LBはブタンの、線LHは水素のそれぞれ
濃度−抵抗値関係をあられしている。
抵抗値の測定はつぎのようにして行なわれた。
すなわち、得られたガス検知素子1に、第1図に示すよ
りに抵抗測定用の固定抵抗2(抵抗値はRcΩ)を直列
に接続し、これらの両端に5vの一定電圧をかける。固
定抵抗2の両端の電位vc(v)を測定すれば、ガス検
知素子1の抵抗値Rs(Ω)が次の式により求められる
。ここに、Iは回路を流れる電流である。
(12) まず、ガス検知素子を装入した測定槽内に、湿度管理さ
れた精製空気を送り込み、雰囲気を充分に安定させたの
ち、前記の方法で素子抵抗値を測定する。つぎに、水素
、メタン、ブタンを順に測定槽内に送り込み、充分に安
定した状態(約2時間経過後)で、それぞれのガス雰囲
気中における抵抗値を同様な方法で測定する。この場合
、測定の履歴を残さないよう、それぞれの測定の間に1
日程度の間隔をあけるのが望ましい。なお、測定に際し
ては、索子加熱用ヒータに負荷する電圧を調整すること
により、素子の温度を450℃に設定保持した。
また、素子が水素、メタンおよびブタンのいずれに対し
ても同様に感動しているかどうかを判断するレベル設定
余裕率Eを下式で求めて、第1表に示した。
I E= − 2 上式において、R1は爆発限界下限の100分の1であ
る水素0.04 % 、メタン0.051およびブタン
0.0214Cおける各素子抵抗値のうちの最小値を、
また、R2は爆発限界下限の4分の1である水素1.0
%、メタン1.251およびブタン0.45俤における
各素子抵抗値のうちの最大値をあられす。
さらに、このようにして得られた最小値と最大値の相乗
平均5戸iを求め、中間抵抗値として第1表に併記した
以上の結果を総合して判定すれば、実施例はいずれも比
較例よりすぐれていた。すなわち、比較例1,2はレベ
ル設定余裕率Eが小さく、メタン1ブタンおよび水素に
対する検知のバランスが悪いからである。
【図面の簡単な説明】
第1図は素子の抵抗を調べる九′めの電気回路図、第2
図ないし第5図は実施例1,2および比較例1.2のガ
ス濃度−抵抗値関係をあられすグラフである。 特許出願人、扮下電工株式会社 代理人 弁理士 松 木  武 彦 第2図 第4図 第3図 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有効成分が酸化インジウム、酸化錫および酸化パ
    ラジウムと、酸化ロジウムおよび酸化白金の少なくとも
    一方とからなシ、前記各酸化物の相互割合が、酸化イン
    ジウム25〜50重量%、酸化錫75〜50重量%、酸
    化パラジウム0.06〜5重量優であるとともに酸化ロ
    ジウムおよび酸化白金の少なくと亀一方が0.06〜3
    重量繋であって、前記酸化ロジウムおよび酸化白金の少
    なくとも一方の含有量が前記酸化パラジウムの含有量以
    下であることを特徴とするガス検知素子。
  2. (2)素子が焼結体である特許請求の範囲fa1項記載
    のガス検知素子。
JP8197382A 1982-05-14 1982-05-14 ガス検知素子 Pending JPS58198751A (ja)

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JP8197382A JPS58198751A (ja) 1982-05-14 1982-05-14 ガス検知素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270127A (zh) * 2018-09-27 2019-01-25 北京镭硼科技有限责任公司 一种平面半导体气体传感器芯片及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5773661A (en) * 1980-10-25 1982-05-08 Matsushita Electric Works Ltd Sensing element for combustible gas

Patent Citations (1)

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