JPS587324Y2 - ガス ケムリケンシユツソウチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はガス敏感性金属酸化物半導体からなる検知素子
を有するガス・煙検出装置において、加熱温度の調節１
こよって複数種のガスに対して最適な感度を示すように
したガス・煙検出装置に関するものである。

ガス敏感性金属酸化物半導体からなるガス検知素子にお
いては、ガスの吸脱着速度を向上させるため、或いはガ
ス吸着による素子の電気抵抗変化を犬にする等の目的か
ら、これをヒータによって加熱して用いるのが一般的で
ある。

しかしてガス検知素子がその電気抵抗変化、即ち感度を
最大にとり得る温度はガスの種類によって異なるため。

従来採用されでいるようなヒータに一定電圧を印加して
一定温度に加熱する方法では、ガスの種類によって感度
が大きく異なることになり、このため複数種のガスを検
出する装置としては充分な機能を果しえなかった。

また、水素、−酸化炭素、アルコール蒸気等一般に比較
的低温域で最大感度をとり得るガスを対象とする検出装
置にこれを利用する場合、ヒータ電圧を低くして使用す
ることが望ましいが１反面。

ヒータ電圧を下げるとガスの吸脱着に長時間を要し、素
子の電気抵抗変化が雰囲気の変化に敏速に追従しなくな
り、このため上記のガスに対して十分な感度が得られる
ような温度までヒータの電圧を下げることは実際の装置
ではできなかった。

本考案はこのような点に鑑みてなされたものであり、検
知素子を含む検出用回路に印加する電圧を一定に保った
まま、検知素子の加熱用ヒータの通電量を周期的に変化
させ、これをこ応した素子温度の変化により検知素子の
感度を周期的１こ変化させ、この高温加熱域と低温加熱
域とにわたって変化する検知素子の感度のピーク値を、
ピーク検出器を用いで検出することにより１種々のガス
ｆこ対しで最適な感度を示すようにすると共に雰囲気の
変化に対しでも敏速に追従するようにしたものである。

以下１本考案の実施例を図面によって説明する。

第１図においで１はガス敏感性金属酸化物半導体からな
るガス検知素子、２はこれに直列に接続した負荷抵抗で
あって、これらにより上記検知素子がガスまたは煙と接
触したときの導電性の変化を検出する検出用回路が構成
される。

そして、この検出用回路には一定の電圧ｖｃを印加する
回路電源（図示省略）が接続されでいる。

また、上記負荷抵抗２の両端ｆこは適当な時定数を持っ
たピーク検出器３を介しで出力端子４，４を接続してい
る。

ガス検知素子１の一方の電極はヒータ１１に兼用され、
このヒータ１１には５回路電圧Ｖｏを変動させることな
くヒータ１１への供給電力を周期的に変化させるヒータ
電源を接続し、これによってガス検知素子１の温度およ
びこれに依存する感度を周期的（こ変化させるようにし
ている。

このヒータ電源は、ヒータ１１にダイオード５を介して
回路電源とは別の交流電源（電圧ｖＨ）を接続すると共
に、このダイオード５と並列に制御整流素子６を逆極性
に接続し、さらにこの制御整流素子６のゲートにインタ
ーラブタータイマーＴを接続してなる。

そして、制御整流素子６がインターラブタータイマー７
によって周期的にオン、オフされることにより、制御整
流素子６がオフのときにはヒータ１１に半波整流された
電流が流され、また制御整流素子６がオンのときにはヒ
ータ１１にダイオード５による電流と制御整流素子によ
る電流とが流される。

このような動作の繰返しがインターラブタータイマー１
によって定められた周期で行なわれ、これによってヒー
タ１１に対する通電量が周期的に変化するように、ヒー
タ電源が構成されでいる。

この装置においでは、ヒータ１１への通電量を適当な周
期たとえば数十秒道度の周期で変化させることにより、
ガス検知素子１の温度変化に伴ってその抵抗値が変化す
るため、これに直列に接続した負荷抵抗２の両端１こ発
生する電圧は脈動することになるが、この電圧はピーク
検出器３によってピーク電圧で保持されて出力端子４，
４ｔこ取出される。

この装置における検出特性は一酸化炭素ガスに対しては
第２図に示すように、またメタンガスに対しては第３図
に示すようになり１図において実線は負荷抵抗２の両端
の電圧を、また点線はピーク検出器３の電力電圧の変動
を示す。

またＨおよびＬはそれぞれヒータ１１に対する通電量の
大きい領域および小さい領域、すなわち高温加熱域と低
温加熱域とを示し、第１図に示すヒータ電源によれば高
温加熱域Ｈと低温加熱域りとでのヒータ電力の比はほぼ
２：１となる。

第２図において、清浄大気中ではガス検知素子１は定常
状態にあるために、負荷抵抗２の両端の電圧はヒータ１
１の通電量の変化に対応した周期で、領域イに示すよう
に脈動している。

ここで。雰囲気中裔こ一酸化炭素ガスが発生すると、負
荷抵抗２の両端の電圧は領域口に示すように変化する。

即ち、前述のように一酸化炭素に対してはガス検知素子
１は低温度で高温度になるが定常状態に達するのに時間
を要するために１図示するように負荷抵抗２の両端の電
圧は領域りでゆっくり上昇し、領域Ｈに移ると一瞬鋭い
ピークを示してから低下することになり、以後これを繰
返す。

このピークの発生は雰囲気中のガスの濃度に応じて完全
に再現性があり、また充分に高い値が得られる。

従ってピーク検出器３の出力電圧も、低濃度の一酸化炭
素混合雰囲気に対して非常に大きな値となる。

雰囲気が清浄大気に戻ると、領域ハ昏こ示すように、領
域Ｈ即ちガス検知素子１が高温の際にガスの脱着が速か
に行なわれるために、ガス検知素子１の電気抵抗は短時
間内に清浄大気中での定常状態に戻る。

このよう◆こ、−酸化炭素の検出にあたっては、ヒータ
１１に対する通電量の変化の際に現われる鋭いピーク電
圧を利用することによって高感度を得るようにしており
、これによってガス検知素子の加熱用ヒータに対する電
圧を、応答速度昏こよって律せられる実用可能な最低電
圧としており、一定電圧で使用する場合に比較して約３
倍の抵抗変化率を得ることに成功した。

この点を明らかにするため、具体的に当発明者が行った
実験の結果を次に示す。

この実験では。ガス検知素子１としてＳｎＯ２単味のも
のを用い。

ヒータ１１には使用時に２Ωとなるものを用い。

第１図の回路において検出回路用電源電圧Ｖｏを直流１
０Ｖ、ヒータ電源用交流電圧ｖＨを１．６ｖ（実効値）
とし、負荷抵抗２を４にΩとした。

また、ヒータ電力変動周期は６０秒（高温加熱域３０秒
、低温加熱域３０秒）とした。

この実験によると、高温加熱域Ｈの温度は約３００℃、
低温加熱域りの温度は約２００℃となり、素子温度は電
力切換え後１０秒以下で安定した。

また、雰囲気温度２０℃、湿度６５％として。空気中と
一酸化炭素中とでの感度および出力の変化を調べると１
次の表に示すようになった。

なお。同表中に示す比較例は、従来装置に相当するもの
として一定のヒータ電圧により素子を常に２００☆☆℃
に加熱した場合の測定結果である。

第３図は高いヒータ電圧で高感度が得られるタイプのガ
スに対する回路の動作例をメタンガスを例として示した
ものであり、この場合ヒータ１１に対する通電量の変化
時に現われる鋭いピーク電圧は、−酸化炭素の場合とは
逆に一瞬負の方向に出るが、このガスに対しては高温で
高感度となることおよび高温度での応答速度が非常に早
く速やか（こ定常状態に接近するため、ピーク検出器３
は高ヒータ電流時における定常状態或いはそれに近い負
荷抵抗両端電圧を検出することとなる。

以上説明したように１本考案はガス検知素子のヒータに
対する通電を周期的に変化させて検知素子の温度を周期
的に変化させ、かつ、ピーク検出器によって上記検知素
子の感度のピーク値を検出することによって検出装置と
しての感度の向上を図ったものである。

即ち、−酸化炭素等のように素子を比較的低温に加熱す
ることが好ましいものｔこ対しては、吸脱着１こ要する
時間を短縮し、しかもヒータに対する通電量の変化時に
発生する再現性のあるピーク電圧を適当な時定数をもっ
たピーク検出器を利用することによってピークの値に数
十秒保持することにより、非常に高感度なガス・煙検出
装置とすることができる。

また上記装置においでは高いヒータ電圧で高感度を示す
メタン等のガスに対しても、素子の熱的劣化による感度
低下を来すことがないため、高低ヒータ電圧値並びにそ
の変化周期等を適当に選定することによって、あらゆる
ガスに対して高い感度を示すガス・煙検出装置或いは二
種類のガス（こ対して特に選択的に高感度となる装置等
の製作も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す回路図、第２図は一酸化
炭素ガスに対する装置の感度特性図、第３図はメタンガ
ス【こ対する装置の感度特性図である。 １・・・・・・ガス検知素子、２・・・・・−負荷抵抗
、３・・・・・・ピーク検出器、４・・・・・・出力端
子、５・・・・・・ダイオード、６・・・・・・制御整
流素子、Ｔ・・・・・・インターラブタータイマー １
１・・・・・・ヒータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ヒータを有する、ガス敏感性金属酸化物半導体からなる
   検知素子と、該検知素子がガスまたは煙と接触したとき
   の導電性の変化を検出するようにした検出用回路とを具
   備するガス・煙検出装置においで、上記検出用回路には
   一定の電圧を印加する回路電源を接続し、上記ヒータに
   は検知素子の温度および感度を周期的に変化させるよう
   に供給電力を周期的に変化させるヒータ電源を接続する
   と共に、上記検出用回路にピーク検出器を接続し。 該ピーク検出器により、高温加熱域と低温加熱域とにわ
   たって変化する上記検知素子の感度のピーク値を検出す
   るように構成したことを特徴とするガス・煙検出装置。