JPS60194347A - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
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- JPS60194347A JPS60194347A JP4983784A JP4983784A JPS60194347A JP S60194347 A JPS60194347 A JP S60194347A JP 4983784 A JP4983784 A JP 4983784A JP 4983784 A JP4983784 A JP 4983784A JP S60194347 A JPS60194347 A JP S60194347A
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- Japan
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- hydrogen
- gas
- amorphous alloy
- resistors
- bridge
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating 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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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は水素ガスセンサに関する。
（従来技術とその問題点）
従来、水素ガスセンサには、熱伝導や接触燃焼方式を利
用したもの等が用いられてきた。熱伝導を利用したもの
は、白金線の熱伝導がガスの濃度によって異なることを
利用して水素ガスの濃度を測定する方法であり、価格的
に安価ではあるが、検出感度に劣っている。−万、接触
燃焼方式はホイトストーンブリッジ回路の１辺だけを水
素ガスと接触させることによって水素ガスが燃焼する。
用したもの等が用いられてきた。熱伝導を利用したもの
は、白金線の熱伝導がガスの濃度によって異なることを
利用して水素ガスの濃度を測定する方法であり、価格的
に安価ではあるが、検出感度に劣っている。−万、接触
燃焼方式はホイトストーンブリッジ回路の１辺だけを水
素ガスと接触させることによって水素ガスが燃焼する。
この時の発生熱量に工９検知素子の温度が上昇し、抵抗
値の増加ｉこ工って、ブリッジ回路に出力電圧が生じる
ことを利用したものである。この方法によれば、１１０
０ｐｐまでの水素を検出することができるが、温度によ
って出力変化が大きいという欠点がある。
値の増加ｉこ工って、ブリッジ回路に出力電圧が生じる
ことを利用したものである。この方法によれば、１１０
０ｐｐまでの水素を検出することができるが、温度によ
って出力変化が大きいという欠点がある。
（発明の目的）
本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、構造
が簡単で安価な水素ガスセンサを提供することにるる。
が簡単で安価な水素ガスセンサを提供することにるる。
（発明の構成）
本発明によれば、水素を含む気体を非晶質合金に接触せ
しめ、該非晶質合金の水素吸収による電気抵抗変化を検
出することにエリ気体中の木葉濃度測定を行なう水素ガ
スセンサが得られる。
しめ、該非晶質合金の水素吸収による電気抵抗変化を検
出することにエリ気体中の木葉濃度測定を行なう水素ガ
スセンサが得られる。
（構成の詳細な説ｆ！Ａ）
本発明の特徴は、非晶質合金を用いることにある。一般
に結晶合金の電気抵抗は、水素を吸収することｌこよっ
て、濃度とともに直線的ζこ増加し、一定量以上吸収す
ると金属水素化物を作り、水素濃度に不連続が生じ、が
っ、水素雰囲気中では合金が脆化して不安定になるため
、検知素子には適していない。一方、非晶質合金におい
ては、電気抵抗の増加は、たとえば第１図のＰｄ、。ｓ
ｉ、。合金においてみられるように、水素濃度の対数に
対して直線的に増加する。したかって、わずかな水素濃
度の変化を大きな電気抵抗の増加として検出できる。ま
た、非晶質合金の電気抵抗は、温度係数が小さいという
特徴があるため、結晶化温度以下の温度範囲で使用すれ
ば、測定中の温反変化による出力変化は無視することか
できる。さらに、非晶質合金は一般に電気抵抗が大きい
という特徴があり、例えばブリッジを構成した場合、消
費電力を節約できるという利点がある。かつまた、非晶
質合金は水素雰囲気中においても、結晶合金より安定で
ある。
に結晶合金の電気抵抗は、水素を吸収することｌこよっ
て、濃度とともに直線的ζこ増加し、一定量以上吸収す
ると金属水素化物を作り、水素濃度に不連続が生じ、が
っ、水素雰囲気中では合金が脆化して不安定になるため
、検知素子には適していない。一方、非晶質合金におい
ては、電気抵抗の増加は、たとえば第１図のＰｄ、。ｓ
ｉ、。合金においてみられるように、水素濃度の対数に
対して直線的に増加する。したかって、わずかな水素濃
度の変化を大きな電気抵抗の増加として検出できる。ま
た、非晶質合金の電気抵抗は、温度係数が小さいという
特徴があるため、結晶化温度以下の温度範囲で使用すれ
ば、測定中の温反変化による出力変化は無視することか
できる。さらに、非晶質合金は一般に電気抵抗が大きい
という特徴があり、例えばブリッジを構成した場合、消
費電力を節約できるという利点がある。かつまた、非晶
質合金は水素雰囲気中においても、結晶合金より安定で
ある。
本発明の水素センサは、−例として、第２図のごとく、
ブリッジの抵抗１２．１３．１４．１５以外の電流端子
工６を銅によってプリントしたガラス基板１１上に、抵
抗としてスパッタ法または蒸着法などによって０．１μ
ｍ程度の非晶質合金薄膜を作製することによって構成す
ることができる。これら非晶質合金のうち、二つは検知
素子として水素ガスと接触しうる工うになっており、こ
の二つの合金が水素を吸収することによって、抵抗が変
化して、ブリッジ回路の平衡がくずれて、出力電圧が検
出できるようにする。さらに、ブリッジ基板の裏側には
、発熱体をおき、ブリッジを適当な温度に加熱すると、
水素の吸収、放出速度が速くなり、応答速度を速くする
こともできる。
ブリッジの抵抗１２．１３．１４．１５以外の電流端子
工６を銅によってプリントしたガラス基板１１上に、抵
抗としてスパッタ法または蒸着法などによって０．１μ
ｍ程度の非晶質合金薄膜を作製することによって構成す
ることができる。これら非晶質合金のうち、二つは検知
素子として水素ガスと接触しうる工うになっており、こ
の二つの合金が水素を吸収することによって、抵抗が変
化して、ブリッジ回路の平衡がくずれて、出力電圧が検
出できるようにする。さらに、ブリッジ基板の裏側には
、発熱体をおき、ブリッジを適当な温度に加熱すると、
水素の吸収、放出速度が速くなり、応答速度を速くする
こともできる。
（実施例）
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。第３図は本発明の実施例を示す構成図であり
、第３図（ａ）は基板の表側を、第３図（ｂ）は基板の
裏側を示す。
説明する。第３図は本発明の実施例を示す構成図であり
、第３図（ａ）は基板の表側を、第３図（ｂ）は基板の
裏側を示す。
基板２０は、−辺１７．５闘の正方形のガラスであり、
基板上に抵抗体２１．２２．２３．２４として、非晶質
合金Ｎ ｉ ｇｏ Ｚ ｒ ４０薄膜が蒸着されている
。蒸着された非晶質合金は厚さ約０．１μｍ１幅１ ｔ
ｘ翼で長さは５１Ｉｍである。抵抗体２２，２４および
電、光端子３０はガラス製のふたをもうけてあり、外界
と遮断されており、水素ガスと接触することはない。抵
抗体２１．２３はガス導入管２９によって、水素ガスと
接触している。基板の裏側には発熱体３１がとりつけで
ある。スイッチ３２を閉じて、発熱体３１に通電するこ
とによってブリッジを所定の温度に保持することが可能
となる。またスイッチ２６を閉じて、ガス導入管２９よ
りガスを導入し、抵抗体２１．２３を水素ガスと接触さ
せる。抵抗体である非晶質合金はガス中の水素を吸収す
ることによって電気抵抗が増加し、ブリッジ回路が不平
衡になる。この場合、作製した抵抗体の抵抗をＲΩとす
ると、出力電圧Ｅ、は、入力電圧Ｅ、とＥ＊＝Ｅ１△シ
２Ｒの関係になる。この場合、抵抗体２１．２２．２３
．２４は同材質であり、同形状に作られているため、基
板温度は発熱体によって加熱されて上昇しているものの
電気抵抗変化のうちで、温度変化と熱膨張による形状の
変化はすべてうち消されている。
基板上に抵抗体２１．２２．２３．２４として、非晶質
合金Ｎ ｉ ｇｏ Ｚ ｒ ４０薄膜が蒸着されている
。蒸着された非晶質合金は厚さ約０．１μｍ１幅１ ｔ
ｘ翼で長さは５１Ｉｍである。抵抗体２２，２４および
電、光端子３０はガラス製のふたをもうけてあり、外界
と遮断されており、水素ガスと接触することはない。抵
抗体２１．２３はガス導入管２９によって、水素ガスと
接触している。基板の裏側には発熱体３１がとりつけで
ある。スイッチ３２を閉じて、発熱体３１に通電するこ
とによってブリッジを所定の温度に保持することが可能
となる。またスイッチ２６を閉じて、ガス導入管２９よ
りガスを導入し、抵抗体２１．２３を水素ガスと接触さ
せる。抵抗体である非晶質合金はガス中の水素を吸収す
ることによって電気抵抗が増加し、ブリッジ回路が不平
衡になる。この場合、作製した抵抗体の抵抗をＲΩとす
ると、出力電圧Ｅ、は、入力電圧Ｅ、とＥ＊＝Ｅ１△シ
２Ｒの関係になる。この場合、抵抗体２１．２２．２３
．２４は同材質であり、同形状に作られているため、基
板温度は発熱体によって加熱されて上昇しているものの
電気抵抗変化のうちで、温度変化と熱膨張による形状の
変化はすべてうち消されている。
かつまた、抵抗体２１，２３は、非晶質合金であるため
、電気抵抗の温度変化が小さい。このため、水素の吸収
に伴なう温度変化による電気抵抗の変化も無視できる。
、電気抵抗の温度変化が小さい。このため、水素の吸収
に伴なう温度変化による電気抵抗の変化も無視できる。
より【、本グリッジにおける出力電圧Ｅｏは、すべて抵
抗体２１．２３の吸収した水素による抵抗増加によるも
のである。
抗体２１．２３の吸収した水素による抵抗増加によるも
のである。
ブリッジからの出力電圧Ｅｏは、記録計２８に記録され
る。なお第３図（ａ）、（ｂ）で２５．３３は電源、２
７は可変抵抗器である。
る。なお第３図（ａ）、（ｂ）で２５．３３は電源、２
７は可変抵抗器である。
第４図は、上記のＮｉｓ＠Ｚｒ４ｏ合金を５２３Ｋにお
いて、水素ガスと接触させることに請求めた水素の吸収
による電気抵抗の増加量とガス中の水素分圧の関係をめ
たものである。ただし、第４図において、ガス中の水素
分圧と合金中の水素濃度は補正しである。水素分圧が１
０”ｐｐｍから１０’ｐｐｍの範囲で直線となる。第３
図にお（するグリッジの入力電圧を６ｖとしたところ、
ガス中の水素分圧１１０００ｐｐにおいて、２．０６ｍ
Ｖの出力電圧が得られる。
いて、水素ガスと接触させることに請求めた水素の吸収
による電気抵抗の増加量とガス中の水素分圧の関係をめ
たものである。ただし、第４図において、ガス中の水素
分圧と合金中の水素濃度は補正しである。水素分圧が１
０”ｐｐｍから１０’ｐｐｍの範囲で直線となる。第３
図にお（するグリッジの入力電圧を６ｖとしたところ、
ガス中の水素分圧１１０００ｐｐにおいて、２．０６ｍ
Ｖの出力電圧が得られる。
第４図において、水素濃度が１１０００ｐｐ以下になる
と直線からずれてくるためＮｉｓ。Ｚｒ４゜合金をブリ
ッジに使用した場合の検出限度は１０００ ｐｐｍであ
る。
と直線からずれてくるためＮｉｓ。Ｚｒ４゜合金をブリ
ッジに使用した場合の検出限度は１０００ ｐｐｍであ
る。
一方、Ｐ４ｓｏＳｉｕ合金をブリッジに使用した場合に
は、１００ ｐｐｍ付近まで直線性がよく、この合金で
の検出限度は１１００ｐｐであり、接触燃焼方式と同程
度の感度を有する。なお本発明ではダブルブリッジなど
の低抵抗測定回路を用いてもよい。
は、１００ ｐｐｍ付近まで直線性がよく、この合金で
の検出限度は１１００ｐｐであり、接触燃焼方式と同程
度の感度を有する。なお本発明ではダブルブリッジなど
の低抵抗測定回路を用いてもよい。
（発明の効果）
従来の接触燃焼方式のブリッジの抵抗素子が白金線でコ
イルを作り、触媒で表面処理をして、ビード状に仕上げ
た後、配線をするという複雑な工程をとるのに対して、
本発明で得られた水素ガスセンサは、あらかじめ配線さ
れた基板上に非晶質合金を蒸着することによって、ブリ
ッジが構成できるため、工程を大幅に省略でき、簡単で
安価なセンサが得られる。さらに、検出感度においても
、接触燃焼方式のセンサと同程度のものが得られる。
イルを作り、触媒で表面処理をして、ビード状に仕上げ
た後、配線をするという複雑な工程をとるのに対して、
本発明で得られた水素ガスセンサは、あらかじめ配線さ
れた基板上に非晶質合金を蒸着することによって、ブリ
ッジが構成できるため、工程を大幅に省略でき、簡単で
安価なセンサが得られる。さらに、検出感度においても
、接触燃焼方式のセンサと同程度のものが得られる。
第１図は非晶質合金Ｐｄｓ。Ｓｉｎ。のＮ１気抵抗増加
量と吸収した水素濃度の関係を示す図、 第２図はホイトストーンブリッジを形成する蒸着基板を
示した図、 図において１１・・・ガラス基板、 １２．１３．１４．１５・・・非晶質合金、１ど・・・
電流端子、第３図（ａ）、（ｂ）は不発明の一実施例を
示す構成図、図において２０・・・ガラス基板 ２１．２２．２３．２４・・・蒸着された非晶質合金、
２５・・・電源、２６・・・スイッチ、２７・・・可変
抵抗器、２８・・・記録計、２９・・・ガス導入管、３
０・・・電流端子、３工・・・発熱体、３２・・・スイ
ッチ、３３・・・電源、第４図は合金の水素吸収による
電気抵抗の増加量とガス中の水素分圧の関係を示した図
である。 第１図 ａｔ−／ＤＨ １晶Ｗ合金Ｐｄ１ｉｏＳｉｚｏ中の 氷ｔ＞１度 第２図 フ゛匹ジの蒸着基販 第３図 （ａ） Ｆ３ 第３図 （ｂ） ２ ３３
量と吸収した水素濃度の関係を示す図、 第２図はホイトストーンブリッジを形成する蒸着基板を
示した図、 図において１１・・・ガラス基板、 １２．１３．１４．１５・・・非晶質合金、１ど・・・
電流端子、第３図（ａ）、（ｂ）は不発明の一実施例を
示す構成図、図において２０・・・ガラス基板 ２１．２２．２３．２４・・・蒸着された非晶質合金、
２５・・・電源、２６・・・スイッチ、２７・・・可変
抵抗器、２８・・・記録計、２９・・・ガス導入管、３
０・・・電流端子、３工・・・発熱体、３２・・・スイ
ッチ、３３・・・電源、第４図は合金の水素吸収による
電気抵抗の増加量とガス中の水素分圧の関係を示した図
である。 第１図 ａｔ−／ＤＨ １晶Ｗ合金Ｐｄ１ｉｏＳｉｚｏ中の 氷ｔ＞１度 第２図 フ゛匹ジの蒸着基販 第３図 （ａ） Ｆ３ 第３図 （ｂ） ２ ３３
Claims (1)
- 水素を含む気体を非晶質合金Ｉこ接触せしめ、該
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4983784A JPS60194347A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4983784A JPS60194347A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 水素ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60194347A true JPS60194347A (ja) | 1985-10-02 |
Family
ID=12842192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4983784A Pending JPS60194347A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 水素ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60194347A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5670115A (en) * | 1995-10-16 | 1997-09-23 | General Motors Corporation | Hydrogen sensor |
| EP0871029A2 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-14 | General Motors Corporation | Thin film hydrogen sensor |
| JP2005256028A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Matsushita Electric Works Ltd | Ｍｇ系非晶質水素吸蔵合金、水素感応体、及びそれを利用した水素センサ |
| JP2008008869A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Matsushita Electric Works Ltd | 水素検知素子 |
| JP2009139106A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 水素検知素子 |
| US20180074000A1 (en) * | 2014-06-30 | 2018-03-15 | Stmicroelectronics S.R.L. | Semiconductor gas sensor device and manufacturing method thereof |
| JP2022507691A (ja) * | 2018-11-19 | 2022-01-18 | 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司 | 磁気抵抗水素センサ、およびその感知方法 |
-
1984
- 1984-03-15 JP JP4983784A patent/JPS60194347A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5670115A (en) * | 1995-10-16 | 1997-09-23 | General Motors Corporation | Hydrogen sensor |
| EP0871029A2 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-14 | General Motors Corporation | Thin film hydrogen sensor |
| EP0871029A3 (en) * | 1997-04-11 | 1999-02-17 | General Motors Corporation | Thin film hydrogen sensor |
| JP2005256028A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Matsushita Electric Works Ltd | Ｍｇ系非晶質水素吸蔵合金、水素感応体、及びそれを利用した水素センサ |
| JP2008008869A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Matsushita Electric Works Ltd | 水素検知素子 |
| JP2009139106A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 水素検知素子 |
| US20180074000A1 (en) * | 2014-06-30 | 2018-03-15 | Stmicroelectronics S.R.L. | Semiconductor gas sensor device and manufacturing method thereof |
| US10180406B2 (en) * | 2014-06-30 | 2019-01-15 | Stmicroelectronics S.R.L. | Semiconductor gas sensor device and manufacturing method thereof |
| JP2022507691A (ja) * | 2018-11-19 | 2022-01-18 | 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司 | 磁気抵抗水素センサ、およびその感知方法 |
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