JPS60228940A - 軽減されたガスを検出する方法および装置 - Google Patents

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】 この発明は軽減されたガス、主として混合ガス中の一酸
化炭素、特に空気中の一酸化炭素を赤外線源の赤外線の
強度低下で算出す、る赤外線検出器および電気計算回路
を有するガス検出器によって検出する方法およびこの方
法を実施するための装置に関する。

一定の周波数である電磁波、特に赤外線を優先的に吸収
する化合物検出装置は分光学において一般に公知である
。しかし、この装置は非常に高価なので、ガス警報装置
には使用され注い。

環境保護、ガレージ監視、防火、爆発防止および類似の
目的のため、安いガスセンサすなわちペリスートア又は
金属酸化物半導体のような一定のガスが作用すると導電
率が変化するガス検出器が最近使用されている。検出さ
れるべきガスが作用するさいに生じる導電率の変化を測
定するためガスセンサは最小で比較的高い温度で加熱さ
れねばならない。それによって、このガスセンサの電力
消費は比較的大きくなる。必要な非常発電機に相応した
大きさにされるので、これはガス警報器における使用可
能性を制限する。

一定のガスを作用させた際の金属酸化物半導体の光学的
特性の変化を検出するのに使用するガスセンサの研究が
これまですでに行なわれている。

ガス状の一酸化炭素の作用のさいガス状−酸化炭素の一
酸化炭素スベクトルの領域に非常に高い赤外線吸光係数
を有する、例えば、酸化アルミニウム上に細かく配置さ
れたロジウムは文献において公知である。化学物理学会
誌（／９ｇ７年グ月／日発行第７／Ｉ巻（第７号）第ダ
／Ｓθ頁−り７３３頁）によれば、Ｒ１１１（ＣＯ′）
Ａの１ｑｓｏ−２／５０ｃｍ’　のさいの吸光係数はガ
ス状の一酸化炭素より約３Ｓ倍も大きい。化学物理学会
誌（／９ｇ／年６月７日発行、第７ｑ巻（第１／号）第
り’１ｇ７頁−第６弘９７頁）によれば、唱（ｃｏ）工
はまた酸素の存在で非常に安定しているので、それは室
温で発生することができる。−酸化炭素のような還元さ
れたガスを検出をするために、この効果はガス警報器に
は使用されない。

この発明は、赤外線による従来の方法に較べて著しく簡
単で、金属酸化物の導電率変化による方法に較べて敏感
で、少電力で小さい０点ドリフトを有する還元されるガ
スの検出、特に混合ガスにおける一酸化炭素の検出をす
るための簡単な方法を行うための課題に立ち向ったもの
である。

この発明は、軽減されたガス、特に混合ガス中の一酸化
炭素を赤外線の強度低下で算出する赤外線検出器および
電気計算回路を有するガス　１検出器によって検出する
方法において、外気に対して密閉され、空気振動発生器
を有する基準室および少なくとも接続孔を通して基準室
と接続されていて、検出されるべき混合ガスをとり入れ
るための入口孔および加熱装置によって所定の温度に加
熱でき、触媒層に少なくとも１０θと２０３の間の原子
量を有する化学元素の周期律表の１価、２価、を価２ｇ
価の遷移金属を含むガスセンサを有している測定室を有
するガス検出器が使用され、検出される混合ガスを軽減
されたガスは吸入相の間空似振動発生器による基準室の
容積を拡張することによって入口孔を通って測定室に周
期的に吸入され、少なくともその一部分は測定室を通っ
て基準室に吸入され、そのさい、ガスセンサの温度は、
該吸入相の一部分の間、場合によっては前記の軽減され
たガスが酸化されるように高く、該吸入相の残りの間、
前記の軽減されたガスがガスセンサに吸着するように低
く、それで前記の軽減されたガスに関する成分がほとん
どないが又はごく少い基準ガスが前記接続孔を通って前
記基準室に入れられ、前記基準ガスは、排出用の間、前
記空気振動発生器による前記基準室の容積を減少させる
ことによって前記測定室を通って前記入口孔を通って排
出され、そのさい前記ガスセンサの温度は、前記排出用
の一部分の間、前記吸入相の間、前記軽減されたガスが
酸化されるにほぼ等しい温度を示し、前記の排出用の残
りの間、前記吸入相の間、前記軽減されたガスが吸着さ
れるのにほぼ近い温度を示し、前記赤外線源から生じて
、前記ガスセンサを通過して測定光として前記赤外線検
出器に入射する前記赤外線の強度は電気計算回路で検出
され、前記吸入相の間、特に前記ガスセンサが、前記軽
減されたガスが吸着される温度を示す時間間隔の終りに
測定される前記測定光の強度の値Ｂ、および前記排出用
の間、特に前記ガスセンサが、前記軽減されたガスが吸
着される温度を示す時間間隔の終りに測定される前記測
定光の強度の値Ｂ２　が軽減されたガスの濃度を算出す
るために計算されることによって達成される。

計算回路は軽減されたガスの濃度が所定の値になるとア
ラームが出るように設計されている。

そのさい、計算回路は、軽減されたガスの濃度が所定の
値より低い場合、前記警報を出すように、所定の値より
高い場合大きい警報を出すように設計されている。この
発明による方法はガス警報装置におけるガスを検出する
のにも火災報知器における燃焼生成物を検出するのにも
使用される。

この発明による方法の好ましい実施例によれば、ガス検
出器で、少なくとも金属ロジウム、レニウム、イルジウ
ム、プラチナ、パラジウム、オスミウム、ルテニウム、
銀又は金を、少なくともマグネシウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム、ランタン、カリウム、トリウ
ム、チタン、ジルコン、バナジウム、ニオブ、タンタル
、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、鉄、
コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、アルミニ
ウム、インジウム、けい素、錫、アンチモン又はビスマ
スを含む担体に成長されるガスセンサが使用される。そ
の金属は特に細く分配された形で存在し、しかしまた薄
い金属膜として形成される。

この発明の方法による他の好ましい実施例によれば、ガ
ス検出器に変調された赤外線が使用される。そのさい、
位相の感度が良い検出が使用される。さらに、他の好ま
しい実施例によれば、−酸化炭素を検出するために酸化
アルミニ−ラムにロジウムを蒸着して形成される触媒層
が使用される。赤外線源のうしろおよび／又は赤外線検
出器の前に１９００ｃｍ−１〜２２００ｃｍ−１０の透
過領域を有する赤外線フィルター、が赤外線装置にとり
つけられる。さらに、他の好ましい実施例によれば、ア
セチレンを検出するために二酸化シリコンにパラジウム
を蒸着した触媒および２灯Ｏｃｍ”−１〜３　／　Ｓ　
Ｏｃｍ−’　の透過領域を有する赤外線フィルターが使
用される。他の触媒および赤外線フィルターは次のよう
なものである。アエシンを検出するためには、パラジウ
ム／二酸化シリコンの触媒、２　ｇ　００ｃｍ　’　Ｎ
３１００ｃｍ　のフィルター；−酸化炭素を検出するた
めに、ロジウム／酸化アルミニウムの触媒、／　９００
ｃｍ−’　〜２２００ｃｍ−’　のフィルター；ノくラ
　１ ジウム／二酸化シリコンの触媒、／ｇ！；０ｃｒｎ〜２
　／　００ｃｍ−’のフィルター又はプラチナ／二酸化
シリコンの触媒、７９５００ｍ　Ｎ２１５０ｃｍのフィ
ルタ；アセチレンを検出するために、プラチナ／二酸化
シリコンの触媒、ユ’１５０ｃｍ　〜３０　Ｓ　０ｃｍ
−１のフィルター、酸化窒素を検出するために、ロジウ
ム／酸化アルミニウムの触媒、１６００ｃｍ　Ｎ／９０
０ｃｍ　のフィルター。

酸化アルミニウム（Ａ１□０．）および二酸化シリコン
（Ｓｉｎ２）の他に、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ’）および酸化チ
タン（ＴｉＯ２）が他の担体材料として使用される。

第１図に示されたガス検出器ｌθＯは主として測定室７
および外気に対して隔離された基準室Ｓから成る。その
場合、測定室７はより詳細に識別ができるようにより拡
大して図示されている。加熱装置１０によって一定の温
度に加熱することができる触媒層を有するガスセンサ／
ｌは測定室７内に屁る。導線１３によって加熱装置ＩＯ
に図示されていな（１エネルギー源力）ら電気的エネル
ギーが供給される。

入口孔ワによって測定室７に検査されるべき混合ガスが
供給される。測定室７は空気振動発生器グに配置された
基準室５と接続孔Ｓを通して接続される。人口孔の外側
で外気に対して密閉されている測定室７の側面に赤外線
窓、すなわち一定の周波数の赤外線を透過し、赤外線源
６θの赤外線６９が測定室７に入射しガスセンサｌ／に
当てることができる窓かは乃こまれる。

−赤外線６９はガスセンサ／／の触媒層／グを浸透し、
ガスセンサｌ／の下側に装着された反射層２０によって
反射されガスセンサ／ｌの触媒層／　’ｌｌＩＣ２度入
射し測定室７の赤外線窓８Ｓによって測定光線７／とし
て反射する。測定光線７／は赤外線窓ｇｏを通って赤外
線検出器９０に当たる。

導線／２を介して赤外線検出器ワθによって測定された
測定光線７／の強度■が−酸化炭素の濃度の算出するた
めに計算され、場合によっては警報信号が出される計算
回路３と接続される。さらに、計算回路３は空気振動発
生器りの動作およびガスセンサ／／の温度が加熱装置１
０によって制御される回路素子を含む。この回路素子お
よび必要な接続線は図示されていない。

白熱電球又は商用ネルンスト針は赤外線源６０として役
立つ。赤外線窓８Ｓは赤外線を透過する材料から成る。

／９θＯ−コ２００ｃｒａ’の範囲で赤外線を透過する
赤外線窓ｇｏは赤外線検出器９０と直列に接続される。

商用の小型化されたスピーカは空気振動発生器ダとして
役立つ。

ガスセンサ／／は酸化アルミニウム上に蒸着され細く分
割されたロジウムからなり、／９００〜２２００ｃｍ’
の範囲で赤外線を透過する触媒層／ｌＩを含む。赤外線
６９を反射させる金又は他の貴金属からなる反射層２０
は触媒層／りの下側にある。

次に、第１図に概略的に示されたガス検出器ＩＯ’０の
動作方法が、第２図に基づいて説明される。ガスセンサ
／／の触媒層は、例えば１５０℃の温度（酸化温度）で
触媒作用によりて一酸化炭素を酸化して二酸化炭素にす
る温度に加熱装置１０によって加熱される。−酸化炭素
の除去は無条件に酸化によって行なわれることはなく、
それは他の化学的置換またはイオンポンプによって倉に
吸い出すことができる。しかしながら、いずれの場合に
も純粋な吸着による除去はこの方法のフェーズにおいて
十分でない。便宜上、酸化温度について説明される。

検査される混合ガスは、空気振動発生器ｑによる基準室
Ｓの容積の拡張と同時に、検査室７の入口孔によって、
部分的にはこれを通って基準室Ｓの接続孔ｇによって吸
込まれる。吸入期間２ｇが続いている間、ガスセンサ／
ｌの触媒層／ｌｌの温度は非常に低いので、検査される
混合ガス内の一酸化炭素が、場合によっては酸化されな
くて、吸着される温度（′吸着温度）に低　１下する。

このような温度は例えば３０℃である。

吸入期間２ｇの終了後、ｉ気振動発生器ダによる基準室
Ｓの容積減少によって低い濃度の一酸化炭素は排出され
るか又は−酸化炭素が除去された基準ガスは測定室７の
接続孔ｇを通って入口孔９を通ってガス検出器１００か
ら排出される。排出期間２７の始めの間、ガスセンサ／
ｌの温度はおよそ等しい、すなわち約ｉｓｏ℃である。

その場合、吸入期間２ｇには、場合によっては存在する
一酸化炭素の酸化が続行される。

排出期間２９の残りの間は、ガスセンサ／／の温度は、
吸入期間２Ｓ中に、場合によって存在する一酸化炭素の
吸着が続く温度、すなわち約３θ°Ｃに低下する。吸入
期間２ｇおよび排出期間２９からなるこの交換期間２７
は長時間にわたって繰り返される。その場合、ガスセン
サ／／の温度は同様に酸化温度、例えば、１５０℃と吸
着温度、例えば３θ℃との間を周期的に変化する。

赤外線検出器ワθによって測定される測定光線りｌの強
度工もまたガスセンサ／／の触媒層／グの変化する光の
透過に応じてこの交換期間２７中に／　９００−２２０
０ｃｒｎ　’　の範囲で変化する。

第２図において、測定光線’ｌ／の強度Ｉが時間の関数
としてチで示されている。

ガスセンサ／／が酸化温度に保持される吸入期間２８の
始めにおいて、測定光線７１の強度Ｔは１００チである
。約３Ｑ℃の吸着温度に温度が低下した場合、触媒層／
４の光の透過は一酸化炭素の吸着によって低下し、測定
光線？／の強度工は点Ｂ、に達する。排出期間、２９の
開始後、温度が再び１５０℃の酸化温度に高められると
すぐ、触媒層の光の透過もまた上・昇する。

そして、触媒層／ｌＩ上に吸着された一酸化炭素が酸化
されるので、これにより測定光線７／の強度は再び初め
の７００％の値に上昇する。

別の吸入および約３０℃の吸着温度にガスセンサ／／の
温度が低下する場合、触媒層の光の透過は低下し、基準
室Ｓから一酸化炭素が排出されるか又はわずかだけの−
酸化炭素を含む混合ガスがガスセンサ／／に導かれるの
で、これにより測定光線７１の強度工は値Ｂ２　まで僅
かに低下する。

赤外線検出器９０によって発生され、測定光線７／の強
度に対応する電気信号は計算回路Ｊに与えられる。吸入
期間２ｇにおいて、ガスセンサ／ｌはある１つの温度を
示す。その場合、触媒層／ｌＩに一酸化炭素が吸着され
る。そして特に吸着温度時の終りに値Ｂ、が測定される
。

排出期間２９において、ガスセンサｌ／は同様にある１
つの温度を示す。その場合、触媒層／グに一酸化炭素が
吸着される。そして、特に吸着温度時の終りに同様にし
て値Ｂ、が測定される。

第２図の強度Ｂ、、Ｂ２に対応するこの２つの値Ｂ、　
、　Ｂ２から、方程式（１）によって与えられる一酸化
炭素濃度〔ＣＯ３が計算回路３によって計算される。

〔ＣＯ〕〜α（Ｂ２−　Ｂ（）／　Ｂ２　・　・　・　
・　（１）ここで、αは比例定数である。方程式（１）
は、（Ｂ２−Ｂ、）／Ｂ２＜Ｏｏｌにおいては正確な結
果を得られるが、（Ｂ２−Ｂ、　）／Ｂ２が大きい値の
ときには一酸化炭素〔ＣＯ〕の計算は方程式（２）によ
って得られる。

（Ｃｏ’）＝−β１０ｇ　Ｂ！＝二β（１ｏｇＢ、−１
ｏｇＢ、）　ｆ２１２ ここでβは別の比例定数である。ガス検出器ｉｏｏは、
主として小さいＣｏ濃度を検出する痘めに考えられてい
るために、Ｃｏ濃度の算定は計算回路３により方程式（
１）に従って行なわれる。

触媒層／Ｆはおそらくロジュウムカーボニール化合物の
形成によって特別に一酸化炭素に反応するので、この発
明に適した方法によって非常に感度の良い酸化炭素の検
出がなされる。

雑音を除去するために、赤外線源６０＆′ｉ、本質的に
ガス交換期間２７の周波数より大きい周波数でパルス駆
動される。赤外線検出器９０のすべての信号は位相に感
度の良い整流作用によって検出され、ＤＣ信号に変換さ
れ、サンプルホールド装置によって点Ｂ、およびＢ２で
測定される。測定値はアナログ／ディジタル変換器でデ
ィジタル信号に変換され、これはＣｏ濃度を算定するた
めに方程式（１）によって利用される。

計算回路３は、Ｂ２　で除算されるＢ１　とＢ２との差
または近似的に（Ｂ２−　Ｂ、）から生じる所定の濃度
値を越えた場合、警報を出すようにされる。

赤外線源６０の変調駆動の代りに赤外線６９および／又
は測定光＠ｑｔは機械的チョツノ＜゛によって変調され
る。

空気振動発生器ヶはスピーカの種類に対応する、例えば
電磁的、静電的、圧電的又は熱機械的に敏感な膜として
形成されるか又は、　ＰＦＤＦ（ポリ沸化ビニール）形
の圧電箔を有するか、若しくは、２つの形態をした圧電
又はバイメタル素子を含む。小形化されたガス検出手段
圧おいては、空気振動発生器ダはまたマイクロリソグラ
フィによって製造されるシリコン膜である。

図示されている実施例ｆおいては、空気振動発生器とし
て商用のミニスピーカが適している。

図示されている空気振動発生器に適している振動周波数
は、０．０／Ｈ２と／　ＯＨｚ　の間、特に約０’、ｌ
Ｈ２である。

従来の公知のスペクトル光学方法に較べてこの発明に適
した方法の長所は次のように例示される。

ｌ　点Ｂ２　における、例えば、すべて３０秒で行なわ
れる比較測定のために、Ｂ、およびＢ２の差から濃度の
計算および商（Ｂ２　Ｂ＋　）／　Ｂ２を形成すること
による正規化は、とりわけ、光学的部品の汚染による零
点ドリフトを補償する。

ユ　ガス検出器１０θ、特にガスセンサｌ／は非常に小
さい。ガスセンサ／ｌは〜例えば。

寸法２　Ｘ　２　Ｘ　２　ｍｍｓ　を越えることはあり
えな（）。

ユ　測定は、ガスセンサ／／で基準ガスと検出されるべ
き混合ガスが周期的に変換され、与えられる信号の差が
計算される原理を使用するので、非常に正確である。

ｌ　ガスセンサの触媒層は数ｍｍ２の大きさであり、加
熱温度は１００℃より大きくないため、ガス検出器１０
θの電力消費は非常に低い。

タ　／９００−２２００ｃｍ　のスペクトル領域の制限
のために、ガスセンサは一酸化炭素に対する選択性が高
い。

乙　少なくとも、他のガスに対して選択的である別のガ
スセンサが前もって考慮されていると、ガス検出器１０
θを他のガスの算出をするためにも使用することができ
る。多くの凹面鏡および赤外線検出器が使用されるとき
（防火、ガス保全、環境保護のための小さい分光器）、
同じ赤外線源６θおよび加熱装置／θを用いて、このよ
うな別のガスセンサを動作させることができる。

２　触媒層にガスが吸着することによって、触媒は局部
的に非常に高い一酸化炭素濃度になるため、薄い触媒層
で十分足りる。その吸入により、場合によっては存在す
る一酸化炭素濃度出されるフレッシュな混合ガスが長時
間にわたって供給される。

第３図において、−酸化炭素と同時に別のガスを検出す
ることができるガス検出器１００が示されている。この
ガス検出器／θＯの場合、測定室７および基準室Ｓは等
しい断面を有し、接続孔はこの場合には無い。この実施
例、および、場合によっては下記の実施例において、測
定室７はより詳細に識別できるように非常に拡大されて
図示されている。入口孔ワを通って検出されるべきガス
がガス検出器１００に供給される。そして、空気振動発
生器りは基準室にある。

２つの赤外線は赤外線源６０から放射される。

第１の赤外線６ワは第１の赤外線窓を通って第１の触媒
層／４’に当たり、その下に配置された第１の反射層２
０によって第１の触媒層／グを通ってコ回反射され、改
めて透過された後、第１の赤外線窓ｇｓを通って第１の
赤外線フィルターｇＯを備えている第１の赤外線検出器
９０に当たる。第コの赤外線７０は第２の触媒層／Ｓの
上にある第コの赤外線窓ｇ６を通って第　１２の凹面鏡
３２に当たる。第２の反射層２１に反射した後、赤外線
は新たに第２の触媒層１５を通り第２の赤外線窓を通っ
て測定室７から出て第２の測定光線７２として第２の赤
外線フィルター８１を備えている赤外線検出器ｑ／に当
たる。第１図に図示されたガス検出器１００の場合のよ
うに、赤外線検出器９０および？／は導電線／２によっ
て計算回路３と接続される。

その計算回路に赤外線検出器ｑｏおよび９１によって測
定された触媒層／グおよび１５の光の透過値を一酸化炭
素の濃度および別のガス成分の算定のために計算し、場
合によっては警報信号を出す。

ここでまた、計算回路３はその中に含まれる回路素子に
よって、空気撮動発生器グの振動および加熱装置１０に
よるガス発生器／／の温度が制御される。この回路素子
およびそれに必要な接続線しま図示されていない。

第１の触媒層ｌｌＩ、第１の赤外線窓ｇ５および第１の
赤外線検出ｍｑθの前にある第１の赤外線フィルターｇ
ｏは第１図に示されたガス検出器の対応部分と対応して
いる。すなわちガス検出器／θＯのこの部分は一酸化炭
素の検出のために説明される。

第コの触媒層ｉｓ、第スの赤外線窓ｇ６および第コの赤
外線検出器９１の前にある第コの赤外線フィルターｇ／
は検出される混合ガスの成分の検出のために説明される
。第ユの触媒層／Ｓの材料および第スの赤外線７０のス
ペクトル領域の材料のある種の選択−第２の赤外線窓’
ｇ　６の材料および第２の赤外線検出器９／の前にある
第コの赤外線フィルターｇ／の材料の選択によって、例
えば二酸化硫黄を検出することができる。

さらにガス検出器ｉｏｏの開発に応じた第３の触媒層の
選択によって別のガス状の成分を検出される混合ガス中
に検出することができる。

第９図において凹面鏡３／を有するガス検出器１００が
示されている。赤外線６９は赤外線源６０によって凹面
鏡３／に当たり、測定室７の赤外線窓８５を通ってそれ
によって反射される。測定室７、接線孔および基準室Ｓ
は同じ断面である。空気振動発生器グは基準室５にあり
、測定室７は入口孔ワを通って外気につながっている。

赤外線６９は加熱装置１０を備えているガスセンサｌ／
の触媒層／グの下にある反射層２０を通り、改めて触媒
層／Ｕおよび赤外線窓８５を通り抜けた後、測定光線７
／として赤外線フィルターｇｏを備えている赤外線検出
器ｑｏに入射する。このガス検出装置の動作方法は第１
図に示されているガス検出器１００の動作方法に対応す
る。

第Ｓ図において、別々の凹面鏡を使用しないで、反射層
２０を凹面鏡として形成する、この発明に適したガス検
出器１００の別の実施例を示す。この装置によって、赤
外線源６ｏがら出力される。赤外線６ワは赤外線窓ｇｓ
を通って触媒層ｌｌＩに入射する。楕円体または放物面
体の球：面の部分として形成されるので、反射後、測定
光線７１が赤外線窓ｇ’ｓおよび赤外線フィルターｇｏ
を通って赤外線検出器ワ。に集束される反射層２０は触
媒層／Ｆの下にある。反射層コθおよび触媒層／＜１’
は加熱装置１０によって必要な温度にされる。入口孔９
は、この例では、長さ／　Ｃｍ、内径０．５　ｍｍ　の
毛細管として形成される。これによって、このガス検出
器１０．０は。

検出される混合ガスの流速に左右されることは全くない
。ガス検出器１００の残りの部分は前記の図に示された
ガス検出器と対応する。

第６図において、第１図に適したガス検出器の別の実施
例を示す。そのさい、赤外線６９は凹面鏡３１を通って
触媒層の下方にある反射層２０に反射した後広帯域の赤
外線検出器列ｑ。

〜９ｑに入射する。凹面鏡３／および長くのびた触媒層
／グに接続されているので測定光線７１は並行して長く
のびて配置され、広帯域の赤外線検出器９０−９４’に
入射する長くのびた赤外線、源６１が使用される。広帯
域の赤外線検出器９０〜９ｑの前には異なった狭帯域の
赤外線フィルタｇθ〜ｇｐが配置される。長（のびた触
媒層／ｌ’は異なったガスの吸着に適している均一の材
料から形成される。異なったガスは吸着によって異なっ
た光の透過を生じる。異なった狭帯域の赤外線フィルタ
ーｇＯ〜ｇｙは広帯域の赤外線検出器ワ０の前に配置さ
れることによって異なった波長領域にはいる赤外線が検
出される混合ガスのうちで異なったガスを検出すること
を可能にする。

第７図には、赤外線６９がガスセンサｌ／に入射するガ
ス検出器１０ｐが示されている。測定室７．接続孔およ
び基準室Ｓは同様に等しい断面を有し、測定室７は入口
孔ワを介して外気°と接している。２つの等しい赤外線
窓ｇ５は測定室７の両側にあり、その間には、酸化アル
ミニウム上に蒸着され、細く分割されたレニウムから成
る触媒層／／がある。加熱装置１０は触媒層ｌ／を包囲
して赤外線６９の進行の外側にある。赤外線源６０は測
定室７０片側にある。

それによって赤外線６ワは触媒層／ｌを通り抜けて（そ
して、２つの赤外線窓ｇ５を通り抜けて）測定光線７／
として赤外線フィルター８゜のりしろにある赤外線検出
器９ｏに入射する赤外線利得を改善し、これにより電流
消費を減少するために赤外線源６０と測定室７にある触
媒層／ｌＩＯ間に赤外線レンズ５０を配置することがで
きる。反射損を出来るだけ小さくするために、レンズＳ
Ｏは測定室７の一方の側面に、赤外線フィルターｇｏは
測定室７の他方の側面に直接はめ込まれている。それに
よって、前記の実施例の赤外線窓ＳＳを節約することが
できる。赤外線のパスは第８図に示されている。ガス検
出器１００の残りの部分は前記のガス検出器／θθに対
応する。

第９図には、赤外線６９が凹面鏡３／で集束され、測定
光線７１が通過後、ガスセンサｌ／の触媒層／ｌＩおよ
び測定室７の側面にはめ込まれている赤外線フィルター
ｇｏを通って赤外線検出器９θに集束される第７図に適
したガス検出器１００の別の実施例が示されている。

第１Ｏ図には、一方では赤外線６９がガスセンサｌ／の
触媒層／りに集束され、他方では触媒層／グから発生さ
れる測定光線７１が赤外線検出器りθに集束されるガス
検出器ｉｏｏのさらに別の実施例が示されている。赤外
線源６０から生じる赤外線６９は第１の凹面４７１３／
に当たり、そこで集束されるので、それに赤外線Ｓ５を
通って測定室７にあるガスセンサ／ｌに当たる。測定室
７、接続孔および基準室Ｓは前記の実施例のような等し
い断面を有している。

すなわち、ガス検出器１００は共通の測定および基準室
を有する。これは入口孔ワを通して外気に接している。

ガスセンサ／／の触媒層／９から発生し、発散する測定
死線７１は、赤外線フィルター８０を透過する測定光線
７／が赤外線検出器９０に直接集束されるように形成さ
れる第２の凹面鏡３２に当たる。この測定光線７／の強
度は導線１２を通して計算回路３に電気信号の形で与え
られ、通常の方法で計算される。

触媒層／４’はガスセンサ／／に非常に小さく保持され
るので、この装置による方法はエネルギー費用の減少を
もたらす。

また、第７図〜第１Ｏ図に適したガス検出器１００の実
施例において、異なった赤外線フィルターを有する多数
の赤外線検出器の配列によって検出されるべき混合ガス
の種々のガス成分を検出することができる。

第１１図は、第１図〜第１θ図にすべて図示されている
ガス検出器ｉｏｏに使用される計算回路の実施例を示す
ものである。

同期装置／１０はヒーター電源９ｓを通して温度サイク
ルの時間サイクルおよび駆動器ｓ５を通して空気振動発
生器りの振動を制、御する。

赤外線検出器９０によって発生され、測定光線７／の強
度に従属する信号３ｇは、対応する増幅特性を有する増
幅器ｌｌｓによって測定光線７１に比例する電圧３９に
変換される。同期装置／１０がら測定指令を受けとるサ
ンプルホールド装置／２Ｑおよび／２／は第２図の値Ｂ
。

もしくはＢ２　に対応する電圧ｑｏおよびｌＩ’／を　
１発生する。減算増幅器／３０で、差Ｂ、−３３に１ 対応し、除算増幅器／、３Ｓによって電圧１／で除算さ
れ、商（Ｂ２−Ｂ、）／Ｂ２に比例する電圧ｑ３を発生
する。

比較器／’１０により電圧ダ３と電圧源ｉｙｓの所望値
とが比較され、アラームの場合、アラーム回路を制御す
る。

方程式＋２１に従って動作する計算回路３においては、
除算増幅器／、３ｊｔは必要なく、測定光線７１の強度
の対数に比例する電圧３９を発生する増幅器ｌｌｓが設
けられる。

多数のガスを検出するために、この発明に適したガス検
出器ｉｏｏは多数の赤外線検出器９０〜９りを備えてい
るので、第１／図において点線で分離された回路、ｙｏ
ｏが各ガスのために使用される。

前記の実施例において、この発明に適した方法、特に−
酸化炭素の検出のし方について説明される。しかしなが
ら、また、エタン、エチレン、アセチレン又は他の炭化
水素若しくは酸化窒素の検出方法が同様な方法で利用さ
れる。好ましい利用例としては、特に団地過密地帯の環
境汚染監視装置がある。その場合、所定の害のある元素
の濃度を越えたときに、スモッグアラームが所定の段階
で出される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に適した方法に使用されるガス検出器
の断面の概略図、第２図は時間ないしは加熱サイクルお
よび交換期間の関係におけるガス検出器の測定光線強度
の例示図、第３図は一酸化炭素と同時にまた別のガスを
検出するためのガス検出器の特別の配置図、第９図は凹
面鏡を有するガス検出装置の構成図１、第Ｓ図は加熱凹
面鏡を有するこの発明に適したガス検出装置の構成図、
第６図はいくつかの赤外線検出器および異なった通過領
域の赤外線フィルターを有する第９図に適したガス検出
装置の構成図、第７図はガスセンサ／／に赤外線が侵入
した場合のガス検出装置の例示図、第８図はコリメータ
レンズに赤外線が集束した場合の第７図に適した別のガ
ス検出器の例示図、第９図は赤外線が凹面鏡に集束した
場合の第７図に適した別のガス検出器の例示図、第１０
図は２つの凹面鏡を有する別のガス検出器の例示図、第
１／図は実施可能な計算回路図である。 ３・・計算回路、グ・・空気振動発生器、Ｓ・・基準室
、り・・測定室、ｇ・・接続孔、９・・入口孔、１０・
・加熱装置、／／・・ガスセンサ、／２．／３・・導電
線、／ｑ・・触媒層、２０・・反射層、６ｏ・・赤外線
源、６９・・赤外線、７／・・測定光線、ｇ’ｏ・・赤
外線フィルター、８ｓ・・赤外線窓、ワ。・・赤外線検
出器、１００・・ガス検出器。 特許出願人代理人　曽　我　道　照　ｊ″　・　□ＦＩ
Ｇ、　１ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ５ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ　８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　軽減されたガス、主として混合ガス中の一酸化
   炭素、特に空気中の一酸化炭素を赤外線源（乙のの赤外
   線の強度低下で算出する赤外線検出器（？のおよび電気
   計算回路（３）を有するガス検出器（１０のによって検
   出する方法において、外気から密閉され、空気振動発生
   器（り）を有する基準室（ｇ）および少くとも接続孔（
   ｇ）を通して前記基準室（５）と接続されていて、検出
   されるべき混合ガスをとり入れるための入口孔（９）お
   よび加熱装置によって所定の温度に加熱でき、触媒層（
   ｌりに少な（とも１００と２０．５′の間の原子量を有
   する化学元素の周期律表の／価、２価、７価２ｇ価の遷
   移金属を含むガスセンサ（／ｌ）を有している測定室（
   ７）を有するガス検出器（１００）が使用され、検出さ
   れる混合ガスを前記軽減されたガスは吸入“相（２ｇ）
   の間空気振動発生器（ｌＩ）による前記基準室（！ｉ）
   の容積を拡張することによって入口孔（９）を通って測
   定室（７）に周期的に吸入され、少なくともその一部分
   は測定室（７）を通って基準室（，５’）　Ｋ吸入され
   、そのさい、ガスセンサ（／ｌ）の温度は、該吸入相（
   ２ｇ）の一部分の間、場合によっては前記の軽減された
   ガスが酸化されるように高く、該吸入相（２ｇ）の残り
   の間、前記の軽減されたガスがガスセンサ（／ｌ）に吸
   着するように低く、それで、前記の軽減されたガスに関
   する成分がほとんどないか又はごく少い基準ガスが前記
   接続孔（８）を通って前記基準室（５）に入れられ、前
   記基準ガスは、排出相（２９）の間、前記空気振動発生
   器（り）による前記基準室（５）の容積を減少させるこ
   とによって前記測定室（７）を通って前記入口孔（？）
   を通って排出され、そのさい前記ガスセンサ（／／）の
   温度は、前記排出相（２つの一部分の間、前記吸入相（
   ２８）の間、前記軽減されたガスが酸化されるにほぼ等
   しい温度を示し、前記の排出相（２９）の残りの間、前
   記吸入相（２ｇ）の間、前記軽減されたガスが吸着され
   るのにほぼ近い温度を示し、前記赤外線源（６のから生
   じて、前記ガスセンサ（ｌｉ）を通過して測定光線（り
   ／）として前記赤外線検出器（９◇に入射する前記赤外
   線（６つの強度は前記電気計算回路（３）で検出され、
   前記測定光線（７１）の強度の値（Ｂ、）は前記軽減さ
   れたガスが吸着される温度を前記ガスセンサ（ｌｌ）が
   示す前記吸入相（３）時の間に測定され、前記測定光線
   （７／）の強度の値（Ｂ２）は前部軽減されたガスが吸
   着される温度を前記ガスセンサ（／／）が示す前記の排
   出相（２０時の間に測定され、これらλつの値（Ｂ４．
   Ｂ２）は前記軽減されたガスを検出するために所定の関
   係で算出されることを特徴とする軽減されたガスを検出
   する方法。 ＋２１　吸入相（３）および排出相（２つからなるガス
   交換期間の長さは、温度サイクル対の長さに一致し、そ
   のさい、ガスセンサ（ｌｌ）の温度が、前起吸入相（２
   ｇ）における酸化温度時間間隔の間軽減されたガスの酸
   化が前記ガスセンサ（ｌｌ）の触媒層（ｌりで行なわれ
   ることができる温度、特に約ｉｓｏ℃に維持され、前記
   吸入相の吸着温度時間間隔の間、前記軽減されたガスの
   吸着が前記ガスセンサ（／／）の前記触媒層（／りで行
   なわれることができる低い温度、特に約３０℃に維持さ
   れ、前記排出相（２つの酸化時間間隔の間、前記吸入相
   ＣＬｇ）のときとほぼ等しい温度に維持され、前記排出
   相（２つの吸着温度時間間隔の間、前記吸入相（２ｇ）
   のときとほぼ等しい温度に維持される。ように選ばれ、
   ′商（Ｂ２−Ｂ、）／Ｂ２は計算回路（３）で、前記排
   出相（２９）の吸着温度時間間隔の間、特にその終りで
   測定される測定光線’　（７／）の強度の値（Ｂ２）と
   、前記吸入相（２ｇ）の吸着温度時間間隔の間、特にそ
   の終りで測定される測定光線（７１）の強度の値（Ｂ、
   ）との差を、前記排出相（２９）の前記−着温度時間間
   隔の間、特にその終りで測定される前記測定光線（７／
   ）の強度の値（Ｂ２）で割算されること罠よって得られ
   、軽減されたガスの濃度を算出するために計算されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）　吸入相（２ｇ）および排出相（２９）からなる
   ガス交換期間（２り）の長さは、温度サイクル対に一致
   せず、そのさい、前記ガス交換期間（２７）の長さが特
   に前記屏度サイクル対の長、さより短いよ５ＩＣ選ばれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 （４）軽減されたガスの濃度が所定の値を越えたときに
   アラーム信号が計算回路（３）で発生されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１
   項に記載の方法。 （５）　排出相（２りにおける吸着温度時間間隔の間、
   特にその終りに測定される測定光線（？／）の強度の値
   Ｂ２　と吸入相（２ｇ）における吸着温度時間間隔の間
   、特にその終りで測定される前記の測定光線（７１）の
   強度の値Ｂ、との差（Ｂ２−Ｂ、）又は前記排出相（２
   りの前記吸着温度時間間隔の間、特にその終りで測定さ
   れる前記測定光線（７／）の強度の値（Ｂ２）と前記吸
   入相（２ｇ）における前記吸着温度時間間隔の間、特に
   その終りで測定される前記測定光線（７／）の強度の値
   Ｂ、との差を前記排出期（２つにおける前記吸着温度時
   間間隔、特にその終りで測定される前記測定光線（７／
   ）の強度の値（Ｂ２）によって割算された商（Ｂ２−Ｂ
   、）／Ｂ２又は前記吸入相（３）における前記吸着温度
   時間間隔の間、特にその終りで測定される前記測定光線
   （７／）の強度の値（Ｂ、）と前記排出相（２りにおけ
   る前記吸着温度時間間隔の間、特にその終りで測定され
   る前記測定光線（７／）の強度の値（Ｂ２）からなる対
   数表現ｌｏｇ（Ｂ、／　Ｂ２）が所定の値を越えると、
   計算回路（３）でアラーム信号を出すことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記
   載の方法。 （６）　ガス検出器（ＩＯのは外気に対して密閉され。 空気振動発生器（勾を有する基準室（５）および少なく
   とも接続孔（ｇ）を通して前記基準室（ｇ）と接続され
   ていて、検出されるべき混合ガスをとり入れるための入
   口孔（９）および加熱装置によって所定の温度に加熱で
   き、触媒層（／ｌＩ″）に少な（とも１００とユＯ５の
   間の原子量を有する化学元素の周期律表の１価、２価、
   ７価。 ８価の遷移金属を含むガスセンサ（／ｌ）を有している
   測定室（７）を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の装置。 （７）　ガス検出器（／θのにおけるガスセンサ（ｌ／
   ）は少くとも金属ロジウム、レニウム、イリジウム、プ
   ラチナ、パラジウム、オスミウム、ルテニウム、銀又は
   金を含む触媒層を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の装置。 （８）　プつの金属又は複数金属は細く分配された形で
   触媒層（／りに存在することを特徴とする特許請求の範
   囲第６項および第７項のいずれか１項に記載の装置。 （９）１つの金属又は複数金属は赤外線を反射する薄膜
   の形で触媒層に存在することを特徴とする特許請求の範
   囲第６項および第７項のいずれか１項に記載の装置。 翰　触媒層（ｌりの７つの金属又は複数の金属は細く分
   配された形で担体に成長されるガス又は少くともマグネ
   シウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラン
   タン、カリウム、トリウム、チタン、ジルコン、バナジ
   ウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タング
   ステン、ヤンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛
   、カドミウム、アルミニウム、インジウム、けい素、錫
   、鉛、アンチモン、又は、ビスマスを含む担体に成長さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第８
   項のいずれか１項に記載の装置。 ａυ　ガス検出器（ＩＯのは赤外線源（乙のおよび／又
   は赤外線（６つおよび／又は測定光線（７１）を変調す
   る電気的又は機械的に作動する素子を有ゝ・′″４７＋
   素子″１位相９対し１感度１７）”Ｊ″　Ｉい検出のた
   めに存在することを特徴とする特許請求の範囲第６項な
   いし第１Ｏ項のいずれか１項に記載の装置。 （Ｌ２　赤外線装置の一酸化炭素を検出するため、ガス
   検出器（１０のは赤外線（乙ののうしろおよび／又は赤
   外線検出器（９のの前に／　９００ｃｍ”−１ないし２
   ２θθｃｍ　’の透過範囲を有する赤外線フィルター（
   ｇのを有することを特徴とする特徴とする特許請求の範
   囲第６項ないし第１／項のいずれか７項に記載の装置。 α譜　ガス検出器（１０のの測定室（７）、接続孔（ｇ
   ）および基準室（５）は直接、互いに移動するようにほ
   ぼ等しい断面を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第４項ないし第１２項のいずれか７項に記載の装置。 Ｑ４１　ガス検出器（ＩＯのは、空気振動発生器（４’
   ）としてスピーカを用いるやり方で、電磁的、静電的、
   圧電的又は熱力学的に発生することができる膜、ＰＶＤ
   Ｆ製の箔、一つのものよりなる圧電素子又はバイメタル
   素子又はマイク′ロリソグラフイによって製造される薄
   いシリコ、ン箔を有していることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項ないし第１３項のいずれか１項に記載の装
   置。 α９　ガス検出器（１０のは、赤外線のパスに赤外線源
   から生じる赤外線が、触媒層（ｌりの下にある反射層Ｃ
   ２０）Ｋ反射後赤外線検出器（９０）に集束するように
   反射される凹面鏡を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第６項ないし第１４（項のいずれか１項に記載の装
   置。 αｅ　−酸化炭素および少なくとも別のガス成分を検出
   するために、ガス検出器（ｉｏのは別のガス成分に対し
   て感度の良い少なくとも別の触媒層（１５）を含み、そ
   のさい、赤外線源（６ｏ）から生じる赤外線は第１の凹
   面鏡（３１）を通って、−酸化炭素に感度の良い第１の
   触媒層（ｌりに反射し、少くとも別の凹面鏡（３２）を
   通って別のガス成分に感度の良い少くとも別の該触媒層
   （ｔｓ）に反射し、反射層（，２ｏ、２／）で反射され
   た測定光線（７／、７２）は異なった赤外線検出器（ｑ
   ｏ、ｑｔ）に集束されることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項ないし第１３項のいずれか１項に記載の装置。 αη　ガス検出器（１０のは、−酸化炭素を検出するた
   めに酸化アルミニウムにロジウムを蒸着してできた触媒
   層（ｌりおよび赤外線装置において赤外線源（乙ののう
   しろおよび／又は赤外線検出器（ワのの前に７９００ｃ
   ｍ　’　〜２２００ｃｍ−１の透過範囲を有する赤外線
   フィルター（ざのを有し、アセチレンを検出するために
   、二酸化シリコンにパラジウムを蒸着してできた触媒層
   （ｔｓ）および２９５０ｃｍ−’ないしＪ　／　５　’
   ０ｃｍ−１の透過範囲を有する赤外線フィルター（ｇｔ
   ）を有し、エチレンを検出するために、二酸化シリコン
   にプラチナを蒸着してできた触媒層（１５）および２７
   ！；０ｃｒｎ’ないし３０！；０ｃｍ−１の透過範囲を
   有する赤外線フィルターを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第７２項および第１６項の１項に記載の装置
   。 Ｑｌ　ガス検出器（１０のは、触媒層（／りの下に配置
   された反射層（２０）は凹面鏡として赤外線源、から生
   じる赤外線が赤外線検出器（９のに集束されるように形
   成されるガスセンサ（／／）を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第６項ないし第１グ項のいずれか７項に
   記載の装置。 （１１ガス検出器（ＩＯのは長（のびた赤外線源り／）
   を有し、赤外線（６９）は凹面鏡（３／）に反射したの
   ち長くのびた触媒層（ｌりに当たり、反射層（２７）に
   反射したのち種々の透過範囲を有する赤外線フィルター
   （ｇｏないしｇ＜Ｑを通って長くのびて並列に配置され
   ている広帯域の赤外線検出器（ｔｏないし９つに集束さ
   れ、これらの赤外線検出器（９０ないしｑｔｔ）から生
   じる電気信号は検出されるべき混合ガス中の種々のガス
   成分を検出するために計算回路（３）で計算されること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第１５項のい
   ずれか１項に記載の装置っ （イ）　ガス検出器（ＩＯのは赤外線源（６のを有し、
   その赤外線（るりはガスセンサ（ｌｌ）を通って赤外線
   検出器（９のに入射することを特徴とする特許請求の範
   囲第６項ないし第７１Ｉ項のいずれか７項に記載の装置
   。 ＱＤ　赤外線（６９）又は測定光線（７１）を赤外線検
   出器（９のに集束させる赤外線レンズ（５のは赤外線（
   ６りの光線のパスにあり、そのさい、特に該赤外線およ
   び赤外線フィルター（ｇのは測定室（り）の赤外線窓（
   ｇｓ）として使用されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１９項記載の装置。 （２）　ガス検出器（１０のは、赤外線源（乙のの赤外
   線（６つ又は測定光線（７／）がガスセンサ（／／）を
   通って赤外線検出器（デのに集束される凹面鏡を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第１４Ｚ
   項および第１ｑ項のいずれか１項に記載の装置。 （ハ）　ガス検出器（ＩＯのは、赤外線源（乙のの赤外
   線（６つが赤外線窓を通ってガスセンサ（ｌｌ）に集束
   される第１の凹面鏡（３／）およびガスセンサ（ｌｌ）
   から生じる測定光線（７／）は赤外線フィルター（ｇの
   を通って赤外線検出器（９のに集束される第２の凹面鏡
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第６項ないし
   第１４（項のいずれか１項に記載の装置。 （財）　ガスセンサ（１０のの入口孔（９）は、その長
   さが特に２　ｍｍ　であり、その内径は高々／’ｍｍ、
   特に約Ｏ０，３ｍｍ　である毛細管として形成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第２３項の
   いずれか７項に記載の装置。