JPS6030891B2 - ガス感応装置 - Google Patents

ガス感応装置

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JPS6030891B2
JPS6030891B2 JP50064174A JP6417475A JPS6030891B2 JP S6030891 B2 JPS6030891 B2 JP S6030891B2 JP 50064174 A JP50064174 A JP 50064174A JP 6417475 A JP6417475 A JP 6417475A JP S6030891 B2 JPS6030891 B2 JP S6030891B2
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JP
Japan
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temperature
gas
resistance
relative humidity
humidity
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JP50064174A
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JPS51140793A (en
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巽 和歌
信幸 山地
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Nichicon Corp
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Nichicon Capacitor Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属酸化物半導体によるガス感応素子(以下
単に素子ということもある。
)を用いて、ガスの検知、ガス濃度の測定、ガス濃度に
よる警報及び制御等を行なうガス感応装置に関するもの
である。一般に、例えば、酸化錫等を主成分とする金属
酸化物半導体で、空気中の還元性ガス等(以下単にガス
という。
)の存在により電気抵抗が低下するものがあることは良
く知られており、この種の素子を用いたL.Pガス洩れ
警報器、一酸化炭素検知器、換気扇自動制御装置等が既
に提案され、かつ、実用に供されている。しかしながら
、この種のガス感応素子は、作動電圧、素子温度等を適
正な値に保っても、周囲の条件により、ガス濃度一抵抗
特性が変化し、このため、例えばガス洩れ警報器の警報
濃度はィソブタンに対して1000〜3000脚と広い
範囲に規定されている等、高い測定精度が得られないの
が現状である。本発明は、上記に説明した技術の欠点を
改善するために、この種ガス感応素子の特性を調査、研
究検討を行なった結果、空気中の水蒸気も検知すべき対
象となるガスと同様に、素子の抵抗変化を生じさせるも
のであることがわかったのである。
即ち、空気中にガスが混在しなくても素子抵抗は、周囲
の空気中の水分によって変化し、その割合は温度に関係
なく水蒸気分圧、即ち、絶対湿度によって大体決まるの
である。また、ガスが混在すればその濃度による抵抗変
化は水分の存在によって決定されている抵抗値を基準と
して、そのガス濃度に応じた率で変化し、この変化率は
水分の濃度(絶対湿度)の高低にかかわらず略一定であ
る。本発明は、上記の事実に基づいてなされたもので、
‘1)金属酸化物半導体を用いたガス感応素子に、温度
により抵抗値の変化する感湿抵抗を含む回路を縄合せる
ことより、温度の変化による出力電圧の変化を防止する
ガス濃度検出回路を使用することを特徴とするガス感応
装置、{2)金属酸化物半導体を用いたガス感応素子に
、相対湿度により抵抗値の変化する感湿抵抗を含む回路
を細合せることにより、相対湿度の変化による出力電圧
の変化を防止するガス濃度検出回路を使用することを特
徴とするガス感応装置及び糊金属酸化物半導体を用いた
ガス感応素子に、温度により抵抗値の変化する感湿抵抗
及び相対湿度により抵抗値の変化する感湿抵抗を含む回
路を組合せることにより、温度及び相対湿度の変化によ
る出力電圧の変化を防止したガス濃度検出回路を使用す
ることを特徴とするガス感応装置の三つの発明からなる
ものである。本発明について以下具体的に説明する。
第1図イは、温度10℃、19午○、29℃、40午○
、CO O脚、5■風、20の地、50Q血の場合にお
ける素子抵抗(KQ)と絶対湿度(mmHg)との関係
を示すグラフである。
即ち、COガス用素子としての金属酸化物半導体素子の
抵抗値(KQ)が空気の絶体湿度(mmHg)によって
変化する状態を示しており、絶体湿度は空気の温度及び
相対湿度を変化させることにより変化させ、パラメータ
としてCOガス濃度(脚)をとっている。この第1図イ
から明らかなように一定のCOガス濃度における素子抵
抗は、空気の温度や相対湿度によって変化するが、これ
を近似的には絶体湿度のみとの関係として一義的に変化
するものであると理解することができる。また、第11
図口は、機軸にCOガス濃度(腿)をとり、素子抵抗(
KQ)との関係を示すグラスであり、この第1図口にお
いてても第1図イに説明した事実が当隊ることは明らか
である。因に、従来におけるこの種ガス感応素子を用い
てガス濃度を検出、警報する場合について第2図により
説明すると、即ち、素子Rsと直列に直列抵抗Rを接続
する。
この場合に抵孔Rの端子電圧V2はガス濃度の変動によ
る素子Rsの変化により変化するので、これを出力電圧
として利用して第2図のAに示す装置によりV2の値を
測定してガス濃度を知り、或いはV2の値が定められた
一定値を超過することを検知してブザー等を動作させて
警報を発し、または換気扇を動作させる等に使用するの
である。第2図のAは上記したように、出力電圧によっ
て駆動または制御される指示計器、ブザー等の警報器、
増幅器、リレー等を介した換気扇等の制御装置等を示す
(以下第3図〜第6図も同様である)。しかしながら、
この第2図の従来のものにおいては、素子Rsの抵抗が
第1図に示すように同一のガス濃度においても、空気の
温度、湿度により変化するため出力電圧V2も変化する
。例えば、第1図の特性を示す素子を用いて、絶体湿度
1仇hmHgにおいてCOガス濃度50胸で警報を発す
るようにするには、その時のガス感応素子Rsの抵抗は
約1兆0であるから、第2図の素子Rsの抵抗が1水Q
の抵抗が1弧○になった時の出力電圧V2においてブザ
ー等の警報装置が動作するように直列抵抗R及び警報装
置回路を構成すれば良いのである。しかし、このよな回
路装置を構成した場合には、空気の絶対湿度が靴mHg
の時は10Q血、2皿mHgでは約2Q四で警報を発す
ることになり極めて精度の悪いものである。
次に、本発明のガス感応装置について図面を参照して具
体的に説明する。
第3図は本発明に係るガス感応装置の1例を示す基本回
路図であり、Rsはガス感応素子、RTは感湿抵抗、V
Tは温度補償された出力電圧、Rhは感湿抵抗、R2は
抵抗、V’hは温度、相対湿度に対して補償された出力
電圧を示し、このうち、R丁は負梼性サーミスタの抵抗
、Rhは相対湿度によって抵抗の変化するもので、相対
湿度が上昇すると抵抗値が低下するものである。
上記したように、ガス感応素子の抵抗値は同一のガス濃
度においては、近似的には空気の絶対湿度によって変化
する。空気の絶対湿度日は、温度Tにおける飽和水蒸気
圧をHT、相対湿度をhとすれば、H=HThで表わさ
れる。飽和水蒸気圧日,は一定気圧下では温度Tのみの
関数であるから、大気条件による絶対湿度の変化は温度
TによるHTの変化と、相対湿度hに比例する変化とに
分けて考えることができる。従って、第3図において、
感温抵抗RTは負特性サーミスタであって、相対湿度一
定の下におけるガス感応素子Rsの温度による変化と同
率の変化を示す特性を有するものを用いる。負鋳性サー
ミスタは各種の特性のものが市販されていて、大体この
要件を満足するものが容易に入手することが可能である
が、回路設計上必要があれば複数個の負特性サーミスタ
を粗合せるか、或いは他の抵抗と直列または並列に接続
するかして、ガス感応素子との適合性を高めることがで
きる。このことは感溢抵抗Rhについても同じ事がいえ
る。このようにして、感温抵抗RTの端子電圧V?は、
相対湿度が一定の下では温度Tと無関係に、ガス濃度に
応じた変化を示すことになり、即ち、端子電圧VTは温
度補償がなされていることになる。この端子電圧VTは
同一ガス濃度においても、相対湿度によって変化する。
この第3図の抵抗R2及び感湿抵抗Rhは、相対湿度に
よる変化を補償するために付加したもので、感湿抵抗R
hは上記のように相対湿度の上昇に伴って抵抗値が低下
するものである。一定のガス濃度において、温度が一定
で相対湿度hが上昇すると、ガス感応素子Rsの抵抗は
低下するが、感溢抵抗RTは変化しないため(端子電圧
)VTが上昇する。一方感緑抵抗Khは相対湿度hの上
昇によりその値が低下するため、端子電圧VThのVT
に対する比率が低下し、このため、相対湿度の上昇によ
るVTの増大が相殺されて、出力電圧Vでhの相対湿度
の変動による変化が抑制される。端子電圧(出力電圧)
V丁自身は既に温度補償されているので、この第3図に
おける出力電圧V,hは、温度、相対湿度の何れかに対
しても補償されており、ガス濃度のみにより変化する。
なお、第3図において、感温抵抗RTの代りに通常の抵
抗を用いた場合は、出力電圧V,h‘ま相対湿度に対し
てだけ補償され、また、抵抗R2、感溢抵抗Rhを消略
してVTを出力電圧とすれば、温度に対してのみ補償さ
れたものとなる。第4図は、第3図と同様な基本回路を
示したものであるが、感温抵抗RTとして正特性サーミ
スタを用い、この正特性サーミス夕の感温抵抗RTは温
度の上昇によって抵抗が増加するので、ガス感応素子R
sと感温抵抗R,′とは回路上の位置が第3図のものと
入れ替っている。
しかし、この第4図の回路の機能は第3図と同様である
。第5図は本発明の装置の上記第3図、第4図とは異な
った基本回路を示してある。
この第5図では出力電圧V丁は温度補償されているが、
相対湿度に対しては補償されておらず、相対湿度の上昇
により出力電圧VTは上昇する。一方、感湿抵抗Rhは
相対湿度の上昇により抵抗値は低下しその端子電圧Vh
は減少する。このことから、両電圧の和VT十Vh=V
Thの相対湿度による変動は抑制されるのである。なお
、第3図及び第5図において、感温抵抗RTと感湿抵抗
Rhは夫々その挿入位置を入れ替えても効果は同様であ
る。
ただし、感湿抵抗は一般に、ガス感応素子Rsの抵抗が
数KQ〜数1帆○であるのに比べて著しく高抵抗である
ので、このようなものを多数並列に用いるよりも第3図
または第5図のような回路にするのが実際的である。第
6図は、本発明の装置のさらに別の基本回路をしてある
。この第6図においては、ブリッジ回路を用い、素子R
sの温度による変化分を、感温抵抗RTの温度による変
化によって補償し、相対湿度による変化分を感湿抵抗R
hによって補償し、一定のガス濃度における出力電圧V
Thの温度、相対湿度の変化による変動を補償するよう
にしたものである。なお、第6図の場合には、ブリッジ
回路を用いているのでガス濃度零における出力電圧VT
hが零とすることができるのである。以上説明した本発
明の装置の第3図〜第6図において、得られた出力電圧
VThは、これを増幅し、、或いは適当な感度の指示計
器を用いてガス濃度を測定し、また、ブザー等を用いて
誓報し、或いはリレー装置を用いて換気扇の制御、その
他の制御を行なうものである。本発明のガス感応装置に
ついて詳細に説明したが、一般に、金属酸化物半導体に
よるガス感応素子の電気抵抗は、同一ガス濃度において
も温度、相対湿度により変化するので、警報器、制御装
置として用いる場合も、その警報濃度、制御濃度は著し
く不正確となり、また、ガス濃度測定器としては実用に
供し得ないものであったが、本発明では、上記したよう
に、感温抵抗、感温抵抗を巧に絹合せて回路を構成する
ことにより、温度、相対湿度による出力電圧の変化を補
正し、ガス濃度に対する出力電圧の精度を飛躍的に高め
ることを可能としたもので、ガス感応素子の有用性を高
くし、家庭、作業場等における安全、防災に寄与すると
ころが極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図イは絶対湿度と素子抵抗との関係を示すグラフ、
第1図口はCOガス濃度と素子抵抗との関係を示すグラ
フ、第2図はガス感応素子を用いてガス濃度検出、警報
を行なう従釆の回路図、第3図〜第6図は本発明に係る
ガス感応装置の基本回路図を示す。 Rs〜ガス感応素子、R〜直列抵抗、R2,R3,R4
〜抵抗、Rn RT′〜感湿抵抗、V.〜電源電圧、V
3〜補助電源電圧、V2,VT,Vh,VTh〜出力電
圧(端子電圧)、A〜制御装置類。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 金属酸化物半導体を用いたガス感応素子に温度によ
    り抵抗値の変化する感温抵抗及び相対湿度により抵抗値
    の変化する感湿抵抗を含む回路を組合せることにより、
    温度及び相対湿度の変化による出力電圧の変化を防止し
    たガス濃度検出回路を使用することを特徴とするガス感
    応装置。
JP50064174A 1975-05-30 1975-05-30 ガス感応装置 Expired JPS6030891B2 (ja)

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JPS51140793A JPS51140793A (en) 1976-12-03
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