JPS608740A - 半導体ガス検出素子 - Google Patents
半導体ガス検出素子Info
- Publication number
- JPS608740A JPS608740A JP21334783A JP21334783A JPS608740A JP S608740 A JPS608740 A JP S608740A JP 21334783 A JP21334783 A JP 21334783A JP 21334783 A JP21334783 A JP 21334783A JP S608740 A JPS608740 A JP S608740A
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- JP
- Japan
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- gas
- resistance
- change
- wire
- coil
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- Pending
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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】
この発明は、Ｓｎ ０２やＺｎＯなどを主成分とするガ
ス感応半導体の焼結体で、単一の金属線コイルを包み込
んでビード状にし、前記金属線コイルを加熱用ヒータ兼
焼結体の電気抵抗値変化検出用電極として用いる半導体
ガス検出素子に関するものである。
ス感応半導体の焼結体で、単一の金属線コイルを包み込
んでビード状にし、前記金属線コイルを加熱用ヒータ兼
焼結体の電気抵抗値変化検出用電極として用いる半導体
ガス検出素子に関するものである。
ガス感応半導体は被検ガス雰囲気におかれると、電気抵
抗値変化（多くの場合減少）をひき起す。その際、ガス
の吸脱着速度や、抵抗値変化を実用的な大きさで行わせ
るために、通常は、室温よりもかなり高温（３００°Ｃ
以上の場合が多い）で用いる。したがって、半導体を用
いた実用的なガス検出素子は、半導体を高温にするだめ
の何らかの加熱手段を備えている。
抗値変化（多くの場合減少）をひき起す。その際、ガス
の吸脱着速度や、抵抗値変化を実用的な大きさで行わせ
るために、通常は、室温よりもかなり高温（３００°Ｃ
以上の場合が多い）で用いる。したがって、半導体を用
いた実用的なガス検出素子は、半導体を高温にするだめ
の何らかの加熱手段を備えている。
さらに、当然のことながら、半導体の抵抗値変化を検出
するために何らかの電極を備えているのはいうまでもな
い。このように、半導体式のガス検出素子は一般に加熱
用ヒータと抵抗変化検出用電極を共に具備している。
するために何らかの電極を備えているのはいうまでもな
い。このように、半導体式のガス検出素子は一般に加熱
用ヒータと抵抗変化検出用電極を共に具備している。
このような二つの機能を単一の金属線コイルで行わせる
半導体ガス検出素子として、第１図に示すタイプのもの
がある。
半導体ガス検出素子として、第１図に示すタイプのもの
がある。
第１図において、１は金属線コイル、２はガス感応半導
体の焼結体、３は金属ピンである。以下この半導体ガス
検出素子の動作について説明する。
体の焼結体、３は金属ピンである。以下この半導体ガス
検出素子の動作について説明する。
半導体ガス検出素子の加熱は、金属線コイル１に適当な
電流を流すことによってなされる。また、焼結体２の抵
抗値変化は、金属線コイル１の両端の抵抗値、すなわち
金属線コイル１と焼結体２の組み合わさった合成的な抵
抗値の変化として検出される。以下この合成的な抵抗値
をセンサ抵抗値Ｒと呼ぶことにする。
電流を流すことによってなされる。また、焼結体２の抵
抗値変化は、金属線コイル１の両端の抵抗値、すなわち
金属線コイル１と焼結体２の組み合わさった合成的な抵
抗値の変化として検出される。以下この合成的な抵抗値
をセンサ抵抗値Ｒと呼ぶことにする。
今、金属線コイル１のみの抵抗値をＲｃ、焼結体２の部
分を実効的に金属線コイル１の抵抗値Ｒｃの並列抵抗と
みなしたときの抵抗値をＲｓとすれば、センサ抵抗値Ｒ
は、 となる。これを図示すると第２図のようになる。
分を実効的に金属線コイル１の抵抗値Ｒｃの並列抵抗と
みなしたときの抵抗値をＲｓとすれば、センサ抵抗値Ｒ
は、 となる。これを図示すると第２図のようになる。
被検ガスの存在は、被検ガスによる焼結体２の抵抗値Ｒ
ｓの変化が、第（１）式に従うセンサ抵抗値Ｒの変化と
して検出される。
ｓの変化が、第（１）式に従うセンサ抵抗値Ｒの変化と
して検出される。
上述のようなヒータ兼電極としての金属線コイル１に用
いられる線材としては、耐熱性、耐食性および焼結体２
との電気的接触抵抗が良好であるなどの点から従来は、
ｐｔ線が用いられている。
いられる線材としては、耐熱性、耐食性および焼結体２
との電気的接触抵抗が良好であるなどの点から従来は、
ｐｔ線が用いられている。
この発明は、耐食性などをあまり変えずに、金属線コイ
ル１の線材として、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉの含有量が１０〜
３０％であるＰｔ合金線を用いたものである。以下この
発明について説明する。
ル１の線材として、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉの含有量が１０〜
３０％であるＰｔ合金線を用いたものである。以下この
発明について説明する。
（１） 金属線材の比抵抗
被検ガスによるＲｓの変化をセンサ抵抗値Ｒの変化とし
て、できるだけ大きく取り出すためには、ＲｓはＲｃに
比べて小さい方か望ましい。しかし、焼結体２の抵抗値
を小さくすることは、あまり容易ではないため、Ｒｅと
Ｒｓのかね合いを適当にするには、Ｒｃをできるだけ大
きくする必要がある。そのために、金属線コイル１の線
径を細くしたり、巻数を多くすれば良いが、それには限
度がある。
て、できるだけ大きく取り出すためには、ＲｓはＲｃに
比べて小さい方か望ましい。しかし、焼結体２の抵抗値
を小さくすることは、あまり容易ではないため、Ｒｅと
Ｒｓのかね合いを適当にするには、Ｒｃをできるだけ大
きくする必要がある。そのために、金属線コイル１の線
径を細くしたり、巻数を多くすれば良いが、それには限
度がある。
そこで、純Ｐｔ線の代わりに、例えばＲｈを含むＰｔ合
金線を用いれば、第３図にあるように、４００°Ｃでは
線材の比抵抗ｐＣ４００°ＣはＲｈ含有量が５〜３０％
では、純Ｐｔの２５％以上、１０〜２０％では、４０％
近く増加することが分る。
金線を用いれば、第３図にあるように、４００°Ｃでは
線材の比抵抗ｐＣ４００°ＣはＲｈ含有量が５〜３０％
では、純Ｐｔの２５％以上、１０〜２０％では、４０％
近く増加することが分る。
したがって、適当なＲｈ含有量のＰｔ−Ｒｈ合金線を用
いれば、被検ガスの存在をセンサ出力として、より効率
よく取り出す利点を有する。
いれば、被検ガスの存在をセンサ出力として、より効率
よく取り出す利点を有する。
上記はＰｔ−Ｒｈ合金線の場合であったが、この他、Ｐ
ｔ−Ｉｒ、ＰＬ−Ｎｉなどの合金線を用いることもでき
る。下記第１表にこの発明で用いるＰｔ合金線の比抵抗
ρをまとめて示す。
ｔ−Ｉｒ、ＰＬ−Ｎｉなどの合金線を用いることもでき
る。下記第１表にこの発明で用いるＰｔ合金線の比抵抗
ρをまとめて示す。
第１表（１０６Ωｃｍ）
（２） 金属線材の抵抗温度係数
センサ抵抗値Ｒの変化を一般にガス検出素子に定電圧を
かけて、または、定電流を流して検出する場合、センサ
抵抗値Ｒの変化に対応して、ガス検出素子における消費
電力が変化し、ガス検出素子の温度の変化をひき起す。
かけて、または、定電流を流して検出する場合、センサ
抵抗値Ｒの変化に対応して、ガス検出素子における消費
電力が変化し、ガス検出素子の温度の変化をひき起す。
この温度変化をおさえるため、消費電力変化を小さくす
るには、Ｒｓに比べてＲｃを小さくすればよいが、あま
り小さくすると先の考察で明らかなように被検ガスによ
るＲｓ変化にもとづくＲの変化が小さくなるため、いわ
ゆるガス検出素子の感度が低くなってしまう。したがっ
て、Ｒｅは単純に小さくするわけにはいかない。
るには、Ｒｓに比べてＲｃを小さくすればよいが、あま
り小さくすると先の考察で明らかなように被検ガスによ
るＲｓ変化にもとづくＲの変化が小さくなるため、いわ
ゆるガス検出素子の感度が低くなってしまう。したがっ
て、Ｒｅは単純に小さくするわけにはいかない。
また、Ｒｃが適当に大きい時は、Ｒｃの抵抗温度係数が
大きければ大きい程、ガス検出素子の消費電力の大きさ
に影響を与える。したがって、金属線コイル１には小さ
な温度係数をもつ線材を用いるのが望ましい。
大きければ大きい程、ガス検出素子の消費電力の大きさ
に影響を与える。したがって、金属線コイル１には小さ
な温度係数をもつ線材を用いるのが望ましい。
ところが、Ｐｔの抵抗温度係数は、ニクロム線などの発
熱線に比べると、非常に大きいにクロム線など卑金属線
は耐食性などの点で使えない）。
熱線に比べると、非常に大きいにクロム線など卑金属線
は耐食性などの点で使えない）。
そこで、耐食性などをあまり変えずに、抵抗温度係数α
を小さくするため、合金線コイルの線材として、例えば
Ｒｈを含有するＰｔ−Ｒｈ合金線な用いることが有効で
ある。
を小さくするため、合金線コイルの線材として、例えば
Ｒｈを含有するＰｔ−Ｒｈ合金線な用いることが有効で
ある。
＄４図にあるように、Ｐｔに対するＲｈの含有量の増加
とともに、抵抗温度係数αは最初減少し、再び増加する
。含有量５〜７０％で、αの値は純Ｐｔ線の５５％程度
であり、含有量１０〜６０％では、純Ｐｔ線の５０％以
下となる。もし、ガス検出素子の温度が４００°Ｃで用
いられていて、被検ガスによって、１００ ’Ｏ低下し
たとすると（すなわち３００’（１！になったとすると
）、金属線コイル１の抵抗値Ｒｅは、第５図にあるよう
に減少する（図には、Ｒ１１！ ３００°シＲｃ４００
°６で表わした）。純Ｐｔ線なら、１５．４％の減少で
あるが、Ｒｈ含有量が５〜６５％のＰｔ−Ｒｈ線では１
１．５％程度であり、含有量１０〜５０％では、はぼ１
０％以内におさえられている。したがって、適当なＲｈ
含有量のＰｔ−Ｒｈ線を用いれば、被検ガスの存在によ
るガス検出素子の温度の変化を抑えることができる。
とともに、抵抗温度係数αは最初減少し、再び増加する
。含有量５〜７０％で、αの値は純Ｐｔ線の５５％程度
であり、含有量１０〜６０％では、純Ｐｔ線の５０％以
下となる。もし、ガス検出素子の温度が４００°Ｃで用
いられていて、被検ガスによって、１００ ’Ｏ低下し
たとすると（すなわち３００’（１！になったとすると
）、金属線コイル１の抵抗値Ｒｅは、第５図にあるよう
に減少する（図には、Ｒ１１！ ３００°シＲｃ４００
°６で表わした）。純Ｐｔ線なら、１５．４％の減少で
あるが、Ｒｈ含有量が５〜６５％のＰｔ−Ｒｈ線では１
１．５％程度であり、含有量１０〜５０％では、はぼ１
０％以内におさえられている。したがって、適当なＲｈ
含有量のＰｔ−Ｒｈ線を用いれば、被検ガスの存在によ
るガス検出素子の温度の変化を抑えることができる。
上記ばＰｔ−Ｒｈ合金線の場合であったが、この他、Ｐ
ｔ−Ｉ ｒ、Ｐｔ−Ｎｉなどの合金線を用いることもで
きる。下記第２表にこの発明で用いるｐｔ合金線の抵抗
温度係数αをまとめて示す。
ｔ−Ｉ ｒ、Ｐｔ−Ｎｉなどの合金線を用いることもで
きる。下記第２表にこの発明で用いるｐｔ合金線の抵抗
温度係数αをまとめて示す。
第２表（Ｘ １０３ ／°Ｏ）
前記（１） 、 （２）に述べた利点およびＲｈ含有量
が３０％を超えた場合に加工性が悪くなる点から考えて
、Ｒｈ含有量の実用的な範囲としては５〜３０％と思わ
れる。また、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｎｉを５〜３０％含有
させたＰｔ合金線でもほぼ同様な効果が得られた。
が３０％を超えた場合に加工性が悪くなる点から考えて
、Ｒｈ含有量の実用的な範囲としては５〜３０％と思わ
れる。また、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｎｉを５〜３０％含有
させたＰｔ合金線でもほぼ同様な効果が得られた。
以上詳細に説明したように、この発明は単一の金属線コ
イルをガス感応半導体の焼結体で包み込んでビード状と
した構造の半導体式ガス検出素子において、加熱用ヒー
タ兼電極として純ｐｔ線を用いる代わりに、Ｒｈ、Ｉｒ
、Ｎｉのいずれか１つを５〜３０％含有するＰｔ合金線
を用いたので、金属線コイルの耐熱性、ｌｌ１ｉ＃食性
などはあまり変えずに、■、被検ガスの存在をセンサ出
力としてより敏感に取り出すことができる利点と、■、
ガス雰囲気でのガス検出素子の消費電力の変化を抑制で
きる利点を有する。
イルをガス感応半導体の焼結体で包み込んでビード状と
した構造の半導体式ガス検出素子において、加熱用ヒー
タ兼電極として純ｐｔ線を用いる代わりに、Ｒｈ、Ｉｒ
、Ｎｉのいずれか１つを５〜３０％含有するＰｔ合金線
を用いたので、金属線コイルの耐熱性、ｌｌ１ｉ＃食性
などはあまり変えずに、■、被検ガスの存在をセンサ出
力としてより敏感に取り出すことができる利点と、■、
ガス雰囲気でのガス検出素子の消費電力の変化を抑制で
きる利点を有する。
第１図は従来の半導体ガス検出素子の一例を示す要部の
構成略図、第２図はその等価回路図、第３図はＰｔに対
するＲｈ含有量と比抵抗との関係を示す図、第４図は同
じ＜Ｒｈの含有量と抵抗温度係数αの関係を示す特性図
、第５図は同じくＲｈ含有量と金属線コイルの抵抗値の
３００°Ｃと４００°Ｃにおける比との関係を示す図で
ある。 図中、１は金属線コイル、２は焼結体、３は金属ピンで
ある。 第１図 第３図 ５０１ｏ。 Ｒｈ含有量（”／、） 第４図 ト？ｈ＠！ｊ■！１−／・ノ 手続補正書化発） 昭和５８年３月１３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５８−２１３３４７号２、発明
の名称 半導体ガス検出素子 住所 大阪府大阪市淀川区三津層中２丁目５番４号名称
新コスモス電機株式会社 代表者 等厚 理一部 ４、代 理 人〒１５０ 東京都渋谷区桜丘町３１番１６号 奥の松ビル６階・、
（、ｏ’、−’＋ ’ｌ・）・ ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、および図面６、補正の
内容 （１） 明細書第３頁１８行の「電気的接触抵抗」を、
「電気的接触」と補正する。 （２）同じく第４頁２行のｒｉｏ〜３０％」を、「５〜
３０％」と補正する。 （３）同じく第５頁５行のｒａｔ合金線の比抵抗ｐ」を
、ｒｐｔ合金線の２０’Ｏでの比抵抗ｐ、 ２０’Ｃ，
と補正する。 （４）同じく第５頁ｉｏ行の「第１表（１０６Ωｃｍ）
」を、「第１表（１０−”０ｃｍ）」と補正する。 （５）同じく第７頁１３行と１４行の間に下記を挿入す
る。 「なお、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの適当な酸化物が小量
（例えば０．１％）分散添加されたものにおいても、合
金にしたことの効果は同等である。」 （６）同じく第７頁末行の「第２表（×１０３／°Ｃ）
」を、「第２表（Ｘ １０−４／°Ｃり Ｊと補正する
。 （７） 図面第３図を別紙のように補正する。 以上 第３図 Ｒｈ 含鳴！ （’ム） − 手続補正書（自発） 昭和５９年３月２３日 特許庁長官殿 １、事イ牛の表示 特願昭５８−２１３３４７号２、発
明の名称 半導体ガス検出素子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号名称
新コスモス電機株式会社 代表者 竹原 理一部 ＼ ４、代 理 人〒１５０ 東京都渋谷区桜丘町３１番１６号 奥の松ビル６階小林
特許事務所電話０３ （４９６） １２５６番＝ ’
２３ Ｊ ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁の「第１表」を下記のように補正す
る。 第１表（１０−６Ωｃ＋ｎ） （２）同じく第７頁の「第２表」を下記のように補正す
る。 以上
構成略図、第２図はその等価回路図、第３図はＰｔに対
するＲｈ含有量と比抵抗との関係を示す図、第４図は同
じ＜Ｒｈの含有量と抵抗温度係数αの関係を示す特性図
、第５図は同じくＲｈ含有量と金属線コイルの抵抗値の
３００°Ｃと４００°Ｃにおける比との関係を示す図で
ある。 図中、１は金属線コイル、２は焼結体、３は金属ピンで
ある。 第１図 第３図 ５０１ｏ。 Ｒｈ含有量（”／、） 第４図 ト？ｈ＠！ｊ■！１−／・ノ 手続補正書化発） 昭和５８年３月１３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５８−２１３３４７号２、発明
の名称 半導体ガス検出素子 住所 大阪府大阪市淀川区三津層中２丁目５番４号名称
新コスモス電機株式会社 代表者 等厚 理一部 ４、代 理 人〒１５０ 東京都渋谷区桜丘町３１番１６号 奥の松ビル６階・、
（、ｏ’、−’＋ ’ｌ・）・ ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、および図面６、補正の
内容 （１） 明細書第３頁１８行の「電気的接触抵抗」を、
「電気的接触」と補正する。 （２）同じく第４頁２行のｒｉｏ〜３０％」を、「５〜
３０％」と補正する。 （３）同じく第５頁５行のｒａｔ合金線の比抵抗ｐ」を
、ｒｐｔ合金線の２０’Ｏでの比抵抗ｐ、 ２０’Ｃ，
と補正する。 （４）同じく第５頁ｉｏ行の「第１表（１０６Ωｃｍ）
」を、「第１表（１０−”０ｃｍ）」と補正する。 （５）同じく第７頁１３行と１４行の間に下記を挿入す
る。 「なお、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの適当な酸化物が小量
（例えば０．１％）分散添加されたものにおいても、合
金にしたことの効果は同等である。」 （６）同じく第７頁末行の「第２表（×１０３／°Ｃ）
」を、「第２表（Ｘ １０−４／°Ｃり Ｊと補正する
。 （７） 図面第３図を別紙のように補正する。 以上 第３図 Ｒｈ 含鳴！ （’ム） − 手続補正書（自発） 昭和５９年３月２３日 特許庁長官殿 １、事イ牛の表示 特願昭５８−２１３３４７号２、発
明の名称 半導体ガス検出素子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号名称
新コスモス電機株式会社 代表者 竹原 理一部 ＼ ４、代 理 人〒１５０ 東京都渋谷区桜丘町３１番１６号 奥の松ビル６階小林
特許事務所電話０３ （４９６） １２５６番＝ ’
２３ Ｊ ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁の「第１表」を下記のように補正す
る。 第１表（１０−６Ωｃ＋ｎ） （２）同じく第７頁の「第２表」を下記のように補正す
る。 以上
Claims (1)
- 単一の金属線コイルをガス感応半導体の焼結体で包み込
んでビード状とした構造を有し、かつ、前記金属線コイ
ルを加熱用ヒータ兼電気抵抗値変化検出用電極として用
いるガス検出素子において、前記金属線コイルを、Ｒｈ
、Ｉｒ、Ｎｉを５〜３０％の範囲で含有したＰｔ合金線
で構成したことを特徴とする半導体ガス検出素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21334783A JPS608740A (ja) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | 半導体ガス検出素子 |
| DE8484301211T DE3468739D1 (en) | 1983-03-29 | 1984-02-24 | Gas detecting apparatus |
| EP19840301211 EP0120605B1 (en) | 1983-03-29 | 1984-02-24 | Gas detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21334783A JPS608740A (ja) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | 半導体ガス検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS608740A true JPS608740A (ja) | 1985-01-17 |
Family
ID=16637648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21334783A Pending JPS608740A (ja) | 1983-03-29 | 1983-11-15 | 半導体ガス検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS608740A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51115894A (en) * | 1973-03-30 | 1976-10-12 | Nat Res Dev | Semiconductor gas sensor |
| JPS5599059A (en) * | 1979-01-22 | 1980-07-28 | Ford Motor Co | Exhaust gas detector |
-
1983
- 1983-11-15 JP JP21334783A patent/JPS608740A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51115894A (en) * | 1973-03-30 | 1976-10-12 | Nat Res Dev | Semiconductor gas sensor |
| JPS5599059A (en) * | 1979-01-22 | 1980-07-28 | Ford Motor Co | Exhaust gas detector |
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