JPS61201150A - 検出装置 - 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】 五笠丘互 本発明は、感応物質の電気抵抗値変化を利用する検出装
置に関し、より詳細には、ガスセンサ、温度センサ、湿
度センサ又はアルコールセンサ等に適用可能な検出装置
に関するものである。

璽米亙亙 一般に１例えば金属酸化物半導体−から成る感応物質に
おける感応対象物の吸着・離脱作用に応じた電気抵抗値
の変化を利用する検出装置においては、感応物質の温度
がその性能を決定する大きな要因となる。即ち、感応物
質の温度分布が不均一であると、高温領域が選択的に強
いストレスを受け、時間の経過と共に性能の劣化或いは
焼切れ等が起る。従って、検出装置の信頼性及び寿命を
高める為には、感応物質を′効率良く加熱しその温度を
全体に亘って均一に適正範囲内に保持することが要求さ
れる。

目　　的 本発明は１以上の点に鑑みなされたものであって、小さ
い消費電力で効率良く感応物質を適正温度まで均一に加
熱でき正確な信号を安定して得ることが可能な検出装置
を提供することを目的とする。

碧−」え 本発明は、上記の目的を達成させるため、感応物質を電
熱器で所定温度に加熱し感応対象物の吸着離脱現象に応
じた前記感応物質の抵抗値の変化を利用する検出装置に
おいて、前記感応物質から成る検出部と、前記検出部の
両端に接続させた少なくとも一対の検出リード部と、前
記検出リード部に通電して発熱させ前記検出部を所定温
度に加熱するヒータとして機能させるヒータ駆動回路と
、前記検出部に通電し抵抗値を検出する検出回路と、前
記検出リード間に介設されており前記検出回路の通電時
に選択的に前記検出リード間の接続を切離可能な少なく
とも１個のスイッチ手段とを有することを特徴としたも
のである。

以下１本発明の１実施例に基づき具体的に説明する。第
１図は本発明の１実施例としてのガス検出装置の構成を
示したブロック図である。第１図において、平行に延在
させた一対のヒータを兼ねる検出リード部１ａ、ｌｂ間
にガス感応物質から成る検出部２を熱容量を小さくする
為に架橋状に設けてセンサＳが形成されている。本例の
検出部２は、金属酸化物半導体のＳ　ｎｏ、から成り熱
容量を小さくすべく薄膜状に形成されており、ヒータを
兼ねる検出リード部１ａ、ｌｂにより３５０〜４００℃
に加熱されると、雰囲気のガス分子をその表面に吸着・
離脱させる。従って、雰囲気に検出すべきガスが存在す
る場合はそのガス分子を吸着してガス感応物質自体の抵
抗値が小さくなり、そのガスが無くなると離脱させて抵
抗値が元の値に戻る。この抵抗値の変化を後述する検出
回路より電流を流して検出し、目的とするガスの存在を
知らせる。

而して、一対の検出リード部１ａ、ｌｂの両端部間は、
夫々スイッチ３ａ、３ｂを介して接続されている。この
スイッチ３ａ、３ｂは応答性の速い例えば電子スイッチ
やリードリレー等により構成されており、通常は開いた
状態になっている。

そして、一方の検出リード部１ａの両端と各スイッチ３
ａ、３ｂは、検出リード部をヒータとして機能させるヒ
ータ駆動回路４に夫々接続されている。又、一対の検出
リード部１ａ、ｌｂの各一端が検出回路５に接続されて
いる。

従って、検出部２を加熱する場合は、スイッチ３ａ、３
ｂを閉成して第２図に示す如く検出リード部１ａと検出
リード部１ｂを並列に接続し、ヒータ駆動回路４から例
えば１．５〜３ｖのパルス電圧を双方の検出リード部１
ａ及び検出リード部１ｂに加えて発熱させ、２個のヒー
タで効率良く検出部２を加熱しその全体温度を均一に適
正範囲内に保持することができる。又、検出部２の抵抗
値を検出する場合は、スイッチ３ａ、３ｂを開成して第
３図に示す如く夫々の接続を切離すれば、検出回路５内
に備えられている同じく１．５〜３Ｖの検出用パルス電
源からの検出電流が検出部２に流されその抵抗値変化に
よる電流変化を電圧変動として検出することができる６
尚、検出用電源はパルス電源に限らず、通常の直流電源
でも良い。

ところで１通常は、検出部２が適正温度に加熱されてい
る際にその抵抗値を測定するのであるが、この場合、ヒ
ータ駆動口゛路４からの加熱電流が検出部２内にリーク
し、このリーク電流によりセンサＳの検出信号出力が低
下するという不都合が生じる。そこで、本発明において
は次の様にしてその不都合を回避する。

本願発明者等は、検出部２の温度とガス吸着・離脱作用
の関係について以下に示す如き知見を得た。第４図はヒ
ータとしての検出リード部１ａ。

１ｂに間欠的にパルス電圧を印加した場合における検出
部２表面への空気分子Ａとガス分子Ｇの吸着・離脱状態
の経時的変化を第■〜第■の段階に分けて模式的に示し
たものである。雰囲気にガスが存在しない空気だけの状
態で検出リード部１ａ。

１ｂにパルス電圧を印加した第１段階では、検出部２表
面に空気分子Ａが吸着する。次いで、ヒータがオフされ
た第■段階では、検出部２は熱容量が小さい為温度が速
やかに低下し、１ｍｓ以内で平衡温度に達する。この場
合、検出部２が低温になっても第１段階の状態が保持さ
れる。次に、ガス分子Ｇが流入してきても検出部２は低
温であるからその表面状態は変らない（第■段階）。こ
の後、電圧が印加され検出リード部１ａがオンされると
。

検出部２表面の空気分子Ａが離脱し代りにガス分子Ｇが
吸着する（第■段階）、この場合、検出部２が微小且つ
薄膜に形成されているからガスと検出部２表面との吸着
離脱作用が極めて鋭敏に行われる。次いで、検出リード
部１ａがオフされても速やかに検出部２が低温になるの
で第■段階の表面状態が保持される（第Ｖ段階）。この
状態は雰囲気状態が変化しても保持され（第■段階）、
検出リード部１ａが次にオンされてガス分子Ｇの離脱と
空気分子Ａの吸着が起る（第■段階）。

以上の如く、加熱された高温状態で得られたガス感応物
質部表面の各分子の吸着状態は、ガス感応物質部表面の
温度が低下すると次に加熱されて所定の温度に上昇する
まで保持される。この場合。

パルス電圧の印加間隔Ｔ２、即ち、検出部２が低温であ
る時間が例えば１００ｍ１ｎ間程度の長期に亘っても、
同様に保持される。又、金属酸化物半導体から成り微小
薄膜状の熱容量の小さい検出部２を用いるセンサＳによ
れば、検出リード部１ａのオン・オフに対する気体の吸
着・脱離作用の応答性が良いから、パルス電圧オン時間
Ｔ１は１ｍｇ〜１ｓ、オフ時間Ｔ２は０．１ｓ〜１００
ｍ１ｎの好適範囲の時間を組み合わせて用途に応じた種
々の印加タイミングパターンを設定することができる。

叙上の如き知見に基づき、本例では、第５図に示す如く
、ヒータ駆動回路４へのパルス電圧の印加が終了した後
にガス吸着状態が保持された検出部２に検出用パルス電
圧を加えて検出信号を得る駆動方式とする。これにより
、ヒータ駆動パルス電圧によるリーク電流に応じた信号
ｒと別個のガスの吸着状態を示す明確な信号ｔを得るこ
とができる。

上述の如き駆動方式を実現する為に１本例では。

第１図に示す如く、ヒータ駆動回路４と検出回路５に夫
々におけるパルス電圧の印加タイミングを指示する信号
を送るタイミング回路６が接続されている。タイミング
回路６においては、第６図に示す如く、夫々適数個のイ
ンバータ６ａ、抵抗６ｂ、ダイオード６ｃ及びコンデン
サ６ｄからパルス発生回路Ｐを形成し、これからヒータ
駆動回路４へはイタンバータ６ａを介して接続され、検
出回路６には本例では２個のマルチバイブレータ６ｅを
介して接続されている。これにより、パルス発生回路Ｐ
でヒータ駆動回路４へ送るデユーティ比の／１％さいパ
ルス信号を発生させ、これに対して所望のタイミングだ
けずらせたパルスをマルチバイブレータ６ｅで発生させ
て検出回路５に送ることができる。

次に、上記の如く構成されたガス検出装置において実施
される駆動方法とその動作について、第５図のタイミン
グチャート図に基づき説明する。

今、検出部２の雰囲気に検出すべきガスが流入したとす
る。この状態下において、ヒータ駆動回路４からの信号
でリレーがオンされてスイッチ３ａ。

３ｂが閉じられると同時にヒータ駆動回路４から検出リ
ード部１ａ、ｌｂにパルス電圧が加えられると、極めて
熱容量の小さい検出部２は２個のヒータとしての検出リ
ード部１ａ、ｌｂにより効率良く加熱され、速やかに全
体が均一に適正温度に保持された状態となる。検出部２
が適正温度に加熱されると、その表面にガス分子が吸着
して抵抗値が低下する。この時点では、ヒータ駆動電流
の検出部２へのリーク電流に対応した信号出力ｒが検出
回路６に現われる。然し、検出用パルス電圧は印加さ九
でいないから、この信号は警報を発っすべき信号レベル
以下であり警報は発っせられなり１６ 所定のヒータ駆動パルス電圧の印加時間が終了したら、
ヒータ駆動回路４がリレーをオフさせてスイッチ３ａ、
３ｂを開くと共にマルチバイブレータ６ｅから所定時間
ずれたタイミングで検出回路５に信号が送られ、これに
応じて検出回路５がら検出部２に検出用パルス電圧が印
加される。この場合、検出部２の表面状態は、ヒータ駆
動パルスが印加された時点の表面状態、即ちガスを吸着
した低抵抗値の状態に保持されているから検出用パルス
電圧に応じて高レベルの信号出力１ｉが得られガスの存
在を知らせる警報が発っせられる。

やがて、検出部２の雰囲気からガスが消失するが、ヒー
タ駆動パルス電圧が印加されるまで検出部２の表面はガ
スが吸着された状態が保持される。

そして、所定間隔をおいて前回と同様にスイッチ３ａ、
３ｂが閉じられると同時にヒータ駆動パルス電圧が印加
されると、直ちに検出部２が所定温度に加熱されてガス
がその表面から離脱し空気が吸着し、検出部２の抵抗値
が元の平常時（雰囲気が空気）の値まで上昇する。尚、
この場合も、同様にリーク電流による出力信号ｒが現わ
れる。そして、同様にヒータ駆動パルス電圧をオフする
と共にスイッチ３ａ、３ｂを開いた後の所定時間ずれた
タイミングで検出パルス電圧を印加すると、これに応じ
て検出信号ｔ２が得られる。この場合、検出部２の抵抗
値は高くなっているから得られる信号レベルが相応に低
く、警報は発っせられない。

次に、本発明の他の実施例について第７図に基づき説明
する。尚、上記実施例と同一の構成要素については同一
符号を付し、その説明を省略する。

本例の検出装置においては、検出リード部１ａ。

１ｂをヒータとして駆動する場合に直列に接続する構成
となっている。従って、一対の検出リード部１ａ、ｌｂ
の一端側だけをスイッチ７を介して接続し、他端部は夫
々ヒータ駆動回路４に接続されている。検出回路５に対
しては上記実施例と同様に各検出リード部１ａ、ｌｂの
一端が夫々接続されている。この場合、各通電電流の回
り込みを防止する為、各回路にダイオード８，９が介設
されている。その他の構成は上記実施例と同様である。

従って、検出部２の加熱動作時は、第８図に示される如
き回路が形成され、直列に接続された検出リード部１ａ
、ｌｂにより効率良く検出部２が加熱されて全体が均一
に適正温度に保持され、信号検出時には、第９図に示す
如く上記実施例と同様な回路が形成されて信頼度の高い
検出信号を安定して得ることができる。

尚、上記実施例等においては、検出部２を加熱していな
いときにその抵抗値を測定する構成となっているが、従
来と同様に検出部２の加熱時にその抵抗値を測定する構
成としてもよい、この場合、スイッチ３ａ、３ｂ又は７
の開閉を検出回路５の動作に応じて実施できる様にそれ
らの駆動回路を検出回路５に接続し検出時に開く駆動パ
ターンとすればよい。

肱−来 以上、詳述した如く、本発明によれば、ヒータを兼ねる
一対の検出リード部をスイッチを介して接続することに
より、全ての検出リード部をヒータとして利用し効率良
く検出部全体を均一に適正温度に加熱することができる
。従って、信頼度の高い検出信号を低消費電力で安定し
て得ることができる。尚、本発明は上記の特定の実施例
に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲内にお
いて種々の変形が可能であることは勿論である。

例えば、検出対象はガスに限らず、例えば気相中に浮遊
する液体粒子等の如くガス感応物質に吸８着離脱作用を
行う種々の物質の検出に本発明を適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例としてのガス検出装置の構成
を示したブロック図、第２図及び第３図は本発明の１実
施例の動作を示した各説明図、第４図は本発明の１実施
例の動作原理を示した説明図、第５図は本発明の１実施
例における動作を説明するタイミングチャート図、第６
図は本発明の１実施例におけるタイミング回路を示した
回路図、第７図は本発明の他の実施例を示したブロック
図、第８図及び第９図は夫々本発明の他の実施例におけ
る動作を示した各説明図である。 （符号の説明） １ａ：　検出リード部 ２：　検出部 ３ａ、３ｂ、７：　　スイッチ ４：　ヒータ駆動回路 ５：　検出回路 第５図 第６図 Ｃ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、感応物質を電熱器で所定温度に加熱し感応対象物の
   吸着離脱現象に応じた前記感応物質の抵抗値の変化を利
   用する検出装置において、前記感応物質から成る検出部
   と、前記検出部の両端に接続させた少なくとも一対の検
   出リード部と、前記検出リード部に通電して発熱させ前
   記検出部を所定温度に加熱するヒータとして機能させる
   ヒータ駆動回路と、前記検出部に通電し抵抗値を検出す
   る検出回路と、前記検出リード間に介設されており前記
   検出回路の通電時に選択的に前記検出リード間の接続を
   切離可能な少なくとも１個のスイッチ手段とを有するこ
   とを特徴とする検出装置。 ２、上記第１項において、前記感応対象物は気体である
   ことを特徴とする検出装置。 ３、上記第１項又は第２項において、前記感応物質は金
   属酸化物半導体であることを特徴とする検出装置。