JPS61266949A - 熱線型半導体センサを用いたｃｏガス検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ガスセンサに熱線型半導体センサを用いて
ＣＯガスの検出を行う熱線型半導体センナを用いたＣＯ
ガス検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からガス検知のための種々のガスセンサが提案され
ている。このうち、よく使用されるものに接触燃焼式と
半導体式とがある。前者は白金コイルに触媒を焼結した
もので、可燃性ガスを含んだ空気が触媒活性な表面（約
３００℃に保たれている）に接触すると、爆発下限界以
下の濃度であっても可燃性ガスと酸素が反応し、反応熱
が発生するため、白金コイルの温度が上昇し、その抵抗
値が増大するので、この抵抗値変化をブリッジ回路等で
検出しガスを検知するものである。

この接触燃焼式のガス検知素子は、感度特性に直線性を
有するが、長期安定性の点では半導体式のガスセンサに
劣っている。

一方、半導体式のガスセンサは金属酸化物半導体、例え
ばＳｎＯ，、ＺｎＯなどを一対の電極間に亘って＃！！
結したもので、一方の１極をフィル状に形成してヒータ
兼用電極として通常用いる。

そして、ヒータ兼用電極により３００℃〜４００℃の温
度に保っておぎ、ガス吸着により半導体の電導度が増大
し、両電極間の抵抗値が低くなるのを検出することでガ
ス検知を行う。

この半導体式のガスセンサは、接触燃焼式に比べ長寿命
で長期安定性に優れており、しかも被毒に対し接触燃焼
式より優れているが、消費電力が大きいため電源トラン
スなど電源部の容量が大きくかり、コストが高くなる。

さらに、半導体式のガスセンサは、一般に低温度加熱時
に特定のガスを捕えることができるが、ガスの蓄積によ
る誤報が出る欠点がある。

これを除去するため、ガス測定前に半導体式の゛ガスセ
ンサを一時的に高温にしてガスバージを行うことが行わ
れている（例えば特公昭５３−４３３２０号公報参照）
。

このような公知例においては、高温度と低温度とにパル
ス的に交互に加熱するよ５ｆＣＬだものであり、パルス
的′電圧印加のためマルチバイブレータのような矩形波
発生器を用いて波高値が大、小のパルスを半導体式のガ
スセンサに印加している。

したがって、パルスの発生のための機構が大型になるば
かりでなく、パルス的であるためガスセンサに急激に熱
歪みが発生し、クランクを生ずるという問題点があった
。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、構成がきわめて簡易で、かつガスセンサのクラン
クの発生を防止できるＣＯガス検出装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明にかかる熱線型半導体センサを用いたＣＯガス
検出装置は、熱線型半導体センナに、正弦波電圧を印加
する正弦波印加手段と、正弦波電圧のゼロクロス点近傍
の電圧時に熱線型半導体センサの抵抗値を検知する測定
手段とを備えたものである。

また、この発明の第２番目の発明は、さらＫ。

熱ｌｌｉ型半導体センサを低温に保持するための直流印
加手段を備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、熱線型半導体センサに正弦波電圧
が印加され、この正弦波′電圧の波高値に近い高い電圧
の部分でガスのパージが行われ、ゼロクロス点の近傍の
低い電圧の部分で熱線型半導体センサの抵抗値が測定さ
れ、この値によりガス鱗度の検出がなされる◎ また、この発明の２番目の発明では、熱線型半導体セン
サは直流印加手段により常時一定の低温に保持される。

〔実施例〕

まず、この発明に用いる熱線型半導体センサ（以下単に
センサという）について説明する。

第２図はこの発明に用いるセンナの構成を示すもので、
１は加熱用ヒータ兼電気抵抗値変化検出用砥極となる、
例えば１５μｍφの白金線からなる°コイル状の金属線
、２は前記金属線１に密着させたＳｎ　０２　＊　Ｚｎ
　Ｏ等の金属酸化物半導体であり、これらでセンサ３が
構成される。４はリードと支柱兼用の金属ビンで、これ
に金１１の両端が溶　　−着され支持されている。

このセンサ３は、応答速度が極めて速く、初期安定時間
が極めて蝉い。また、消費電力が少なく、感度が高く、
かつ触媒劣化がない等の特長を有している。

第２図に示すセンサ３を用いて構成したこの発明の一実
施例を第１図に示す。

第１図において、Ｒｈは抵抗器、３Ａは補償素子であり
、センサ３とともにブリッジ回路を構成している。なお
、補償素子３Ａは第２図のセンサ３と同じ形状であるが
、ガスとは反応しないように表面をガラス等で被覆して
いる。Ｅは電池、Ｒｚは信号検出用の可変抵抗器であり
、これらで抵抗値変化の検知回路１０が構成される。１
１はトランスで、１次側に呵変交流域源１２が接続され
、２次側はセンサ３の両端に接続され、これらのトラン
ス１１と可変交流電源１２とで交流電圧印加手段が構成
されている。１３はゼロクロス点検出器で、可変交流側
１２の出力がゼロ点近傍ニナったかと５かを検出するも
のである。１４は電子スイッチで、ゼロクロス点検出器
１３から出力が出たとぎ、その立上りから所定時間だけ
閉成する。

１５は抵抗値測定手段である電圧計で、電子スイッチ１
４の閉成により出力電圧、つまりガス濃度を指示する。

次に動作について第３図の波形図を参照して説明する。

第３図の（ａ）に示す曲線Ａのような正弦波の交流電圧
を、可変交流ｍ源１２からトランス１１を介してセンサ
３に印Ｊすると、その発熱状態は第３図の（ｂ）の曲線
Ｂのようになる。

すなわち、第３図の（ａ）で波高値Ｅｐのように高い電
圧のときには第３図の（ｂ）のように発熱も高くなり、
ガスのパージが行われる。

そして、を圧が次第に低くなってゼロクロス点近傍、例
えば第３図の（ａ）のしきい値ＩＬＬＩとり、の＋ｋｉ
３　Ｋ入ってガス検出に適した温度、つまり第３図の（
ｂ）の温度レベル線Ｌ３に温度が低下したときゼロクロ
ス点検出器１３は出力を出して電子スイッチ１４を閉成
する。これによりその時点の検知回路１０の出力を測定
する。この出力はとりも直さすセンサ３の内部抵抗を示
し、この内部抵抗はガス濃度に依存するので、結局、ガ
ス濃度が測定されたことｋなる。

＃Ｉ４図はこの発明の第２番目の発明の実施例を示すも
のである。第１図の実施例との相違は直流電源１６およ
び抵抗器１７とＫより直流印加手段を構成し、センサ３
に常時一定電流を流し、ガス濃度測定温度よりわずかに
低い温度にセンサ３を加熱するようにした点であり、そ
の他は第１図と同じである。

この実施例の場合には、第５図の（ａ）、　　（ｂ）の
ような波形、つまり電圧、温度とも０点が０′点までず
れたことになる。これは常に直流’ａ源１６からセンサ
３に電流が流れて一定の低い温度に加熱されているから
であり、そのためにセンサ３に与える熱ショックがさら
に緩和される。

〔発明の効果〕

この発明は上記のよ５に、センサに交流電圧を印７ＸＩ
るようＫしたので、センサには滑らかに変化する電圧が
印加されるために、与える熱ショックが少なくなり、ク
ランクの発生を防止できる。

しかも、交流電圧の波高値の部分でガスのパージが行わ
れた後、センサの抵抗値の測定が行われるので誤差のな
い測定ができる。

また、この発明の２番目の発明は、直流ｄ印加手段によ
りセンサに常時電流を流して所定の低い温度に加熱して
おくようにしたので交流電圧を印加したときの熱ショッ
クをさらに低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図はこ
の発明に用いるセンサの構成例を示す図、第３図（ａ）
　、　　（ｂ）は第１図の実施例の動作説明のための電
圧波形および発熱波形を示す図、第４図はこの発明の第
２番目の発明の一実施例を示す回路図、第５図（ａ）　
、　（ｂ）は第４図の実施例の動作説明のための電圧波
形および発熱波形を示す図である。 図中、１は金属線、２は金属酸化物半導体、３はセンサ
、３Ａは補償素子、４は金属ビン、１０は検知回路、１
１はトランス、１２は可変交流電源、１３はゼロクロス
点検出器、１４は電子スイッチ、１５は電圧計、１６は
直流電源、１７＋Ｒｂは抵抗器、Ｒ，は可変抵抗器、Ｅ
は電源である。 第１図 第２図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを吸着することによつて電気抵抗が変化する
   熱線型半導体センサと、この熱線型半導体センサに所要
   の波高値の正弦波電圧を印加する正弦波印加手段と、前
   記正弦波電圧のゼロクロス点近傍の電圧時に前記熱線型
   半導体センサの抵抗値を検知する測定手段とからなるこ
   とを特徴とする熱線型半導体センサを用いたＣＯガス検
   出装置。
2. （２）ガスを吸着することによつて電気抵抗が変化する
   熱線型半導体センサと、この熱線型半導体センサを常時
   所定の温度に保持するための直流電圧を印加する直流印
   加手段と、この熱線型半導体センサに所要の波高値の正
   弦波電圧を印加する正弦波印加手段と、前記正弦波電圧
   のゼロクロス点近傍の電圧時に前記熱線型半導体センサ
   の抵抗値を検知する測定手段とからなることを特徴とす
   る熱線型半導体センサを用いたＣＯガス検出装置。