JPS6214778B2

JPS6214778B2 -

Info

Publication number: JPS6214778B2
Application number: JP11717675A
Authority: JP
Inventors: Riichiro Kasahara
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1987-04-03
Also published as: JPS5242191A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、温度、湿度、ガスもれ等々の何等
かの原因により正常な空気が異常になつたとき、
直ちに動作してその異常の程度を指示するととも
に、その指示値が異常の原因に対し直線性を示す
ようにした空気異常測定装置に関するものであ
る。

従来、空気異常測定装置の一種としてガス洩れ
測定装置と呼ばれるものがある。その一例を図面
によつて説明する。

第１図は従来のガス洩れ測定装置の一例を示す
もので、１は商用電源、２は電源変圧器で一次巻
線３と二次巻線４とを備えている。５はガス検出
素子で、通常半導体形のものが用いられ、その構
成は通常、２個の同一仕様のコイル状に巻いた白
金、パラジウムのような貴金属、またはこれらの
合金線からなる電極６，７を適当な間隔を置いて
平行に配置し、これをSnO₂、ZnO等の金属酸化
物半導体８で一体に覆つたものである。そして一
方の電極６は電源変圧器２の二次巻線４に接続さ
れる。９は負荷抵抗器で電極７と商用電源１との
間に接続される。１０は指示計器で負荷抵抗器９
の両端に接続される。なお、１１は定電圧放電
管、１２は抵抗器、１３はヒユーズである。

その動作を説明すると、使用時には二次巻線４
により電極６に1.0〜1.5Vの電圧を加えて電極６
をヒータとして発熱させ、金属酸化物半導体８を
200〜300℃に加熱しておく。この状態にあると
き、ガスが金属酸化物半導体８に吸着されるとそ
の電気抵抗は急激に低下する。したがつて両電極
６，７間は低抵抗となり、負荷抵抗器９には商用
電源１から大きな電流が流れ、その両端に電圧が
発生し、指示計器１０の指針がガス濃度に応じて
振れ、それにより洩れたガスの濃度が検知され
る。

上記のようなガス洩れ測定装置は、感度がよ
く、かつ安価なためプロパンガス爆発事故防止用
として急速に普及しつゝある。ところがこのよう
なガス洩れ測定装置は、常時、電極６をヒータと
して用い加熱しなければならずそのために装置と
して電源変圧器２を必要とする。

この問題を解決するものとして、第２図のよう
なガス洩れ測定装置が提案された。これは、負荷
抵抗器９と直列にガス検出素子５′を接続したも
ので、ガス検出素子５′としては一例として第３
図に示すような構成をとつているものを用いてい
る。

すなわち、第３図において、１４はセラミツク
スのような電気絶縁性および耐熱性のよい材料か
らなる棒または筒の支持体で、この両端には貴金
属またはそれらの合金からなるキヤツプ、コイ
ル、環等の電極１５を設け、これにリード線１６
が接続される。１７は半導体層で、支持体１４と
電極１５とを一体に覆うようにZnO、SnO₂等の
金属酸化物半導体を塗布焼成することにより形成
される。

このようなガス検出素子５′を用いた第２図の
ガス洩れ測定装置では、常時ガス検出素子５′に
電流が流れており、この電流によつて、すなわ
ち、自己加熱によつて所定温度に加熱されてい
る。そしてガス吸着によつてガス検出素子５′の
電気抵抗が急激に低下し、それによつて指示計器
１０を振れさせている。

ところで、上述した第１図、第２図に示すよう
な従来のガス洩れ測定装置では、ガス検知素子
５，５′に半導体を用いているため、半導体の本
質的な特性として、ガス濃度に対し抵抗値の変化
が非直線的であり、特に０〜数1000ppmのガス
濃度範囲を指示させることが困難である欠点があ
つた。

この発明は上述の点にかんがみなされたもの
で、指示計器の振れが直線性を保ち、ガス濃度で
云えば低濃度の場合にも指示ができる空気異常測
定装置を提供することを目的とするものである。
以下この発明について説明する。

第４図はこの発明の一実施例を示すもので、第
２図の従来例に適用したものに相当する。この図
で、２０は半導体形のガス検知素子、２１は白熱
ランプであり、両者は直列に接続され。そして白
熱ランプ２１の両端に指示計器２２が接続され
る。なお、１は商用電源、１３はヒユーズであ
る。

次に第４図の実施例の動作について説明する。

空気が正常であれば、ガス検知素子２０の電気
抵抗値は大きく、一方、白熱ランプ２１のタング
ステンフイラメント（図示せず）の抵抗値は低
い。したがつて商用電源１の電源電圧の大部分は
ガス検知素子２０の両端に印加されることにな
り、ガス検知素子２０は自己加熱によつて所要の
温度に保たれる。

この状態のところにガスが到着しガス検知素子
２０にガス吸着が行われると、その電気抵抗値は
急速に減少する。その結果、白熱ランプ２１に大
きな電流が瞬間流れるが、白熱ランプ２１の特性
によつてタングステンフイラメントの温度が急上
昇し、そのため白熱ランプ２１の電気抵抗値は急
速に増加する。したがつて、今度は商用電源１の
電源電圧は大部分が白熱ランプ２１に印加される
ようになる。かくして白熱ランプ２１は点灯し、
その両端に接続された指示計器２２が振れて空気
が異常になつたことを指示する。

ガス吸着が止むと、ガス検知素子２０の電気抵
抗値は急速に上昇し、白熱ランプ２１の電気抵抗
値は急速に減少する。かくして急速に全体は復旧
する。

第５図は濃度に対する出力の特性図で、横軸に
イソブタン濃度Ｃ、縦軸に出力電圧Ｅをとつてあ
り、直線Ｉはこの発明の場合、曲線は第２図の
従来例の場合である。この図から、この発明によ
ると出力電圧Ｅは濃度Ｃに対して直線となり指示
計器２２の振れもそのため直線となり、目盛の読
取りがきわめて容易となることが理解される。

また、第２図の従来のガス洩れ測定装置は第１
図のものにくらべると、構成は簡単になつている
が、負荷抵抗器９の内部抵抗は一定値であり、し
たがつて一旦ガス吸着によりガス検出素子５′の
抵抗値が下り、その後ガス吸着が止んでガス検知
素子５′の抵抗値が大となつたとき、さほどガス
検出素子５′に電流を供給することはできず、そ
のためガス検知素子５′の回復に相当の時間を必
要とする欠点があるが、この発明によればこのよ
うな欠点も解消される。これについてさらに第６
図により説明する。

第６図はこの発明の実施例と第２図に示す従来
例とのレスポンス特性を比較して示す図である。
この図で横軸は時間ｔ、縦軸は出力電圧Ｅであ
り、曲線Ａはこの発明の実施例のレスポンス特性
で、ガス検知素子２０として長さ６mm、内径0.5
φ、外径1.5φ、正常空気中で8KΩのものを用
い、また白熱ランプ２１として5W、100Vの夏目
球を用いた。曲線Ｂは従来例のレスポンス特性で
あり、第２図の負荷抵抗器９として2.2KΩの固
定抵抗器を用いた。そして曲線Ａ，Ｂともにイソ
ブタン0.2％のガス濃度を用いた。なお、出力電
圧Ｅは、曲線Ａの場合は白熱ランプ２１の両端、
曲線Ｂの場合は負荷抵抗器９の両端の電圧であ
る。

時間ｔがt₀〜t₁の間は正常空気中にあり、時間
t₁にイソブタン0.2％のガス中に入れ、時間t₂で再
び正常空気中に戻した。この結果、曲Ａと曲線Ｂ
が得られたもので、この発明のものがいかにレス
ポンス特性に優れているかゞ明瞭に示されてい
る。すなわち、この発明ではガス吸着が止んでガ
ス検知素子５′の抵抗値が大となると電流が減少
するが、第２図に示す従来例の負荷抵抗器９と異
なり、この発明の白熱ランプ２１はそれまで高い
抵抗値だつたのが急速に低い抵抗値に戻るため、
回復途上にあるガス検出素子５′に比較的大きな
電流を流すことができ、回復をはやめるためであ
る。

この発明に用いるガス検知素子２０としては、
例えば、第１図のガス検知素子５や第３図に示し
たガス検知素子５′が用いられるが、第７図に示
すようなものでもよい。すなわち、アルミナ、ベ
リリヤ磁器、耐熱性硬質ガラスなどでできた高絶
縁性基板２３の一方の面に、ニクロム、マンガニ
ンなどでできた加熱抵抗体蒸着層２４を設け、こ
の両端に金、銀、白金などでできた薄膜電極２５
を設け、この薄膜電極２５に白金、ニツケルなど
の高温で酸化しにくい材料からなるリード線２６
をそれぞれ取付ける。高絶縁性基板２３の他方の
面にはSnO₂、ZnO、V₂O₅などのガス敏感性金属
酸化物の半導体蒸着層２７を設け、この両端にも
薄膜電極２８とそのリード線２９をそれぞれ取付
ける。そして両端のリード線２６と２９を一緒に
してガス検知素子２０とする。

このような構成のものは、ガス吸着以前は加熱
抵抗体蒸着層２４の電気抵抗値の方が半導体蒸着
層２７のそれより低いため発熱は殆んど加熱抵抗
体蒸着層２４で行われるが、ガス吸着をした場合
は、半導体蒸着層２７の方がはるかに電気抵抗値
が低くなり、白熱ランプ２１を点灯させることに
なる。なお、加熱抵抗体蒸着層２４と半導体蒸着
層２７とは同じ面に重ねて設けてもよい。

上記実施例の説明では、ガス吸着を例にして空
気異常の報知を行つているが、この発明はこの
他、燃料の不完全燃焼、煙、高湿度、酸素欠乏等
をはじめ、ヘアスプレー、塗装、噴霧等や、酒、
アルコールの発散等による空気のよごれに応じて
白熱ランプ２１の両端の電圧を変化させ、これを
指示計器２２で示して空気異常を指示させること
ができる。そして、白熱ランプ２１の点灯を外部
から見えるようにしておけば、ガス吸着時に白熱
ランプ２１を点灯させ一定値以上のガス洩れがあ
つたことを報知させることもできる。

また、この発明は第１図の従来例にも適用でき
ることは云うまでもない。

以上詳細に説明したように、この発明はガス吸
着により抵抗値が急激に減少する半導体形のガス
検知素子と、白熱ランプとを直列に接続し、さら
にこの白熱ランプの両端に指示計器を接続した構
成であるから、電流が流れる迄は低い抵抗値で、
電流が流れると急激に高い抵抗値となる白熱ラン
プの特性を巧みに利用しており、そのため、指示
計器の指示は直線性となり、読みとりをきわめて
容易にすることができる。また、白熱ランプは、
ガス検知素子が直列に接続されているので、空気
異常のない時はもちろん、空気異常のふん囲気に
おいても、ガス検知素子が保護抵抗の役割を果す
ため通常の使用よりもはるかに寿命が長く使用で
きる。さらに、白熱ランプの点灯を利用して一定
値以上の異常があつたことを報知することもでき
る。そして、この発明ではガス検知素子と直列に
白熱ランプを接続しているので、ガス吸着が止ん
でガス検知素子が回復するとき、白熱ランプの抵
抗値が低くなるので、比較的大きな電流をガス検
知素子に流すことができ、ガス検知素子の回復を
早めるので、レスポンス特性を向上させることが
できる。

また、自己加熱形のガス検出素子を用いる場合
には、全体が小形となり、照明スタンド、本棚、
電灯笠、机等々いずれも組込みが容易であるな
ど、従来のこの種装置の常識を打破る優れた幾多
の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス洩れ測定装置の一例を示す
回路図、第２図は同じく他の従来例を示す回路
図、第３図は第２図の従来例に用いられるガス検
知素子の構成の詳細を示す断面図、第４図はこの
発明の一実施例を示す回路図、第５図はこの発明
の実施例および従来例の濃度に対する出力の特性
図、第６図は同じくレスポンス特性を比較して示
した図、第７図はこの発明に用いるガス検知素子
の一例を示す断面図である。図中、１は商用電源、２０はガス検知素子、２
１は白熱ランプ、２２は指示計器である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ガス吸着により抵抗値が急激に減少する半導
体形のガス検知素子と、前記ガス検知素子と直列
に接続された白熱ランプと、前記白熱ランプの両
端に接続された指示計器とよりなることを特徴と
する空気異常測定装置。