JPS628048A - ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents

ガスセンサ及びその製造方法

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JPS628048A
JPS628048A JP15130886A JP15130886A JPS628048A JP S628048 A JPS628048 A JP S628048A JP 15130886 A JP15130886 A JP 15130886A JP 15130886 A JP15130886 A JP 15130886A JP S628048 A JPS628048 A JP S628048A
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JP
Japan
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sensor
oxide
aluminum silicate
bismuth oxide
substrate
Prior art date
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JP15130886A
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English (en)
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ゲアリ・ステイーヴン・ヴオーン・コウルズ
ケヴイン・ジヨウジフ・ガラガー
ジヨウジフ・ウオトソン
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National Research Development Corp UK
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National Research Development Corp UK
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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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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】 本発明はガスセンサ及びその製造方法に係る。
ある種のガスセンサは、所定のガスの存在下で変化する
コンダクタンスを有する加熱酸化スズ(■)要素から構
成されている。このようなセンサは高怒度であり、応答
が速く、選択性も適当でありしかも長寿命である。この
ようなセンサは電力消費量が小さく172〜1ワットで
ある。
本発明の一態様によると、ガスセンサは酸化スズ(IV
)を含む検出器要素と、該要素のコンダクタンスを検出
できるように該要素と接続される1対の外部電気接続部
とから構成されており、前記要素は更にケイ酸アルミニ
ウム又は酸(ヒビスマスのいずれかを含んでいる。
本発明の別のB様によると、ガスセンサの製造方法は、
酸化スズ(IV)にケイ酸アルミニウム又は酸化ビスマ
スのいずれかを混合する段階と、混合物を不活性基板上
で焼結させる段階とを含んでいる。
以下、本発明をより十分に理解できるように添付図面を
参考に本発明を説明する。
メタン選択性センサの場合、酸化スズ(IV)、36重
量%のケイ酸アルミニウム及び1.5重量%の塩化パラ
ジウム(II)の混合物を解砕(完全に超、砕)し、厚
いペーストを得るべく蒸留水と混合する。
第1図の3n+m平方のアルミナ基板の白金電極パッド
間にこのペーストのビードを付着させる(この0.5n
+n+の厚さのチップの表面は白金加熱器の沈積を有し
ている、)。
室温で乾燥後、2時間にわたってセンサの温度を100
0°Cまで上昇させ、更に2時間この温度を維持し、そ
の後2時間にわたって冷却する。
−酸化炭素センサの製造も同様であるが、ケイ酸アルミ
ニウムの代わりに15重置火の酸化ビスマスを酸化スズ
(IV)に添加し、焼成温度を800℃までに限定する
センサ全体を作動温度にまで加熱するためには、アルミ
ナチップの表面に沈積された白金加熱器構造に電圧を印
加する。従って、この加熱器に供給される電力はこの電
圧及びその結果として生じる電流から決定され得るので
、白金の正の温度係数によってその結果は混乱されない
、しかしながら、特に活性材料に沿って不均一な温度勾
配が予想され得るので、これをセンサの作動温度に関連
付けることは困難である。
活性材料のコンダクタンスは2個の白金パッド(又は領
域)間で測定され、これは電流を著しく少ししか用いな
いために自己加熱を生じないような抵抗測定器3使用し
て実施すると好適である。
こうしてセンサコンダクタンスは必要に応じて測定され
る。
測定中、センサはガラスシリンダの内側に配置され、該
ガラスシリンダはCRLabs、式ガス混合器により室
温で混合された既知の割合の気体汚染物質を含有する所
定量の清浄な乾燥空気で充填される。
上記2種類のセンサ試料に関する初期結果は以下の通り
である。
メタンセンサについて第2図は、加熱器電力が1容量%
のメタン中のセンサ抵抗と空気単独中のセンサ抵抗との
比にどのような影響をもたらすかを示している。同図か
ら明らかなように、最適加熱器電力は約0.叶である(
約200℃に対応)。
センサコンダクタンス(実際には、任意に具備されるガ
ス検出計器(3)における測定のためのより論理的なパ
ラメータである)は、清浄な乾燥空気中のメタン濃度に
対して第3図中に示しである。
温度及び湿度の変化に対する予想される応答が最も顕著
な(比例)効果をもつ力は低濃度端であるので、図中の
低濃度端で感度が最大であることは興味深い。
他のいくつかのガスの効果については第1表に示しであ
る。ここでは、以下の点に注意すべきである。
(i)炭化水素欄をメタンからブタンに下げると応答が
増加し、これはセンサの活性表面の反応に使用可能な水
素原子数の増加によると考えられる。
(ii )いくつかの一般的な酸及びアンモニア及びジ
メチルシランに対する応答が可逆的であることがrm察
されるので、これらの汚染物質による永久的な汚染はな
いものと考えられる。この点は工業上で極めて有意義で
ある。
(iii )塩素との接触による抵抗の増加は、CI、
分子の解雛中にセンサの伝導帯から電子が移動して2個
のCヒイオンを形成することにより説明され得る。
(iv ) R22(タロロジフルオロメタン)に対す
る極めて顕著な応答は、R12(ジクロロジフルオロメ
タン)と比較してこの冷媒中の酸性水素濃度が高いため
であると考えられる。冷媒漏れ検出器としてセンサを使
用する場合、この点も工業上有意義である。
一酸化炭素センサの場合、酸化ビスマスの添加により活
性スラリーの焼結がより容易になるのみならず、−酸化
炭素に対する顕著な感度が得られる。一方、これによっ
て最適作動温度は著しく変化することはなく、第4図に
示すように最適電力は約0.9111である。第5図は
、−酸化炭素に対するこのセンナの感度がメタンに対す
る感度に比較して極めて顕著であることを示している。
この場合も最大感度は測定目盛りの低濃度端に現れてお
り、第6図のより詳細な図より明らかなように、コンダ
クタンスは50〜500ppmの間でガス濃度にほぼ正
比例する。これは、コンダクタンスが抵抗よりも工学的
設計(3)のためのより適切なパラメータである理由を
示している。
これらの結果は、センサが一酸化炭素のTLVffiの
検出に有効であることを示しており、爆発下限である1
2.5容量%のCOの場合にも応答が「飽和」しないこ
とも確認された。
第1表について以下の点が注目される。
(i)センサの応答は(C11,センサの応答と同様に
)炭化水素欄の下降と共に増加するが、いずれの感度も
常に低くメタンの場合には全く無視できる。
(ii >このセンサ応答は一般的な酸のいくつかに対
して可逆的に応答する。
(iii >更に塩素は抵抗の増加をもたらす。
(iv )冷媒R22、ジメチルシラン及び塩素の場合
可逆反応は非常に遅いが、IOVで30秒程度の熱循環
で達せられる。
第1表は、「メタン」センサが実際に炭化水素に対して
極めて高感度であること、及び抵抗低下が一酸化炭素1
容量%の時の清浄な空気中の抵抗低下のほぼ96%であ
ることを示している。
この選択性は、ケイ酸アルミニウムの介在により得られ
るものと考えられ、逆(COに対する選択性)は酸化ビ
スマスの介在により得られるものと思われる。
各々の最適百分率は実験によって決定され、第7図はC
O検出に関するこの決定を示している。図中、各鉛直方
向の点対は異なる百分率の酸化ビスマスを含んでおり、
まず最初に1容量%の001次に1容量%のCH,にさ
らしなセンサを示している。
プロットした点は左側(BizO*がゼロ)で一致し、
次にCl14に対するセンサの感度はBit’s百分率
の増加に伴って急速に低下し、約15%でほぼゼロに達
する0次にCOに対する感度はIli、O,濃度が約1
7%で下降し始め、Cしの存在下における最大CO感度
のためのEL適混合率は約15〜16%のBi2O,に
相当する。これは、上記CO選択性センサで使用される
割合である。
以上より明らかなように、ある程度顕著な特性を得るた
めに酸化スズをベースとするガスセンサの応答を調整す
ることが可能である。本文中の具体例の場合、メタン汚
染雰囲気中の一酸化炭素及び−酸化炭素汚染雰囲気中の
メタンの検出及び測定を要件とした。ここでCOセンサ
がCしセンサよりも上記の意味において著しく優れてい
たという事実は、偶然の結果ではあるが、著しく高濃度
のメタン中におけるCOのTLVレベルの検出が可能に
なるという点において、非常に望ましい結果である。
第」−衣一 清浄空気中の濃度1容量%の他の主要な気体に対るメタ
ン び−酸 i素選叱先(乙九へ【4気体種     
各気体中にお 各気体中における0114選択性 ける
CO選択性 センサの抵抗Hセンサの抵抗H Lm″      2・・ 清浄空気    19.5     47.0−酸化炭
素   18.9 (3,1g)   9.6(79,
6$)メタン     3.4(82,6$)   4
6.2 (1,7$)エタン      1.8(90
,82)   36.4(22,6%)プロパン   
  1.2(93,81)   28.6(39,12
>ブタン0.8(95,9g)   23.3(50,
4$)R12冷媒(CC12F2) 17.2    
  32.7R22冷媒(CHClF2)  7.5 
      5.2水素      0.7     
 4.6酢酸蒸気    0.2     、 0.8
硝酸蒸気     5.0      8,3硫酸蒸気
    14.0     11.8塩酸蒸気    
0.3      3.0アンモニア蒸気 0.2  
    0.2塩素ガス    40.0     1
00ジメ ルシラン 0.002     0.002
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一具体例の説明図、第2図は加熱器電
力と、空気と比較したメタン中の抵抗の百分率変化との
関係を示す曲線図、第3図はメタン濃度に伴うメタンセ
ンサのコンダクタンスの変化を示す説明図、第4図は一
酸化炭素の場合に関する、第2図と同様の曲線図、第5
図は夫々−酸化炭素及びメタン濃度に対する一酸化炭素
センサのコンダクタンスの変化を示す説明図、第6図は
低レベルの一酸化炭素濃度に対する一酸化炭素センサの
コンダクタンスの変化を示す説明図、及び第7図は酸化
ビスマスの割合の変化が夫々メタン及び−酸化炭素に対
する怒度に及ぼす効果を示す説明図である。 代理人弁理士 中  村    至 θと’m1crost’emens) 嶋

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化スズ(IV)を含む検出器要素と、該要素のコ
    ンダクタンスを測定できるように該要素と接続される1
    対の外部電気接続部とから構成されるガスセンサであっ
    て、該要素が更にケイ酸アルミニウム又は酸化ビスマス
    のいずれかを含んでいるガスセンサ。
  2. (2)前記要素が更に塩化パラジウム(II)を含んでい
    る特許請求の範囲第1項に記載のセンサ。
  3. (3)ケイ酸アルミニウムの割合が36重量%であり、
    塩化パラジウム(II)の割合が1.5重量%である特許
    請求の範囲第2項に記載のセンサ。
  4. (4)酸化ビスマスの割合が15重量%である特許請求
    の範囲第1項に記載のセンサ。
  5. (5)前記要素がアルミナ基板上に担持されている特許
    請求の範囲第1項から第4項のいずれかに記載のセンサ
  6. (6)前記外部電気接続部が夫々の白金電極パッドに引
    き込まれており且つ前記検出器要素が前記パッド間に伸
    延している特許請求の範囲第1項から第5項のいずれか
    に記載のセンサ。
  7. (7)前記要素を加熱するための加熱器手段と、該加熱
    器手段に加熱用電流を供給するための分離した外部電気
    接続部とを備えている特許請求の範囲第1項から第6項
    のいずれかに記載のセンサ。
  8. (8)酸化スズ(IV)にケイ酸アルミニウム又は酸化ビ
    スマスのいずれかを混合する段階と、混合物を不活性基
    板上で焼結させる段階とを含んでいるガスセンサの製造
    方法。
  9. (9)前記混合物が粉末状であり、ペーストを形成する
    べく蒸留水と混合し、その後ペーストを基板に付着させ
    て該基板上で乾燥させる特許請求の範囲第8項に記載の
    方法。
  10. (10)前記混合物がケイ酸アルミニウムを含んでおり
    、前記焼結段階が1000℃の温度で実施される特許請
    求の範囲第8項又は第9項に記載の方法。
  11. (11)前記混合物が酸化ビスマスを含んでおり、前記
    焼結段階が800℃で実施される特許請求の範囲第8項
    又は第9項に記載の方法。
JP15130886A 1985-06-28 1986-06-27 ガスセンサ及びその製造方法 Pending JPS628048A (ja)

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GB8516389 1985-06-28
GB858516389A GB8516389D0 (en) 1985-06-28 1985-06-28 Gas sensors

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EP0206839A2 (en) 1986-12-30
GB8516389D0 (en) 1985-07-31
EP0206839A3 (en) 1987-12-09
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