JPS632055B2 - - Google Patents
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- JPS632055B2 JPS632055B2 JP55012889A JP1288980A JPS632055B2 JP S632055 B2 JPS632055 B2 JP S632055B2 JP 55012889 A JP55012889 A JP 55012889A JP 1288980 A JP1288980 A JP 1288980A JP S632055 B2 JPS632055 B2 JP S632055B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度と還元性ガスの検知方法及びそれ
に用いる複合気化センサに関するものである。
に用いる複合気化センサに関するものである。
気化センサは、湿度と還元性ガスに敏感に作用
し、湿度変化と還元性ガス量変化によつて電気抵
抗や静電容量などの電気量が変化するもので、湿
度調節器及び還元性ガス検出器の検出端として用
いられている。周知のように最近産業界全般にシ
ステム化が進み、そのため各種のセンサの開発が
要望されている。身近な家庭電化製品でも、冷暖
房器具の湿度制御、乾燥機の水分検知、電子レン
ジなどの食品調理の湿度検知など、湿度センサの
応用分野は多くあり、また熱源としてのガスの洩
れ検知のためにガス検知器が設けられるなど、ガ
スセンサの応用分野も多くある。しかし、これら
の用途においては、広い範囲の湿度及び還元性ガ
スを精度よくかつ安定して計測できることが必要
である。又、特に、食品調理器などにおいては、
食品を調理したときに出る水分と還元性ガスを高
信頼度で検知できる単一素子からなる気化センサ
を得るのが困難で、水分と還元性ガスの制御によ
るシステムは実現していないのが現状である。
し、湿度変化と還元性ガス量変化によつて電気抵
抗や静電容量などの電気量が変化するもので、湿
度調節器及び還元性ガス検出器の検出端として用
いられている。周知のように最近産業界全般にシ
ステム化が進み、そのため各種のセンサの開発が
要望されている。身近な家庭電化製品でも、冷暖
房器具の湿度制御、乾燥機の水分検知、電子レン
ジなどの食品調理の湿度検知など、湿度センサの
応用分野は多くあり、また熱源としてのガスの洩
れ検知のためにガス検知器が設けられるなど、ガ
スセンサの応用分野も多くある。しかし、これら
の用途においては、広い範囲の湿度及び還元性ガ
スを精度よくかつ安定して計測できることが必要
である。又、特に、食品調理器などにおいては、
食品を調理したときに出る水分と還元性ガスを高
信頼度で検知できる単一素子からなる気化センサ
を得るのが困難で、水分と還元性ガスの制御によ
るシステムは実現していないのが現状である。
このようにシステム化に必要な気化センサの開
発が難しい理由は、水蒸気だけでなく、さまざま
な成分を含んだ空気中に露出して使用しなければ
ならず、還元性ガスその他の成分によつてはセン
サの材質と化学変化を起こすものがあり、また検
出素子の表面に付着して湿度検出及び還元性ガス
検出を劣化させるものもあるからである。
発が難しい理由は、水蒸気だけでなく、さまざま
な成分を含んだ空気中に露出して使用しなければ
ならず、還元性ガスその他の成分によつてはセン
サの材質と化学変化を起こすものがあり、また検
出素子の表面に付着して湿度検出及び還元性ガス
検出を劣化させるものもあるからである。
また、ひとつのセンサで湿度検知と還元性ガス
検知の全領域をカバーすることが困難だからであ
る。これまでのセンサの検知範囲は湿度のみ、あ
るいはメタンガス、プロパンガス、ブタンガスな
どの還元性ガスのみのセンサであつた。例えばプ
ロパンガス、ブタンガスなどのガス検知には従来
Ｎ型のSnO2を主成分としたものが用いられてい
る。しかし、気化センサとしては湿度と還元性ガ
スに対して使用範囲の広い検知感度を有するもの
でなければならず、その様な検知を単一素子で行
えかつ高い信頼性があつて使い易いものがなかつ
たのである。
検知の全領域をカバーすることが困難だからであ
る。これまでのセンサの検知範囲は湿度のみ、あ
るいはメタンガス、プロパンガス、ブタンガスな
どの還元性ガスのみのセンサであつた。例えばプ
ロパンガス、ブタンガスなどのガス検知には従来
Ｎ型のSnO2を主成分としたものが用いられてい
る。しかし、気化センサとしては湿度と還元性ガ
スに対して使用範囲の広い検知感度を有するもの
でなければならず、その様な検知を単一素子で行
えかつ高い信頼性があつて使い易いものがなかつ
たのである。
かかる状況の中にあつて、水分吸着および還元
性ガス吸着による電気的性質の変化をいかに高信
頼性と高精度の素子として実現するかの努力がつ
づけられている。すでに明らかな様に、一般に金
属酸化物系は、水分分子に対する吸着エネルギー
が非常に小さいため、湿度検知の場合、高湿度側
で吸脱着現象によつて大きな抵抗値変化を生じ、
電気的に検出することができる。又、還元性ガス
に対しては上記の通り、SnO2などの金属酸化物
のＮ型半導体が知られており、これはたとえばプ
ロパンガスに対して抵抗値が下るものである。さ
らにまた、金属酸化物系湿度センサでは、アルミ
ニウム薄板の表面酸化による酸化アルミニウム薄
膜の利用、あるいはコロイド粒子の利用、ガラス
成分と混合したグレーズ膜の利用、磁器の形での
利用など数多く知られているが、いずれも表面の
汚染による劣化が解決されていない。
性ガス吸着による電気的性質の変化をいかに高信
頼性と高精度の素子として実現するかの努力がつ
づけられている。すでに明らかな様に、一般に金
属酸化物系は、水分分子に対する吸着エネルギー
が非常に小さいため、湿度検知の場合、高湿度側
で吸脱着現象によつて大きな抵抗値変化を生じ、
電気的に検出することができる。又、還元性ガス
に対しては上記の通り、SnO2などの金属酸化物
のＮ型半導体が知られており、これはたとえばプ
ロパンガスに対して抵抗値が下るものである。さ
らにまた、金属酸化物系湿度センサでは、アルミ
ニウム薄板の表面酸化による酸化アルミニウム薄
膜の利用、あるいはコロイド粒子の利用、ガラス
成分と混合したグレーズ膜の利用、磁器の形での
利用など数多く知られているが、いずれも表面の
汚染による劣化が解決されていない。
又、湿度と還元性ガスを区分して検知できるよ
うな気化センサは従来全く知られていない。
うな気化センサは従来全く知られていない。
本発明の目的は、湿度と還元性ガスの両方を区
分して検知でき、しかも劣化を受けにくく高精度
でかつ高い信頼性を有する検知方法及びそれに用
いる複合気化センサを提供することにある。
分して検知でき、しかも劣化を受けにくく高精度
でかつ高い信頼性を有する検知方法及びそれに用
いる複合気化センサを提供することにある。
第１番目の本発明は、そのためＰ型金属酸化物
磁器半導体素子を用い、検知雰囲気温度150℃以
下でイオン伝導により湿度の検知を行い、200℃
〜600℃の素子温度で電子伝導により還元性ガス
の検知を行なう方法を提供する。
磁器半導体素子を用い、検知雰囲気温度150℃以
下でイオン伝導により湿度の検知を行い、200℃
〜600℃の素子温度で電子伝導により還元性ガス
の検知を行なう方法を提供する。
また第２番目の本発明は上記検知方法を実施す
るためのＰ型金属酸化物磁器半導体素子と該素子
を200℃〜600℃に加熱する手段とを備えた複合気
化センサを提供する。
るためのＰ型金属酸化物磁器半導体素子と該素子
を200℃〜600℃に加熱する手段とを備えた複合気
化センサを提供する。
詳細に説明すると、Ｐ型金属酸化物磁器半導体
素子は、検知雰囲気温度150℃以下において、そ
の磁器粒子間の空隙を通して雰囲気中の水分が吸
脱着することによつて感湿特性、すなわち湿分吸
着により抵抗値が下る性質が得られるのである。
これらの伝導は吸着した水分のイオン伝導であ
る。また、上記素子の温度を200℃〜600℃に上げ
た場合、還元性ガスを吸着し抵抗値が上昇する。
これはＰ型の電子伝導を示している。かくして、
Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子を用いれば、その
素子の温度を切換えることにより湿度検知と還元
性ガス検知を分離して行うことができるのであ
る。また、素子表面の汚染に対しては、素子を
200℃〜600℃に加熱することにより加熱クリーニ
ングを行つたことになり、そのため再現性にも優
れるものである。
素子は、検知雰囲気温度150℃以下において、そ
の磁器粒子間の空隙を通して雰囲気中の水分が吸
脱着することによつて感湿特性、すなわち湿分吸
着により抵抗値が下る性質が得られるのである。
これらの伝導は吸着した水分のイオン伝導であ
る。また、上記素子の温度を200℃〜600℃に上げ
た場合、還元性ガスを吸着し抵抗値が上昇する。
これはＰ型の電子伝導を示している。かくして、
Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子を用いれば、その
素子の温度を切換えることにより湿度検知と還元
性ガス検知を分離して行うことができるのであ
る。また、素子表面の汚染に対しては、素子を
200℃〜600℃に加熱することにより加熱クリーニ
ングを行つたことになり、そのため再現性にも優
れるものである。
以下実施例に基づいて説明するが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではない。
れらの実施例に限定されるものではない。
第１図は本発明にかかる複合気化センサの主要
部であるセンサ素子１を示すもので、例えば
MgCr2O4などのＰ型金属酸化物磁器半導体２と、
その両側面に形成された、たとえばRuO2系の電
極３，４と、該電極３，４から導き出されたリー
ド線５ａ，５ｂとから成つている。この素子１は
第２図に示す様にベース８に保持され、かつ該素
子１を加熱すべくこれを取り囲む様に抵抗発熱体
７を配設されて複合気化センサ６を構成してい
る。９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはベース８から突出
する前記素子１及び抵抗発熱体７に対するリード
端子である。
部であるセンサ素子１を示すもので、例えば
MgCr2O4などのＰ型金属酸化物磁器半導体２と、
その両側面に形成された、たとえばRuO2系の電
極３，４と、該電極３，４から導き出されたリー
ド線５ａ，５ｂとから成つている。この素子１は
第２図に示す様にベース８に保持され、かつ該素
子１を加熱すべくこれを取り囲む様に抵抗発熱体
７を配設されて複合気化センサ６を構成してい
る。９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはベース８から突出
する前記素子１及び抵抗発熱体７に対するリード
端子である。
前記Ｐ型金属酸化物磁器半導体２は、例えば前
記MgCr2O4の場合、MgO1モルとCr2O31モルを
メノウボール入りポツトミルで湿式混合し、得ら
れた混合物を乾燥させてから、４×４×0.25mmの
寸法に成型し、900℃〜2000℃の温度範囲の例え
ば1300℃で焼成して磁器化することによつて得ら
れる。なお、同様な方法でFeCr2O4，NiCr2O4，
MnCr2O4，CuCr2O4，CoCr2O4，ZnCr2O4などの
スピネル系を主成分としたＰ型金属酸化物磁器半
導体なども得ることができる。
記MgCr2O4の場合、MgO1モルとCr2O31モルを
メノウボール入りポツトミルで湿式混合し、得ら
れた混合物を乾燥させてから、４×４×0.25mmの
寸法に成型し、900℃〜2000℃の温度範囲の例え
ば1300℃で焼成して磁器化することによつて得ら
れる。なお、同様な方法でFeCr2O4，NiCr2O4，
MnCr2O4，CuCr2O4，CoCr2O4，ZnCr2O4などの
スピネル系を主成分としたＰ型金属酸化物磁器半
導体なども得ることができる。
次に、複合気化センサ６の各特性を第３図及び
第４図により説明する。図示のものは上記
MgCr2O4を代表例として取り上げたものである
が、他のＰ型金属酸化物磁器半導体についても同
様の特性が得られる。第３図は非加熱状態、すな
わち常温における湿度に対する素子１の両端の電
気抵抗値の変化を示したものである。第３図から
湿度の増加に伴なつて抵抗値が明瞭に低下してい
ることがわかる。なお、湿度検知の温度領域は、
検知雰囲気温度150℃以下である。150℃以下にお
いては水分吸着によりイオン伝導にて抵抗値が下
るが、150℃以上においては水分吸着が低下して
湿度変化に対してその抵抗値変化の感度が非常に
悪くなるからである。また150℃以下の雰囲気温
度で非加熱状態の場合、一酸化炭素、イソブタ
ン、エチルアルコール、水素その他の還元性ガス
に対して素子１の抵抗値変化はほとんどなかつ
た。
第４図により説明する。図示のものは上記
MgCr2O4を代表例として取り上げたものである
が、他のＰ型金属酸化物磁器半導体についても同
様の特性が得られる。第３図は非加熱状態、すな
わち常温における湿度に対する素子１の両端の電
気抵抗値の変化を示したものである。第３図から
湿度の増加に伴なつて抵抗値が明瞭に低下してい
ることがわかる。なお、湿度検知の温度領域は、
検知雰囲気温度150℃以下である。150℃以下にお
いては水分吸着によりイオン伝導にて抵抗値が下
るが、150℃以上においては水分吸着が低下して
湿度変化に対してその抵抗値変化の感度が非常に
悪くなるからである。また150℃以下の雰囲気温
度で非加熱状態の場合、一酸化炭素、イソブタ
ン、エチルアルコール、水素その他の還元性ガス
に対して素子１の抵抗値変化はほとんどなかつ
た。
第４図は抵抗発熱体７に電流を流し、温度400
℃に素子１を加熱したときの還元性ガスに対する
抵抗値変化を示したものである。第４図によれば
還元性ガスによりその電気抵抗値が上昇している
ことがわかる。又、還元性ガスを取り除くと元の
初期値に戻つた。素子１の加熱温度は200℃〜600
℃である。これはこの温度範囲においては還元性
ガスの検知の感度が高くしかもヒステリシスがな
いためである。
℃に素子１を加熱したときの還元性ガスに対する
抵抗値変化を示したものである。第４図によれば
還元性ガスによりその電気抵抗値が上昇している
ことがわかる。又、還元性ガスを取り除くと元の
初期値に戻つた。素子１の加熱温度は200℃〜600
℃である。これはこの温度範囲においては還元性
ガスの検知の感度が高くしかもヒステリシスがな
いためである。
以上の様に気化センサ６はその温度領域により
湿度と還元性ガスに感度を持つ。しかも湿度上昇
変化と共に抵抗値が下り、還元性ガス濃度上昇と
共に抵抗値が上昇するＰ型の特性を示し、これか
ら湿度検知の場合と還元性ガス検知の場合との差
が区別できる。
湿度と還元性ガスに感度を持つ。しかも湿度上昇
変化と共に抵抗値が下り、還元性ガス濃度上昇と
共に抵抗値が上昇するＰ型の特性を示し、これか
ら湿度検知の場合と還元性ガス検知の場合との差
が区別できる。
なお、上記Ｐ型金属酸化物磁器半導体２の材料
に、添加物としてNiO，MgO，Fe2O3，ZrO2，
AlO3，Ir2O3，Cr2O3，SiO2，CoO，CuO，
HfO2，MnO2，TiO2あるいはスピネル系、ペロ
ブスカイト系、タングステンブロンズ系、パイロ
クロア系の金属酸化物を加えることにより湿度検
知特性、還元性ガス検知特性が改善される。ま
た、センサ素子１の電極３，４を抵抗発熱体とし
て共用する様にしても同様な効果が得られる。
に、添加物としてNiO，MgO，Fe2O3，ZrO2，
AlO3，Ir2O3，Cr2O3，SiO2，CoO，CuO，
HfO2，MnO2，TiO2あるいはスピネル系、ペロ
ブスカイト系、タングステンブロンズ系、パイロ
クロア系の金属酸化物を加えることにより湿度検
知特性、還元性ガス検知特性が改善される。ま
た、センサ素子１の電極３，４を抵抗発熱体とし
て共用する様にしても同様な効果が得られる。
以上の様に本発明によれば単一素子から成るセ
ンサで湿度と還元性ガスの検知を区分して行うこ
とができ、またその複合気化センサは工業的手法
にて簡単に製造できるものである。
ンサで湿度と還元性ガスの検知を区分して行うこ
とができ、またその複合気化センサは工業的手法
にて簡単に製造できるものである。
図面は本発明の一実施例を示し、第１図はセン
サ素子の斜視図、第２図は複合気化センサの概略
構成を示す斜視図、第３図は複合気化センサの感
湿特性を示すグラフ、第４図は複合気化センサの
還元性ガス感知特性を示すグラフである。 １…センサ素子、２…Ｐ型金属酸化物磁器半導
体、３，４…電極、６…複合気化センサ、７…抵
抗発熱体、８…ベース。
サ素子の斜視図、第２図は複合気化センサの概略
構成を示す斜視図、第３図は複合気化センサの感
湿特性を示すグラフ、第４図は複合気化センサの
還元性ガス感知特性を示すグラフである。 １…センサ素子、２…Ｐ型金属酸化物磁器半導
体、３，４…電極、６…複合気化センサ、７…抵
抗発熱体、８…ベース。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 検知雰囲気温度150℃以下で、Ｐ型金属酸化
物磁器半導体素子のイオン伝導により湿度の検知
を行い、前記素子温度が200℃〜600℃の範囲で電
子伝導により還元性ガスの検出を行うことを特徴
とする湿度と還元性ガスの検知方法。 ２ 前記Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子は、
MgCr2O4，FeCr2O4，NiCr2O4，MnCr2O4，
CuCr2O4，CoCr2O4，ZnCr2O4，Cr2O3のうち少
なくとも一つを含む成分を主成分としていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検知方
法。 ３ Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子と、該素子を
200℃〜600℃に加熱する手段とを備えたことを特
徴とする複合気化センサ。 ４ 前記Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子は、
MgCr2O4，FeCr2O4，NiCr2O4，MnCr2O4，
CuCr2O4，CoCr2O4，ZnCr2O4，Cr2O3のうち少
くとも一つを含む成分を主成分としていることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の複合気化
センサ。 ５ 前記加熱手段は抵抗発熱体を備えていること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の複合気
化センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288980A JPS56110043A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Detecting method for humidity and reducing gas and complex detecting sensor thereof |
| US06/229,181 US4378691A (en) | 1980-02-04 | 1981-01-28 | Multi-functional sensor |
| DE8181100655T DE3171960D1 (en) | 1980-02-04 | 1981-01-29 | Multi-functional sensor |
| EP81100655A EP0033521B1 (en) | 1980-02-04 | 1981-01-29 | Multi-functional sensor |
| CA000369954A CA1156064A (en) | 1980-02-04 | 1981-02-03 | Multi-functional sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288980A JPS56110043A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Detecting method for humidity and reducing gas and complex detecting sensor thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56110043A JPS56110043A (en) | 1981-09-01 |
| JPS632055B2 true JPS632055B2 (ja) | 1988-01-16 |
Family
ID=11817958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1288980A Granted JPS56110043A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Detecting method for humidity and reducing gas and complex detecting sensor thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56110043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175153A (ja) * | 2000-10-16 | 2009-08-06 | E I Du Pont De Nemours & Co | ガスの混合物を分析する方法および装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4940491A (ja) * | 1972-08-19 | 1974-04-16 |
-
1980
- 1980-02-04 JP JP1288980A patent/JPS56110043A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4940491A (ja) * | 1972-08-19 | 1974-04-16 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175153A (ja) * | 2000-10-16 | 2009-08-06 | E I Du Pont De Nemours & Co | ガスの混合物を分析する方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56110043A (en) | 1981-09-01 |
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