JPS6337341B2 - - Google Patents
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- JPS6337341B2 JPS6337341B2 JP55012890A JP1289080A JPS6337341B2 JP S6337341 B2 JPS6337341 B2 JP S6337341B2 JP 55012890 A JP55012890 A JP 55012890A JP 1289080 A JP1289080 A JP 1289080A JP S6337341 B2 JPS6337341 B2 JP S6337341B2
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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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- G01N27/12—Investigating 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
Description
本発明は湿度と還元性ガスの検知を行う複合気
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なる。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。 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、プタンガスな
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、プ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
ではければならず、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。 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。 本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、
湿度と還元性ガスの両方を検知でき、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複
合気化センサの提供を目的とするものである。 本発明はそのため、（１−Ｘ）MgCr2O4−
XTiO2、Ｏ＜Ｘ≦0.95、なる組成のＰ型金属酸化
物磁器半導体素子を備えた複合気化センサを提供
する。 詳細に説明すると、上記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ものであ
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、上記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。 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。 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
80MgCrO4−20TiO2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80MgCrO4−20TiO2の場合、MgO80モル、
CrO380モル、TiO220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の寸法に成形し、1300℃
の温度で２時間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（１−Ｘ）
MgCr2O4−XTiO2における０＜Ｘ＜0.99の範囲
の任意のものを得ることができる。 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
80MgCr2O4−20TiO2を代表例として取り上げた
ものであるが、他のＸ値のＰ型金属酸化物磁器半
導体についてもほゞ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（20℃）における
湿度に対する素子１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。 次に、前記（１−Ｘ）MgCr2O4−XTiO2なる
組成のＰ型金属酸化物磁器半導体２において、そ
のＸの値を変化させた場合の感湿特性と還元性ガ
ス検知特性を検討する。Ｘの値を0.001と0.999の
間で変化させた各試料について実験した結果を第
１表に示す。
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なる。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。 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、プタンガスな
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、プ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
ではければならず、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。 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。 本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、
湿度と還元性ガスの両方を検知でき、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複
合気化センサの提供を目的とするものである。 本発明はそのため、（１−Ｘ）MgCr2O4−
XTiO2、Ｏ＜Ｘ≦0.95、なる組成のＰ型金属酸化
物磁器半導体素子を備えた複合気化センサを提供
する。 詳細に説明すると、上記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ものであ
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、上記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。 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。 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
80MgCrO4−20TiO2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80MgCrO4−20TiO2の場合、MgO80モル、
CrO380モル、TiO220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の寸法に成形し、1300℃
の温度で２時間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（１−Ｘ）
MgCr2O4−XTiO2における０＜Ｘ＜0.99の範囲
の任意のものを得ることができる。 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
80MgCr2O4−20TiO2を代表例として取り上げた
ものであるが、他のＸ値のＰ型金属酸化物磁器半
導体についてもほゞ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（20℃）における
湿度に対する素子１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。 次に、前記（１−Ｘ）MgCr2O4−XTiO2なる
組成のＰ型金属酸化物磁器半導体２において、そ
のＸの値を変化させた場合の感湿特性と還元性ガ
ス検知特性を検討する。Ｘの値を0.001と0.999の
間で変化させた各試料について実験した結果を第
１表に示す。
【表】
＊ 還元性ガスはエチルアルコール
第１表から、Ｘ＝0.001〜0.999の全領域にわた
つて湿度及び還元性ガスの検知をすることができ
るが、Ｘ＝0.95以上ではｎ型に変化しやすいため
に特性が不安定でありしかも感湿特性が低い。従
つて、Ｘの値としては０＜Ｘ＜0.95が実用範囲で
ある。 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、
Al2O3、Ir2O3、Cr2O3、SiO2、C0O、CuO、
HfO2、MnO2およびスピネル系、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
など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、湿気と還元性ガス
の検知を単一素子で行なえる複合気化センサを提
供でき、かつそれは工業的手法にて簡単に製造で
きるものである。
第１表から、Ｘ＝0.001〜0.999の全領域にわた
つて湿度及び還元性ガスの検知をすることができ
るが、Ｘ＝0.95以上ではｎ型に変化しやすいため
に特性が不安定でありしかも感湿特性が低い。従
つて、Ｘの値としては０＜Ｘ＜0.95が実用範囲で
ある。 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、
Al2O3、Ir2O3、Cr2O3、SiO2、C0O、CuO、
HfO2、MnO2およびスピネル系、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
など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、湿気と還元性ガス
の検知を単一素子で行なえる複合気化センサを提
供でき、かつそれ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 （１−Ｘ）MgCr2O4−XTiO2 （ただしＯ＜Ｘ0.95）なる組成のＰ型金属酸化
物磁器半導体素子を備えていることを特徴とする
複合気化センサ。 ２ Ｐ型金属酸化物磁器半導体素子を200℃〜600
℃に加熱する手段を備えていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の複合気化センサ。 ３ 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２項記載の複合気化セ
ンサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1289080A JPS56110044A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Complex gasification sensor |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP1289080A JPS56110044A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Complex gasification sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56110044A JPS56110044A (en) | 1981-09-01 |
| JPS6337341B2 true JPS6337341B2 (ja) | 1988-07-25 |
Family
ID=11817981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1289080A Granted JPS56110044A (en) | 1980-02-04 | 1980-02-04 | Complex gasification sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56110044A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004062737A1 (de) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Rational Ag | Gargerät, enthaltend mindestens ein Gassensorarray, sowie ein Verfahren zum Garen mit diesem Gargerät, ein Verfahren zum Reinigen dieses Gargeräts und ein Probenentnahmesystem |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5227595A (en) * | 1975-08-27 | 1977-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | A humidity regulating element |
-
1980
- 1980-02-04 JP JP1289080A patent/JPS56110044A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5227595A (en) * | 1975-08-27 | 1977-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | A humidity regulating element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56110044A (en) | 1981-09-01 |
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