KR870001052B1 - Gas detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 사용하는 열성형 반도체소자의 구성을 표시하는 확대 정면도.1 is an enlarged front view showing the configuration of a thermoforming semiconductor element used in the present invention.
제2도는 본 발명의 제 1의 실시예를 표시하는 회로도.2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
제3도의 (a), (b)는 본 발명의 제 2의 실시예를 표시하는 평면도와, X-X 선에 의하는 단면도.(A), (b) is a top view which shows 2nd Example of this invention, and sectional drawing by X-X line.
제4도는 제3도의 등가회로도.4 is an equivalent circuit diagram of FIG.
제5도 내지 제7도는 본 발명의 제 3의 실시예를 설명하기 위한 것으로서,5 to 7 are for explaining the third embodiment of the present invention,
제5도는 Rh 함유량과 비저항과의 관계를 표시하는 도시.5 shows the relationship between the Rh content and the specific resistance.
제6도는 Pt에 대한 Rh의 함유량과 저항온도 게수 α의 관계를 표시하는 도시.6 shows the relationship between the Rh content and the resistance temperature coefficient α with respect to Pt.
제7도는 제6도와 동일하게 Rh 함유량에 대한 금속선 코일의 저항치의 300℃와 400℃에 있어서의 비의 관계를 표시하는 도시.FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio between 300 ° C. and 400 ° C. of the resistance value of the metal wire coil with respect to the Rh content as in FIG. 6.
제8도 내지 제10도는 본 발명의 제 5의 실시예를 설명하기 위한 것으로서,8 to 10 are for explaining the fifth embodiment of the present invention,
제8도는 귀금속과 가스 감응 반도체에 사용하는 금속산화물 반도체의 온도에 대하는 전기적 저항치의 변화를 표시하는 도시.8 shows a change in electrical resistance with respect to the temperature of a metal oxide semiconductor used in a noble metal and a gas sensitive semiconductor.
제9도는 가열체와 가스감응 반도체를 전기적으로 병렬로 접속한 경우의 등가 회로도.9 is an equivalent circuit diagram when the heating element and the gas-sensitive semiconductor are electrically connected in parallel.
제10도는 제9도의 등가회로의 온도에 대하는 전기적 저항치의 변화를 표시하는 도시.FIG. 10 shows a change in electrical resistance with respect to the temperature of the equivalent circuit of FIG.
제11도는 제 5의 실시예의 구체적 예를 표시하는 것으로서, 일부를 파손한 부분의 사시도.11 shows a specific example of the fifth embodiment and is a perspective view of a part which is partially broken.
제12도 및 제13도는 제 5의 실시예의 다른 예를 표시하는 일부를 파손한 부분의 사시도.12 and 13 are perspective views of a part broken in part showing another example of the fifth embodiment.
제14도는 제13도와 동일하게 제 5의 실시예의 다른 예를 표시하는 단면도.FIG. 14 is a sectional view showing another example of the fifth embodiment similarly to FIG.
제15도 및 제16도는 제11도에 표시한 열선형 반도체 소자를 사용한 회로의 예를 각각 표시하는 도시.15 and 16 show an example of a circuit using the heat linear semiconductor element shown in FIG.
제17도는 제 5의 실시예에 의하는 실험 데이터의 1예로써, 전원 전압과 출력전압과의 관계를 표시하는 도시.FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the power supply voltage and the output voltage as an example of experimental data according to the fifth embodiment.
제18도 및 제19도는 본 발명의 제 6의 실시예를 설명하기 위한 도시로써,18 and 19 are views for explaining a sixth embodiment of the present invention.
제18도는 브리지 출력과 H2가스와의 상대농도 파형도.18 is a waveform diagram of the relative concentration of the bridge output and H 2 gas.
제19도는 브리지 출력의 시간경과 변화를 설명하기 위한 파형도.19 is a waveform diagram for explaining the change in the time-lapse of the bridge output.
제20도 및 제21도는 각각 제 6의 실시예의 다른 실시예를 표시하는 가스센서 회로도이다.20 and 21 are gas sensor circuit diagrams showing another embodiment of the sixth embodiment, respectively.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 금속선 2 : 금속산화물 반도체1: metal wire 2: metal oxide semiconductor
3 : 열선형 반도체 소자 3' : 보상소자3: heat linear semiconductor element 3 ': compensation element
4 : 리이드선(금속핀) 10 : 검출수단4: lead wire (metal pin) 10: detection means
20 : 가스검지소자 21 : 기판20
22 : 전극 23 : 가스검지층22
24 : 리이드선 30 : 열선형 반도체소자24: lead wire 30: heat linear semiconductor element
31 : 지지체 32 : 가열체31 support 32 heating body
33 : 가스감응 반도체 34 : 리이드선33: gas sensitive semiconductor 34: lead wire
35 : 리이드선 41 : 지지체35: lead wire 41: support
42 : 가열체 43 : 가스감응 반도체42: heating body 43: gas-sensitive semiconductor
44 : 리이드선 45 : 리이드선44: lead wire 45: lead wire
본 발명은 열선형 반도체소자를 사용한 높은 신뢰성의 가스 검지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a highly reliable gas detection apparatus using a heat linear semiconductor element.
종래에 가스 검지를 위한 여러 가지의 가스검지소자가 제안되어 왔고, 이중에서 흔히 사용 되어온 것은 접촉 연소식과 반도체식이다.Various gas detection elements for gas detection have been proposed in the related art, and among them, the contact combustion type and the semiconductor type have been commonly used.
접촉 연소식은 백금 코일에 촉매를 소결한 것이어서, 가연성 가스를 포함한 공기가 촉매활성의 표면(약 300℃로 유지되어 있다)에 접촉하면, 폭발하한계(不限界) 이하의 농도라고 하여도, 가연성 가스와 산소가 반응하여, 반응열이 발생하는 것이어서, 백금코일의 온도가 상승하여, 그 저항치가 증대하는 것이므로 이 저항치 변화를 브리지 회로등으로 검출하여 가스를 검지하는 것이다.The catalytic combustion method is a sintered catalyst in a platinum coil. When the air containing combustible gas comes into contact with the catalytically active surface (maintained at about 300 ° C), even if the concentration is lower than the lower explosion limit, The flammable gas reacts with oxygen to generate heat of reaction, the temperature of the platinum coil rises and the resistance increases, so that the change in resistance is detected by a bridge circuit or the like to detect the gas.
이 접촉 연소식의 가스검지 소자는, 감도 특성의 직선성을 가지는 것이나, 장기 안정성의 점에서는 반도체식의 가스소자에 뒤떨어지고 있다.This contact combustion gas detection element has linearity of sensitivity characteristics, but is inferior to semiconductor gas elements in terms of long-term stability.
한편, 반도체식의 가스 검지 소자는, 금속산화물 예를 들어, SnO2, ZnO등을 한쌍의 전극간에 거쳐서 소결한 것이어서, 한쪽의 전극을 코일 상태로 형성하여, 히이터겸용 전극으로 통상 사용한다.On the other hand, the semiconductor gas detection element is a sintered metal oxide, for example, SnO 2 , ZnO, or the like between a pair of electrodes, so that one electrode is formed in a coil state, and is commonly used as a heater and combined electrode.
그리고 히이터 겸용 전극에 의하여, 300℃내지 400℃의 온도로 유지하여 두고, 가스흡착에 의하여 반도체의 전도도가 증대하여, 양전극간의 저항치가 낮아지는 것을 검출한다.The heater combined electrode is maintained at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. and detects that the conductivity of the semiconductor is increased by gas adsorption and the resistance between the two electrodes is lowered.
이 반도체식의 가스 검지 소자는, 접촉 연소식에 비하여 수명이 길고, 장기 안정성에 우수한 것이고, 또한 독기에 대하여 접촉 연소식 보다 우수한 것이나, 소비 전력이 큰 것이어서, 전원 트랜스 등의 전원부의 용량이 크게되어 값이 비싸게된다.This semiconductor gas detection element has a longer lifespan than the contact combustion type, is superior in long-term stability, is superior to the contact combustion type against poisons, and consumes more power, so that the capacity of a power supply unit such as a power transformer is large. It becomes expensive.
또한 후에 설명하는 열선형 반도체 소자에 비하여, 전압의존도가 큰 것이어서, 성능을 높이려고 하면 정전압 회로가 필요하게 되는 것이나, 소비 전력이 큰 것이어서 정전합 회로의 값이 비싸게 된다.In addition, compared with the heat linear semiconductor element described later, since the voltage dependence is large, the constant voltage circuit is required when the performance is to be improved, but the power consumption is large, and the value of the electrostatic circuit becomes expensive.
또한 가스 센서의 열 용량이 큰 것이어서, 안정되기 까지에 시간이 걸리고, 그로 인하여 조정에 오랜 시간을 필요로 하고, 불안정성으로 되어 생산성이 나쁘고 더우기 온도습도의 의존도가 큰 것이어서, 온도 보상회로를 필요로 하는 등의 문제점이 있었다.In addition, the heat capacity of the gas sensor is large, it takes a long time to stabilize, thereby requiring a long time to adjust, instability, poor productivity, and also depend on the temperature and humidity, which requires a temperature compensation circuit There was a problem such as.
본 발명은 상기에서와 같은 결점을 감안하여 이루어진 것으로서, 소비 전력이 적고, 소형으로 확실하게 가스의 검지를 할 수 있는 열선형 반도체 가스검지 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.This invention is made | formed in view of the above fault, and an object of this invention is to provide the heat linear semiconductor gas detection apparatus which has small power consumption, and can detect gas with small size reliably.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 가열용 히이터겸 전기 저항치 변화 검출용 전극이되는 금속선에, 금속산화물 반도체를 밀착하여서, 열선형 반도체 소자를 구성하고, 이 열선형 반도체 소자를, 부하를 개재하여 정전압 전원에 접속하는 것에 의하여, 가스흡착시에 열선형 반도체소자의 전도도를 증가하여서, 온도를 내리고 그 저항치를 저하하게 하여, 열선형 반도체 소자의 가열 열화가 생기지 아니하게 하여서, 안정된 가스검지를 행할 수 있게한 열선형 반도체 가스검지장치를 제공하는 것이다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to achieve the said objective, in order to achieve the said objective, a metal oxide semiconductor is closely attached to the metal wire used as a heating heater and an electrode for electric resistance value change detection, and a heat linear semiconductor element is comprised and this load is loaded with By connecting to a constant voltage power supply through the gas, the conductivity of the heat linear semiconductor element is increased during gas adsorption, the temperature is lowered and the resistance thereof is lowered, so that the heating deterioration of the heat linear semiconductor element is not caused. It is to provide a heat linear semiconductor gas detection device capable of performing.
본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
실시예 1Example 1
제1도는 본 발명에 사용하는 열선형 반도체 소자의 구성을 표시하는 것으로서, (1)은 가열용 히이터겸 전기저항치 변화 검출용 전극으로 되는 백금선 코일 형상의 금속선이고, (2)는 상기 금속선(1)에 밀착되게한 SnO2, ZnO등의 금속산화물 반도체이고, 이것으로서 열선형 반도체소자(3)가 구성된다.1 shows the configuration of a heat linear semiconductor element used in the present invention, where (1) is a platinum wire coil-shaped metal wire serving as a heater for heating and an electric resistance change detection electrode, and (2) the metal wire (1). ) Is a metal oxide semiconductor such as SnO 2 , ZnO, etc., and the heat
(4)는 리이드선과 지주겸용의 금속핀이고, 여기에 금속선 (1)의 양단이 용착되어 지지되어 있다.(4) is a metal pin for both a lead wire and a support, and both ends of the
제2도는 본 발명의 제 1의 실시예를 표시하는 회로도이고, 이 도시에서 Rb는 저항기이고, (3')는 보광소자이고, 열선형 반도체 소자(3)와 같이 브리지 회로를 구성하고 있다.FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention, in which Rb is a resistor, 3 'is a light-receiving element, and constitutes a bridge circuit like the heat
또한 보상소자(3')는 제1도의 열선형 반도체소자(3)와 동일한 형상으로 되어 있으나, 가스와는 반응하지 아니하게 되어 있는 것이다.The compensating element 3 'has the same shape as the heat
E는 정전압 전원이고, Rℓ는 신호검출용의 가변 저항기이고, 이들로서 저항치 변화의 검출 수단(10)이 구성된다.E is a constant voltage power supply, Rl is a variable resistor for signal detection, and the detection means 10 of resistance value change is comprised as these.
이와같은 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.The operational effects of such a device will be described as follows.
검지 하고자 하는 가스가 열선형 반도체 소자(3)에 접촉하면 금속 산화물 반도체 (2)는 전도도가 올라가고, 또한 열전도도 좋게되는 것이어서, 온도는 내려간다.When the gas to be detected comes into contact with the heat
따라서 금속선 (1)의 저항치도 내려가는 것이다.Therefore, the resistance value of the
즉, 열선형 반도체소자 (3)의 저항치가 낮게되어, 브리지 회로의 균형이 흐트러져서, 이것이 가변 저항기 Rℓ의 양단에 출력(센서출력)으로서 나타난다.In other words, the resistance value of the heat
이후에 있어, 이 출력을 이용하여 경보기나 환풍기등을 구동하게 하면 좋은 것이다.In the future, you can use this output to drive an alarm or a fan.
이 구성에 의하면, 가스 흡착에 의하여 열선형 반도체 소자 (3)의 온도가 내려가는 것이어서, 열에의하는 열화는 생기지 아니한다.According to this structure, the temperature of the heat
또한 종래의 반도체식 가스검지소자가, 최하로 3개의 전극 단자를 필요로 하던 것에 비하여, 본 발명의 열선형 반도체소자 (3)는 2단자형 인것이어서, 리이드선이 적고, 전원도 하나로서 될수 있어, 소형화와 전력의 감소화가 이루어진다.In addition, compared with the conventional semiconductor gas detection element requiring at least three electrode terminals, the heat
실시예 2Example 2
제3도의 (a), (b)는 본 발명의 제 2의 실시예를 표시하는 평면도와 X-X 선에 의하는 단면도이고, 제4도는 제3도의 등가회로도이고, (20)은 가스검지소자 전체를 표시하고, (21)은 알루미나등의 내열성과 전기적 절연성이 있는 기판이고, (22)는 상기 기판(21)의 표면 위에 백금 증착막에 의하여 패턴으로서 형성된 가열체와 검용의 전극이고, (23)은 SnO2등의 금속산화물의 반도체로서 되는 가스검지층이고, 전극(22)을 전면에 덮어 씌우고 있다. (24)는 상기 가스 검지층(23)의 양단에 접속된 리이드선이다.(A) and (b) of FIG. 3 are a plan view showing a second embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along line XX, FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG. 3, and (20) shows the entire gas detection element. (21) is a substrate having heat resistance and electrical insulation such as alumina, (22) is a heating element and gum electrode formed as a pattern by a platinum deposition film on the surface of the
이에 대한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.When explaining the effect on this is as follows.
리이드선(24)에 전류를 흘려서 가스검지소자 전체를 300℃ 내지 500℃로 유지한다.An electric current flows through the
이것은 가스검지층(23)에 가스분자의 흡착과 탈착이 평형상태에 도달하는 시간을 짧게하고, 가스에 대한 가스검지소자의 응답성을 바르게 하기 위한 것이다.This is to shorten the time for the adsorption and desorption of gas molecules to the
가스 검지층 (23)은, 그 표면에 가스분자가 흡착되는 것에 의하여, 전기 전도도가 증대한다는 것은 이미 설명한 바와 같고, 전극 (22)의 저항치 Rc와, 가스검지층 (23)의 고유 저항치를 적당한 비율이 되게 선정한다.As described above, the
이와같은 가스 검지소자의 전류통로는 제4도에 표시한 것과같이, 전극 (22)의 부분을 흐르는 통로와, 전극 (22)의 각부에 병렬로 분포된 가스검지층 (23)을 흐르는 통로와 합성된 것으로 되어있고, 이중에 전극(22)의 부분의 저항치 Rc는, 가스의 접촉에 의하여 거의 변화하지 아니하는 것이나, 가스검지층(23)의 부분의 분포저항 R's는, 가스와의 접촉에 의하여 크게 변화하고, 가스검지층 (23)의 분포저항 R's를 종합한 피상적인 병렬저항 Rs로 되어, 가스검지소자로서 안정되게 사용할 수 있다.As shown in FIG. 4, the current path of the gas detecting element includes a passage flowing through a portion of the
또한 이 실시예에 의하면 집적화 기술을 이용할 수 있어, 양산화가 용이하다.In addition, according to this embodiment, integration technology can be used, and mass production is easy.
실시예 3Example 3
제1도의 열선형 반도체 소자 (3)의 금속선 (1)에는, 통상 Pt선이 사용되나, 이 Pt선은 비저항이 작고 기계적 강도가 약하고, 또한 값이 비싸다는 결점이 있다.Although the Pt wire is normally used for the
여기에서, 본 발명은 합금선을 사용하여 내열성 및 내식성을 그리 변화하지 아니하고,Here, the present invention does not change the heat resistance and corrosion resistance so much using an alloy wire,
① 검지가스의 존재를 보다 민감하게 검지하고,① detect the presence of detection gas more sensitively,
② 가스분위기에서의 열선형 반도체소자 (3)의 소비전력의 변화를 억제할 수 있게한 것이다.(2) The change in power consumption of the heat
이 실시예애 대하여 설명하면 다음과 같다.This embodiment is described below.
(1) 금속선재의 비저항.(1) Specific resistance of metal wires.
제1도에 있어 코일 형상의 금속선(1)의 저항치를 Rc로 하고, 금슥산화를 반도체 부분을 실효적으로 금속선의 저항치 Rc의 병렬 저항으로 볼때의 저항치(간단히 설명하기 위하여 반도체 저항치라 칭한다)를 Rs로 하면, 열선형 반도체 소자의 소자저항치 R는, Rc와 Rs의 병렬 합성 저항으로 표시된다.In FIG. 1, the resistance value of the coil-shaped
검지할 가스에 의하여 금속산화물 부분외 실효 저항치 Rs의 변화를 소자 저항치 R의 변화로 하고, 될수 있는 한 크게하기 위하여서 Rs는 Rc에 비하여 작은 편이 바람직하다.It is preferable that Rs be smaller than Rc in order to make the change in the effective resistance value Rs other than the metal oxide part by the gas to be detected as the change in the element resistance value R as large as possible.
그러나 금속산화물 반도체 (2)의 저항치를 작게하는 것은, 그리 용이한 것이 아니어서, Rc와 Rs 균형을 적당히 하기 위하여서는 Rc를 될 수 있는한 크게할 필요가 있다.However, it is not so easy to reduce the resistance of the
이를 위하여 코일 형상의 금속선(1)의 선직경을 가늘게 하던가, 감는 수를 많이 하면 좋은 것이나, 이것에는 한도가 있다.For this purpose, the wire diameter of the coil-shaped
그리하여 순 Pt 선에 대신하여, Ph를 포함하는 합금선을 사용하면, 제 5 도에서와 같이, 400℃에서 선재의 비저항 ρc 400℃는 Rh 함유량이 5-30%에서는, 순 Pt의 25%이상이고, 10-20%에서는, 40%가깝게 증가하는 것을 알수 있다.Thus, if an alloy wire containing Ph is used instead of the pure Pt wire, as shown in Fig. 5, the specific resistance ρc of the wire rod at 400 ° C is 25% or more of the pure Pt when the Rh content is 5-30%. At 10-20%, we see a 40% increase.
따라서 적당한 Rh 함유량의 Pt-Rh 합금선을 사용하면, 검지 가스의 존재를 센서 출력으로서, 보다 효율 좋게 꺼낼수 있는 잇점이 있다.Therefore, when Pt-Rh alloy wire of suitable Rh content is used, the presence of a detection gas can be taken out as a sensor output more efficiently.
상기의 것은 Pt-Rh 합금선의 경우인 것이나, 이외에 Pt-Ir, Pt-Ni 등의 합금선을 사용할 수도 있다.The thing mentioned above is a case of Pt-Rh alloy wire, but other alloy wires, such as Pt-Ir and Pt-Ni, can also be used.
다음 1표에 본 발명에서 사용하는 Pt 합금선의 비저항 ρ를 정리하여 표시한다.The following table summarizes and shows the specific resistance p of the Pt alloy wire used in the present invention.
제 1 표 (10-6Ωcm)Table 1 (10 -6 Ωcm)
(2) 금속선재의 저항온도 계수.(2) Resistance temperature coefficient of metal wires.
소자저항치 R의 변화를 일반적으로 가스검출소자에 정전압을 걸어서, 또는 정전류를 흘려서 검출하는 경우에, 소자 저항치 R의 변화에 대응하여, 가스검지소자에 있어서의 소비전력이 변화하여, 가스검지소자의 온도의 변화를 일으킨다.In the case where the change in the element resistance value R is generally detected by applying a constant voltage to the gas detection element or by applying a constant current, the power consumption of the gas detection element changes in response to the change in the element resistance value R, Causes a change in temperature.
이 온도 변화를 억제하기 위하여, 소비전력 변화를 작게하기 위하여서는, Rs에 비하여 Rc를 작게 하면 좋은 것이나, 너무 작게하면 앞의 설명에서 명백한 바와같이, 검지 개스에 의하는 Rs 변화에 기인하는 R의 변화가 작게되어, 소위 가스 검지 소자의 감도가 저하되는 것이어서, Rc를 단순히 작게할 수는 없는 것이다.In order to suppress this change in temperature and to reduce the change in power consumption, it is good to make Rc smaller than Rs, but if it is too small, as is clear from the foregoing description, the R due to the change of Rs caused by the detection gas is determined. The change is small, so that the sensitivity of the so-called gas detection element is lowered, so that Rc cannot simply be reduced.
또한 Rc가 적당히 클때에는, Rc의 저항온도 계수가 크면 클수록, 가스검지소자의 소비전력의 크기에 영향을 준다.In addition, when Rc is moderately large, the larger the resistance temperature coefficient of Rc, the larger the influence on the magnitude of power consumption of the gas detection element.
따라서 코일 형상의 금속선(1)에는, 작은 온도 계수를 가지는 선재를 사용하는 것이 바람직스럽다.Therefore, it is preferable to use the wire material which has a small temperature coefficient for the coil-shaped
그런데 Pt의 저항온도 계수는, 니크롬선등의 발열체에 비하여 매우 크다(니크롬선등의 비금속선(卑金屬線)은 내식성 등의 점에서 사용할 수 없다)However, the resistance temperature coefficient of Pt is much larger than that of heating elements such as nichrome wire (non-metal wire such as nichrome wire cannot be used in terms of corrosion resistance).
그리하여 내식성 등을 그리 변화하지 아니하고, 저항온도 계수 α를 작게하기 위하여서는, 합금선 코일의 선재로서, Rh를 포함하는 Pt-Rh 합금선을 사용하는 것이 유효하다.Thus, in order to reduce the resistance temperature coefficient α without changing the corrosion resistance or the like, it is effective to use a Pt-Rh alloy wire containing Rh as the wire rod of the alloy wire coil.
제6도에서와 같이, Pt에 대하는 Rh의 함유량의 증가와 동시에, 저항 온도계수 α는 최초 감소하고 다시 증가한다.As in FIG. 6, at the same time as the content of Rh to Pt increases, the resistance temperature coefficient α decreases initially and then increases again.
함유량 5-70%에서, α의 값은 순 Pt 선의 55% 정도이고, 함유량 10-60%에서는, 순 Pt선의 50%이하로 된다.At a content of 5-70%, the value of α is about 55% of the net Pt line, and at a content of 10-60%, it is 50% or less of the net Pt line.
만약에, 가스검출소자의 온도가 400℃에서 사용되어 있고, 검지 가스에 의하여 100℃ 저하되었다고 하면(즉 300℃로 되었다고 하면) 금속선 (1)의 저항치 Rc는 제 7도에서와 같이 감소한다. (도시에서는 Rc 300℃ /Rc400℃로 표시하였다)If the temperature of the gas detection element is used at 400 ° C. and the temperature is lowered by 100 ° C. (ie, 300 ° C.), the resistance value Rc of the
순 Pt 선이면, 15.4%의 감소인 것이나, Rh 함유량이 5-65%의 Pt-Rh선에서는 11.5% 정도이고, 함유량 10-50%에서는, 대략 10%이내로 억제되어 있다.If it is a pure Pt line | wire, it is a decrease of 15.4%, but the Rh content is about 11.5% in 5-65% Pt-Rh line | wire, and in content 10-50%, it is suppressed within about 10%.
따라서 적당한 Rh 함유량의 Pt-Rh선을 사용하면, 검지가스의 존재에 의하는 가스 검지소자의 온도의 변화를 억제할 수가 있다.Therefore, by using the Pt-Rh line with an appropriate Rh content, it is possible to suppress a change in the temperature of the gas detection element due to the presence of the detection gas.
위에서 설명한 것은, Pt-Rh 합금선의 경우인 것이나, 이외에 Pt-Ir, Pt-Ni 등의 합금선을 사용할수도 있다.The above description is the case of the Pt-Rh alloy wire, but other alloy wires such as Pt-Ir and Pt-Ni may be used.
다음 제 2표에 본 발명에서 사용한 Pt 합금선의 저항온도 계수 α를 표시한다.Table 2 shows the resistance temperature coefficient α of the Pt alloy wire used in the present invention.
제 2표(X10-4/℃)Table 2 (X10 -4 / ℃)
상기 (1), (2)에서 설명한 이점 및 Rh 함유량이 30%를 초과한 경우에 가공성이 나쁘게 되는 점을 감안하여, 함유량의 실용적인 범위로서는 5-30%라고 생각된다.It is considered that 5-30% of the practical range of the content is considered in view of the fact that the workability becomes poor when the advantages described in the above (1) and (2) and the Rh content exceed 30%.
또한 Pt-Ir, Pt-Ni를 5-30%함유하게한 Pt 합금선에서도 대략 동일한 효과를 얻었다.In addition, about the same effect was acquired also in the Pt alloy wire which made Pt-Ir and Pt-Ni containing 5-30%.
실시예 4Example 4
위에서 설명한 바와같이, Pt선의 저항치는 저항 온도 계수가 큰 것이어서, 어떠한 이유로 금속선 (1)에 온도변화가 발생하면, 그 저항치 Rc가 변화하고, 이에 호응하여 소자 저항치 R도 변화하게 되어, 안정사용상의 문제가 생긴다.As described above, the resistance value of the Pt line has a large resistance temperature coefficient, and if the temperature change occurs in the
소자 저항치 R가 변화하는 이유는 다음 설명과 같다.The reason why the element resistance value R changes is as follows.
검지할 가스가 존재하지 아니하는 대기중에서, 반도체 가스 검지소자가 동작하고 있었다고 한다. (이하 가스 대기(待機) 동작이라 칭한다)It is said that the semiconductor gas detector was operating in the atmosphere where no gas to be detected exists. (Hereinafter referred to as gas atmosphere operation)
이때에, 제1도에 표시하는 금속선(1)이나, 금속 산화물 반도체(2)의 온도는, 열선형 반도체소자(3)에 가하여진 전력에 의하는 발열과, 금속선 (1)을 통하여서의 열전도나, 대기를 통하여서의 방열 관계에 의하는 상태 관계에 따라서 결정되는 일정한 값으로 되어 있을 것이다.At this time, the temperature of the
그런데, 금속 산화물 반도체(2)는 가는 금속선의 팔(ARM)로 지지구(예를 들면 금속핀(4)에 고정되어 있는 것이어서, 외부에서 어떠한 기계적 충격이 가하여지면, 그 위치의 엇갈림을 일으키게 되어, 이 위치의 엇갈림으로 금속핀(4)이나 금속 산화물 반도체 (2) 및 금속핀 (4) 전체를 씌우는 용기등과의 상대적 거리에 변화를 생기게 하는 것이어서, 방열 조건이 변화하여 금속선 (1) 및 금속 산화물 반도체 (2)에 온도 변화가 생긴다.By the way, the
이 결과로서, 금속선 (1)의 저항치 Rc 및 금속산화물 반도체 (2)의 저항치 Rs가 변화하고. 가스대기 동작중의 소자저항치 R의 변동이 허용될수 있는 범위를 초과 하여서, 가스가 없어도 출력이 지시되는 경우가 있다.As a result, the resistance value Rc of the
이와같은 것은 가스 센서로서의 안정 사용상의 치명적인 결함을 주는 것이다.This is a fatal flaw in stable use as a gas sensor.
예를 들어, 기계적 충격에 의하여 비도 위치에 변위가 생겨서 비도의 온도가T(℃) 만큼 변화하였다고 가정한다.(여기에서 간단하게 하기 위하여 금속 산화물 반도체(2)의 저항치 Rs의 온도에 의하는 변화는 무시할 수 있는 것으로 한다)For example, a mechanical shock causes displacement in the nasal position, causing the temperature of the nasal passage to It is assumed that the change is as much as T (° C.)
금속선 (1)의 저항치 Rc도 온도변화T(℃)분 만큼 변화하여, 소자저항치 R가 R'로 되었다고 하면, 소자 저항치 R"는,Temperature change of resistance Rc of metal wire (1) If it changes by T (degreeC) minutes and the element resistance value R becomes R ', the element resistance value R "is
………(1) … … … (One)
로 된다.It becomes
제 (1)식중에 α는 Pt선의 저항 온도 계수이고, 대략 3.92×10-3/℃인 것이다.In Formula (1), α is the resistance temperature coefficient of the Pt line, and is approximately 3.92 × 10 −3 / ° C.
여기에서 계산의 간략을 위하여 Rs=RcRo로 하면, 제 (1)식의 R'는,Here for simplicity of calculation Rs = Rc If it is Ro, R 'of Formula (1) is
………(2) … … … (2)
로 된다.It becomes
실용적인 예로서는, 제 (2) 식중T가 수 10도 (℃)로 되는 경우도 있고, 이때의 소자저항치 R'의 변화율 γ는 수 %에도 이른다.As a practical example, in (2) meals T may be several degrees (degrees C), and the change rate (gamma) of the element resistance value R 'at this time reaches several%.
여기에서 변화율 γ는,Where the rate of change γ is
이고, 이를 표시하면 제 3표와 같이 된다.If it is displayed, it becomes like 3rd table | surface.
제 3 표3rd table
제 3표에 표시되는 것과같이, 소자 저항치의 변화율 γ는, 실용상의 가스 농도로 되는 검지할 가스의 존재에 의하는 소자 저항치 R의 변화가, 20%정도인 것을 고려하면 매우 큰 것이다.As shown in Table 3, the change rate γ of the element resistance value is very large considering that the change in the element resistance value R due to the presence of the gas to be detected as a practical gas concentration is about 20%.
이와같이 금속선(1)에 Pt 선을 사용한 열선형 반도체 소자에서는, 주어진 기계적 충격등에 기인하는 소자 저항치 R의 변동은 무시할 수 없는 것이어서, 농도 검지의 안정 사용상의 장해의 하나로 되어있다.As described above, in the thermal linear semiconductor element using the Pt line for the
본 발명의 실시예 4는 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 히이터겸 전극으로서 사용되는 금속선 (1)의 선재로서, 순 Pt에 비하여 내열성과 내식성이 있고, 반도체와의 접촉 저항이 그리 변화하지 아니하고, 순 Pt에 비하여 저항온도 계수가 작은 금속으로 되는 선을 사용 하여, 위치의 엇갈림에 의하는 출력변화를 일으키지 아니하는, 열선형 반도체소자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.Example 4 of the present invention has been made in view of the above-mentioned point, and is a wire rod of a
본 발명에 대하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described as follows.
제 4표는 본 발명의 실시예 4를 표시하는 Pt 또는 Pd를 포함하는 합금선의 저항 온도계수 α의 혼입금속 비율별의 표인 것이다.The 4th table is a table according to the ratio of the mixed metal of the resistance temperature coefficient (alpha) of the alloy wire containing Pt or Pd which shows Example 4 of this invention.
제 4표중의 X는 함유 %이다.X in Table 4 is% of content.
이 제 4표에서 알 수 있는 것과같이, 각 합금선은 순 Pt 선의 저항온도 계수 α=3.9×10-3/℃에 비하여 작은 값으로 되어 있다.As can be seen from this fourth table, each alloy wire has a smaller value than the resistance temperature coefficient α = 3.9 × 10 −3 / ° C. of the pure Pt wire.
제 4표중의 합금선의 몇 가지에 대하여, 온도 변동이 소자 저항치 R에 주는 변동을, 제 (2)식에서 구하고, Pt선의 합금선 (1)과 비교한 것을 다음 제 5표에 표시한다.For some of the alloy wires in the fourth table, the fluctuations that the temperature fluctuations give to the element resistance value R are obtained by the formula (2), and the comparison with the alloy wire (1) of the Pt wire is shown in the following fifth table.
다만, 온도 변동T는 -20℃로한 경우인 것이다.However, temperature fluctuations T is the case where it is set to -20 degreeC.
제 4 표(X10-3/℃)4th table (X10 -3 / ° C)
제 5 표5th table
제5표에서, 소자 저항치의 변화율 γ(%)는 Pt-Rh10이나 Pt-Ir10에서, 각각 -1.73%, -1.32%이고, Pt-Ag10에서는 겨우 -0.40%이다.In Table 5, the rate of change γ (%) of the device resistance is -1.73% and -1.32% in Pt-Rh 10 or Pt-Ir 10 and only -0.40% in Pt-Ag 10 , respectively.
표중의 합금선에서는, 어느 것이나 순 Pt선의 경우(γ=4.08%)에 비하여 상당히작은 값으로 되어있다.In the alloy wires in the table, all of them are considerably smaller than the pure Pt wires (γ = 4.08%).
이와같이, 순 Pt 보다도 작은 저항 온도 계수를 가지는 합금선을 사용하는 것에 의하여, 센서의 온도 변화에 따르는 소자 저항치의 변화를 상당히 작게할 수가 있는 것이다.Thus, by using the alloy wire which has a resistance temperature coefficient smaller than pure Pt, the change of the element resistance value according to the temperature change of a sensor can be made quite small.
또한 기판형 반도체 가스검지소자, 즉 내열성 및 전기적 절연성을 가지는 기판위에, 도전성의 재료에 의하여 1본의 전극 패턴을 형성하고, 이 전극 패턴과 동일면의 기판위에, 가스 감응 반도체를 도포하여 가열체와 밀착되게 하여 형성한 구조이고, 또한 전극 패턴을, 가열용 히이터겸 반도체의 전기 저항치 변화 검출용 전극으로 사용하는 것에 있어서도, 전극패턴의 재료로서 순 Pt보다 저항 온도계수가 작은 재료, 예를 들면 귀금속 합금재료를 사용하면, 어떤 원인에서 생기는 전극 패턴부분의 온도 변동에 대하는 소자 저항치(즉 전극 패턴과 도포된 가스 감응 반도체와의 합성적인 저항치)의 변화를, 순 Pt에 의하는 전극패턴의 경우에 비하여, 작게 억제할 수 있는 잇점을 가지는 것은 물론이다.On the substrate-type semiconductor gas detection element, that is, a substrate having heat resistance and electrical insulation, one electrode pattern is formed of a conductive material, and a gas-sensitive semiconductor is coated on the substrate on the same side as the electrode pattern to form a heating body and In the structure formed in close contact with each other, and also when the electrode pattern is used as a heating heater and an electrode for detecting electric resistance change of the semiconductor, a material having a lower resistance temperature coefficient than the pure Pt as the material of the electrode pattern, for example, a noble metal alloy By using the material, the change in the element resistance (that is, the synthetic resistance between the electrode pattern and the applied gas-sensitive semiconductor) with respect to the temperature fluctuation of the electrode pattern portion caused by a certain cause is compared with the case of the electrode pattern based on the pure Pt. Of course, it has a merit which can be suppressed small.
이와같이, 실시예 4는 열선형 반도체 소자의 가열용 히이터 겸 전기 저항치 변화 검출용 전극으로서, 순 백금선 보다도 작은 저항 온도 계수를 가지는 금속선을 사용하여 구성한 것이어서, 기계적 충격등의 원인에 기인하는 소자 저항치 변동을 억제할 수가 있어, 이로 인하여 측정오차가 적고 또한 S/N비가 큰 것이어서 고감도화 할수가 있고, 신뢰성이 높으며 또한 고감도의 열선 반도체형 소자를 얻을 수 있다.As described above, the fourth embodiment is a heating heater and an electrode for detecting electric resistance change of a heat linear semiconductor element, and is constructed by using a metal wire having a resistance temperature coefficient smaller than that of pure platinum wires. As a result, the measurement error is small and the S / N ratio is large, so that high sensitivity can be achieved, and high reliability and high sensitivity can be obtained.
실시예 5Example 5
그런데 3단자 이상의 전극단자를 필요로하는 종래의 반도체식 가스 검지소자에 있어서는,By the way, in the conventional semiconductor gas detection device which requires three or more electrode terminals,
① 가열체(히이터)에 의하는 가열과,① heating by heating element (heater),
② 센서 자체를 흐르는 전류에 의하여 주울 가열의 양쪽에 의하여, 센서는 일정의 고온 상태로 유지되어, 소위가스 대기상태에서의 소자 저항치가 정하여져서, 이것에 대응하는 전기적 출력치(센서 출력의 베이스 값)가 정하여 진다.(2) The sensor is maintained at a constant high temperature state by both the joule heating by the current flowing through the sensor itself, so that the element resistance value in the so-called gas atmospheric state is determined, and the corresponding electrical output value (base value of the sensor output). ) Is determined.
또한 ①과 ②는 서로 독립된 것이 아니고, ①의 변화에 의하여 센서 온도가 변화하고, 소자 저항치가 변화하여서(즉 베이스 값이 변동하여), 그 결과 ②의 주울 가열도 변화한다.In addition, ① and ② are not independent of each other, the sensor temperature changes due to the change of ①, the element resistance changes (that is, the base value changes), and as a result, the Joule heating of ② also changes.
이와같은 온도 변동을 함께 하는 베이스 값의 변동은, 일정 온도의 가스중에서의 출력의 변동의 큰 원인으로 된다.Variation of the base value with such temperature fluctuation is a large cause of fluctuation of the output in the gas of constant temperature.
①의 변동의 원인으로서는, 히이터 전압의 변동이 있고, ②의 변동의 원인으로서는, 환경의 온도 변화의 습도의 변동을 들 수 있다.The cause of the fluctuation of ① is a fluctuation in the heater voltage, and the cause of the fluctuation of ② is a fluctuation in the humidity of the temperature change of the environment.
종래의 3단자 또는 4단자 구조의 소자에서는, 위에서 설명한 바와같이, 전원 전압변동에 의하는 베이스 값과, 일정 농도의 가스 중에서의 출력 값의 변동이 크다는 결점이 있었다.In the conventional three-terminal or four-terminal structure element, as described above, there is a drawback that the variation in the base value due to the power supply voltage variation and the output value in a gas of a constant concentration is large.
이 실시예 5는, 상기의 결점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 정(正)의 저항 온도계수를 가지는 가열체에, 부(負)의 저항온도 계수를 가지는 가스 감응 반도체를 피복하여서, 2단자 구조로 하는 것에 의하여, 구조가 간단하고 베이스의 온도 변동이 작은 열선형 반도체 소자를 제공하는 것에 있다.The fifth embodiment is made to solve the above-mentioned shortcomings, and a two-terminal structure is provided by covering a gas-sensitive semiconductor having a negative resistance temperature coefficient on a heating body having a positive resistance temperature coefficient. It is an object of the present invention to provide a heat linear semiconductor element having a simple structure and small temperature fluctuation of the base.
실시예 5에 대하여 설명하면 다음과 같다.The fifth embodiment will be described below.
우선 원리에 대하여 설명한다.First, the principle will be explained.
이 실시예 5에 의하는 가스검지소자가, 종래외 3단자 또는 4단자의 반도체식 센서와 상이하다는 것은, 히이터인 귀금속 저항체가, 신호 검출의 기능을 겸비하고 있는 것에 있다.The gas detection element according to the fifth embodiment differs from the conventional three-terminal or four-terminal semiconductor sensor in that the precious metal resistor, which is a heater, has a function of detecting a signal.
즉, 전기적으로는 히이터의 저항(그 값을 RA로 한다)과, 금속 산화물 반도체의 저항(그 값을 RB로 한다)이, 병렬회로를 구성하고 있다고 보는 것이 가능하다.In other words, it can be considered that the resistance of the heater (the value of R A ) and the resistance of the metal oxide semiconductor (the value of R B ) constitute a parallel circuit.
따라서 모식적(模式的)으로는 제 9 도에서와 같은 회로로 되고, 이의 2단자 양단 L1,L2에서의 합성 저항 RR은, 다음식으로 표시할 수 있다.Thus schematically (模式的) with the combined resistance R R and in a circuit, its second terminal both sides L 1, L 2, as in FIG. 9 is the may display the food.
가스흡착에 의하여 변동하는 것은 RB이다.The variation by gas adsorption is R B.
다음에 온도의 변화에 의하는 합성저항 RR의 변동에 대하여 설명한다.Next, the variation of the synthetic resistance R R due to the change in temperature will be described.
일반식으로 가열체에 사용하는 귀금속에 있어서, 온도에 대하는 전기적 저항치 RA의 변화는, 제8도의 직선(i)에 표시하는 바와같이 직선적으로 변화하여,In the noble metal used for a heating body in general, the change of the electrical resistance value R A with respect to temperature changes linearly as shown by the straight line i of FIG.
RA=RAO(1 +ATc)R A = R AO (1 + ATc)
와 가깝게 할 수 있다.You can get closer to
여기에서, RAo는 0℃에 있어서의 저항치이고, A는 정의 저항 온도계수이고, Tc는 온도(섭씨 : ℃)이다.Here, R Ao is a resistance value at 0 ° C, A is a positive resistance temperature coefficient, and Tc is a temperature (° C: ° C).
또한 가스반응 반도체에 사용하는 금속산화물 반도체에 있어서는, 온도에 대하는 전기적 저항치 RB의 변화는, 제 8도의 곡선(ii)에 표시한 것과 같이 변화한다.In addition to the metal oxide semiconductor used for the semiconductor gas reaction, the change in the electrical resistance R B in treating temperature, and changes as indicated in the eighth-degree curve (ii).
그리고 안정된 영역 T'에서는, 저항의 온도 의존은 진성 반도체의 그것으로 가깝게 되어,And in the stable region T ', the temperature dependence of the resistance becomes close to that of the intrinsic semiconductor,
로 되어, 저항온도 계수는 부로된다.The resistance temperature coefficient is negative.
다만, RBO, B는 정의 정수이고, TB는 절대온도(°K)이다.However, R BO and B are positive integers and TB is absolute temperature (° K).
합성 저항 RR의 온도 변화는 저온 영역에서는 귀금속선의 저항이 크게 작용하고, 저항온도 계수는 정이다.In the temperature change of the synthesis resistance R R , the resistance of the precious metal wire is large in the low temperature region, and the resistance temperature coefficient is positive.
또한 온도 영역에서는, 금속 산화물 반도체의 저항이 크게 작용하고, 저항온도 계수는 제10도에 표시한 바와같이 부로된다.In addition, in the temperature region, the resistance of the metal oxide semiconductor works largely, and the resistance temperature coefficient becomes negative as shown in FIG.
따라서 4개의 파라미터 RAO, A, RBO,B의 적당한 조합에 의하여, 제10도에 표시한 바와같이, 영역 T'에서 RR의 온도 의존도를 피상적으로 거의 0으로 할수 있는 것이 가능하다.Therefore, by appropriate combination of four parameters R AO , A, R BO , and B, as shown in FIG. 10, it is possible to make the temperature dependence of R R in the region T 'almost superficially zero.
영역 T'에서는, ①히이터 전원 전압의 변동, ②주위의 온도 변동의 양쪽에 대하여, 베이스의 변동이 없는 가스 검지소자를 얻을 수가 있다.In the region T ', a gas detection element without fluctuations in the base can be obtained for both the fluctuations in the heater power supply voltage and the fluctuations in the ambient temperature.
상기 원리에 의하여 형성된 가스 검지소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the gas detection device formed by the above principle is as follows.
제11도는 본 발명의 실시예 5의 구체적 예를 표시하는 사시도이고, (31)은 내열성이고 전기적으로 절연성을 가지는 원통 또는 원주형상의 지지체이고, (32)는 상기 지지체(31)의 외주의 백금 증착막으로 형성되어 전극을 겸한 가열체로서, 소정의 저항치로 되게 나선상으로 트리밍 되어있다.11 is a perspective view showing a specific example of
(33)은 상기 가열체(32)의 외주와 접촉하여, SnO2등의 금속 산화물 반도체로 피복된 가스감응 반도체이고, (34)(35)는 각각 가열체(32)와 가스반응 반도체(33)의 양단에 접속된 리이드선이다.
제12도는 실시예 5의 다른 예를 표시하는 것으로서, (41)은 평판형상의 지지체이고, (42)는 가열체이고, (43)은 가스감응 반도체이고, (44)(45)는 리이드선이다.12 shows another example of the fifth embodiment, in which 41 is a flat support, 42 is a heating body, 43 is a gas-sensitive semiconductor, and 44 is a lead wire. to be.
제13도는 실시예 5의 또 다른 예를 표시하는 것으로서, 지지체가 없으며, 코일 형상의 가열체(42)위를 회전 타원 형상의 가스 감응 반도체(43)가 덮어져 있다.FIG. 13 shows yet another example of the fifth embodiment, in which there is no support, and the gas-
제14도는 실시예 5의 또 다른 예를 표시하는 단면도이고, 그 외관은 제12도와 동일하고 또한 제12도와 동일한 부호는 동일 부분을 표시하고 있으나, 가열체(42)와 가스반응 반도체(43)은 양단에서 접촉되고, 중간부는 절연체(46)로 전기적으로 절연되어 있다.14 is a cross-sectional view showing yet another example of the fifth embodiment, and its appearance is the same as that of FIG. 12, and the same reference numerals as those of FIG. 12 denote the same parts, but the
또한 제13도 및 제14도의 각 부분은, 제12도와 동일한 재질의 것이 사용되어 있다.In addition, the thing of the same material as FIG. 12 is used for each part of FIG.13 and FIG.14.
제15도 및 제16도는 제11도의 열선형 반도체 소자를 사용한 회로의 1예를 표시하는 것이다.15 and 16 show an example of a circuit using the heat linear semiconductor element shown in FIG.
이들의 도시에 있어, (30)은 열선형 반도체소자이고, E는 정전압 전원(전원 전압을 표시한다)이고, V는 출력검출기(출력전압도 표시한다)이고, R1, R1, R2는 부하 저항기이고, R3은 영점조정의 가변저항기이다. 기타는 제11도와 동일 부호는 동일부분을 표시한다.In these illustrations,
또한 제12도내지 제14도의 열선형 반도체소자를 사용하여도 동일한 회로가 된다.Also, the same circuit can be obtained by using the heat linear semiconductor elements shown in FIGS.
제17도는 이 실시예 5에 의하는 실험 데이타의 1예를 표시하는 것으로서, 전원전압 E (온도에 대응)와 출력전압 V와의 관계를 표시하고, 곡선 a는 H2가스이고, 곡선 b는 CO : H2=2 : 1의 혼합가스이고, 곡선 C는 ETOH 가스이고, 곡선 d는 CO가스이고, 곡선 e는 CH4가스이고, 곡선 f는 베이스(공기)를 표시하고, 각 가스는 어느것이나 100ppm의 것이고, 사용한 열선형 반도체 소자는 10개를 사용하여서, 그 평균치를 플로트하여 각 곡선을 얻은 것이다.FIG. 17 shows an example of experimental data according to the fifth embodiment, showing the relationship between the power supply voltage E (corresponding to temperature) and the output voltage V, curve a is H 2 gas, and curve b is CO. : H 2 = 2: 1 mixed gas, curve C is ETOH gas, curve d is CO gas, curve e is CH 4 gas, curve f represents base (air), and each gas is It is 100 ppm, The ten used thermal linear semiconductor elements were used, and the average value was floated and each curve was obtained.
이 도시에서 알 수 있는 것과같이, 전원전압 2.6V이상에서는 거의 변동이 없고, 이것은 온도 변동에 대하여 출력전압이 변동하지 아니하는 것을 표시하고 있다.As can be seen from this figure, there is almost no fluctuation above the power supply voltage of 2.6 V, which indicates that the output voltage does not fluctuate with temperature fluctuations.
이와같은 정의 저항온도 계수를 가지는 가열체와, 부의 저항 온도 계수를 가지는 가스 감응 반도체로서 구성하고, 또한 사용온도에 있어서도 가열체의 저항온도 계수와 가스감응 반도체의 저항온도 계수가 서로 상쇄되게 선정하면, 온도의 변화에 대하여 출력의 변동이 적은 가스검지소자를 얻을수가 있다.If it is configured as a heating body having such a positive resistance temperature coefficient and a gas sensitive semiconductor having a negative resistance temperature coefficient, and the operating temperature is selected such that the resistance temperature coefficient of the heating body and the resistance temperature coefficient of the gas sensitive semiconductor cancel each other, In addition, a gas detector element having a small output variation with respect to a change in temperature can be obtained.
실시예 6Example 6
제1도에 표시한 구성의 열선형 반도체소자(3)를, 제2도에서와 같이 브리지 접촉하여 고농도 가스, 예를 들면 H2의 20% 중에서 사용하면, 브리지 출력이 불안정하여 경보가 도중에서 중지하는 경우가 있고, 또한 20μφ정도의 가는 Pt선 코일의 소자 재료로 사용한 것은, 후에 설명하는 바와같이, 보상 소자(3')가 단선 되어, H2가스가 제거되어도 경보가 중지하지 아니하는 예도 있다.When the thermal
이들의 원인은, 고농도 가스중에서 전기 저항이 대폭으로 내려가는 성질을 가지는 열선형 반도체소자(3)의 특성에 의하는 것이고, 접촉 연소식 소자에서와 같이, 가스에 접촉하는 것에 의하여, 그 전기저항이 증대하는 소자의 경우에는 위에서와 같은 문제는 일어나지 아니한다.The reason for this is due to the characteristics of the heat
열선형 반도체소자(3)는, 가스흡착에 의하여 산화물 반도체의 도원율이 올라가는 것이어서, 고농도 가스중에서는 소자 저항 및 소자온도가 내려간다.In the heat
한편 이것과는 대조적으로, 반도체소자의 저항이 내려가는 것으로 인하여, 역으로 보상소자(3')에 걸리는 전압이 증대하고, 보상소자(3')의 소비전력이 증대하여서, 온도 상승과 동시에 그 저항이 크게되어, 보상 소자(3')에 걸리는 전압 및 온도가 다시 상승한다.On the other hand, in contrast to this, the resistance of the semiconductor element decreases, conversely, the voltage applied to the compensation element 3 'increases, the power consumption of the compensation element 3' increases, and the resistance increases at the same time as the temperature rises. This becomes large, and the voltage and temperature applied to the compensation element 3 'rise again.
즉, 보상 소자(3')에서의 주울 발열에 의하는 온도상승과, 저항치 증가의 정귀환이 생기는 것이 문제로 되는 것이다. 이로 인하여 일정 고농도 가스중에서의 브리지 출력은, 제18도의 파선 Ia및 Ib로 표시되는 범위를 변동하여, 대단히 불안정 하게된다.That is, a problem arises in that the temperature rise due to Joule heat generation in the compensating element 3 'and the positive feedback of the resistance value increase occur. For this reason, the bridge output in the constant high concentration gas fluctuates in the range shown by the broken lines I a and I b in FIG. 18, and becomes very unstable.
또한 제18도중, 횡축은 H2가스농도(Vol.%)를 표시하고, 종축은 브리지 출력 P1을 표시한다.In addition, during the first 18, and the horizontal axis shows the (Vol.%) H 2 gas concentration, and the vertical axis represents the bridge output P 1.
이것이 더하여 보상소자(3')의 온도상승에 따라, 열선형 반도체 소자(3)의 표면에서, 접촉연소를 일으켜서 산화물 반도체가 열화하여 브리지 출력이 0으로 되는 경우도 있다.In addition, as the temperature of the compensating element 3 'rises, contact combustion occurs on the surface of the heat
또한 제18도 중의 실선 Ⅱ에 대하여는 후에 설명한다.In addition, solid line II in FIG. 18 is demonstrated later.
실시예 6은 상기에서와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 고농도 가스중에서도 안정되게 동작하는 열선형 반도체식의 가스검지장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.Embodiment 6 is made in view of the same point as above, and an object of this invention is to provide the heat linear semiconductor type gas detection apparatus which operates stably in high concentration gas.
이 실시예 6에 있어서는, 제2도의 회로에 있어 보상소자(3')에 대신하여 저항체를 사용한 것으로서, 제20도에 그 회로를 표시한다.In the sixth embodiment, a resistor is used in place of the compensation element 3 'in the circuit of FIG. 2, and the circuit is shown in FIG.
즉, 보상소자 (3')에 대신하여, 이 열선형 반도체소자(3)의 동작저항과 동등한 저항치를 가지는 예를들면 니켈, 크로움, 산화주석등의 종착막 저항체로 되는 주울 발열에 의하는 저항치 변화를 무시할 수 있는 전기 저항체 R50가 사용되고, 기타는 제2도와 동일하다.That is, instead of the compensating element 3 ', due to Joule heat generation, for example, nickel, chromium, tin oxide or the like, which has a resistance value equivalent to the operating resistance of the heat
이 저항체 R50을 정전압전원 E에 접속된 브리지회로에 2개의 저항기 Rb및 열선형 반도체소차 (3)와 같이 조합하여, 본 발명의 가스 검지장치가 구성된다.The resistor R 50 is combined in a bridge circuit connected to the constant voltage power supply E in the same manner as the two resistors R b and the heat
열선형 반도체소자 (3)가 가스를 검지하기 시작하면, 브리지 회로의 균형이 흐트러져서 브리지 출력이 가스 농도에 대응하여 출력된다.When the heat
이 동작의 상세한 설명은 다음과 같다.The detailed description of this operation is as follows.
H220%중에서의 시간 경과에 대하는 종래의 장치의 브리지 출력 P1과, 본 발명의 브리지 출력 P2에 대하여 제19도를 참조하면서 설명한다.The bridge output P 1 of the conventional apparatus and the bridge output P 2 of the present invention for the passage of time in 20% of H 2 will be described with reference to FIG. 19.
이 도시에서, 횡축은 시간(분)을 표시하고, 종축은 브리지 출력(V)을 표시한다.In this illustration, the horizontal axis represents time (minutes) and the vertical axis represents bridge output (V).
또한 실선 Ⅲ은 브리지 출력 P2를 표시하고, 파선 Ⅳa, 일점쇄선 Ⅳb는 브리지 출력 P1을 표시한다. 종래의 장치에 있어서는, Ⅳa또는 Ⅳb에 표시하는 바와 같은 출력특성을 표시하는 경우가 있고, 브리지 출력 P1이 시간 경과에 따라 크게 변동하여 대단히 불안정하다.In addition, the solid line shows the bridge output Ⅲ P 2, and a broken line a Ⅳ, Ⅳ one-dot chain line b indicates the bridge output P 1. In the conventional device, Ⅳ the case of displaying the output characteristic as shown in a or b and Ⅳ, the bridge output P 1 is very unstable and is greatly changed over time.
이에 대하여 브리지 출력 P2(실선 Ⅲ)는, H220%중(0-60분)에서도 안정하고, 가스가 제거된 후(60분 경과후)에는, 정상치로 빨리 되돌아가고, 또한 재현성도 우수하다.On the other hand, the bridge output P 2 (solid line III) is stable even in 20% of H 2 (0-60 minutes), quickly returns to the normal value after the gas is removed (after 60 minutes), and also has excellent reproducibility. Do.
또한 전기 저항체 R50에서 발생한 열에 의하여, 위에서 설명한 열선형 반도체소자(3)의 표면에서 접촉연소가 생기고, 이것이 가스농도 지시의 정밀도를 나쁘게할 염려가 있을 경우에는, 열선형 반도체소자(3)의 재료에 연소억제제로서, Pb, As, Sb, P, Si, S, Cl, Se, Te등을 첨가하면, 더욱 고농도의 가스중에서도 안정성을 얻을 수 있다.In addition, when the heat generated by the electrical resistor R 50 causes contact combustion on the surface of the heat
또한 상기 실시예에서는 가스센서회로로서 브리지회로를 표시하였으나, 항상 브리지 회로로 할 필요는 없고, 제 21 도에 표시하는 바와같이 정전압전원 E에 열선형 반도체소자(3)와, 산화인지움 증착막 저항체등의 저항 온도 계수가 작은 전기 저항체 R50(저항 온도 계수치 ±500ppm/℃ 이하에 것)를 직렬로 접속하여, 전기 저항체 R50의 양단측을 출력단자로 하여도 좋은 것이다.In addition, although the bridge circuit is shown as the gas sensor circuit in the above embodiment, it is not always necessary to be a bridge circuit, and as shown in FIG. An electrical resistor R 50 having a small resistance temperature coefficient (such as a resistance temperature coefficient of ± 500 ppm / ° C. or less) may be connected in series, and both ends of the electrical resistor R 50 may be used as output terminals.
또한 출력단자는 열선형 반도체소자 (3)의 양단측에 설치하여도 좋은 것이고, 결국은 열선형 반도체소자 (3)와 전기저항체 R50접속점이 한쪽의 출력단자로 되고, 다른쪽의 출력단자는 기준 전위점에 접속되어 있으면 좋은 것이다.The output terminal may be provided at both ends of the heat
이와같이 이 실시예 6은 열선형 반도체소자 (3) 및 주울발열에 의하는 저항치 변화를 무시할 수 있는 전기 저항체 R50을 정전압전원 E에 대하여 직렬로 접속하고, 열선형 반도체소자와 저항체와의 접속점과 기준 전위점과를 각각 출력단자로 한 것이어서, 저농도 구역에서 고농도구역까지 안정되어 재현성이 좋게 가스농도를 검지할 수 있다.In this manner, the sixth embodiment connects the heat
또한 보상소자를 필요로 하지 아니하는 것이어서, 제조가 간단하고 값이 저렴하게 될 수 있을뿐 아니라 장치 전체를 소형화 할수가 있다.It also eliminates the need for compensating elements, making it simple and inexpensive to manufacture and miniaturizing the entire device.
Claims (6)
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JP58-62075 | 1983-04-11 | ||
JP58-98726 | 1983-06-28 | ||
JP9872683 | 1983-06-28 | ||
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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1984
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KR840009139A (en) | 1984-12-24 |
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