TWI445953B - Gas detection device and gas detection method - Google Patents

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TWI445953B
TWI445953B TW101103511A TW101103511A TWI445953B TW I445953 B TWI445953 B TW I445953B TW 101103511 A TW101103511 A TW 101103511A TW 101103511 A TW101103511 A TW 101103511A TW I445953 B TWI445953 B TW I445953B
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Makoto Okamura
Takuya Suzuki
Takahiko Maeda
Hisao Ohnishi
Toshiro Nakayama
Atsushi Nonaka
Takashi Nakajima
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Fuji Electric Co Ltd
Osaka Gas Co Ltd
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Description

氣體檢測裝置及氣體檢測方法
本發明是有關利用感測器元件來檢測氣體的氣體檢測裝置及氣體檢測方法，該感測器元件係具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化之氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層。
一般，氣體感測器是使用在氣體檢測裝置等，構成對於特定的氣體、例如CO(一氧化碳素)、CH4 (甲烷氣體)、C3 H8 (丙烷氣體)、CH3 OH(甲醇蒸氣)等選擇性地感應。有關如此的氣體感測器是其特性上被要求高感度、高選擇性、高回應性、高可靠度、及低耗費電力。
並且，在使用氣體感測器的氣體檢測裝置之中，家庭用的氣體洩漏警報器是以都市瓦斯(Town gas)用或丙烷氣體用的可燃性氣體的檢測作為目的者，以燃燒機器的不完全燃燒氣體的檢測作為目的者、或合併該等雙方的機能者等存在。然而，無論是那個的氣體洩漏警報器皆因為高成本或設置的難易性的問題而未廣泛普及。為了廣泛普及氣體洩漏警報器，特別要求改善設置性。為了因應如此的要求，驅動源使用電池的同時謀求無線化，藉此提供小型的氣體感測器。驅動源使用電池時，使氣體感測器低耗費電力化特別重要。然而，接觸燃燒式或半導體式的氣體感測器是在被加熱至400℃~500℃的高溫的狀態下檢測氣體 。因此，為了維持高溫狀態，需要耗費更多的電力，此在使氣體感測器低耗費電力化上會成為問題。
於是，在專利文獻1揭示間歇驅動的薄膜氣體感測器1。如圖1所示，在此薄膜氣體感測器1中設有Si基板2，在Si基板2設有貫通孔2a。以能夠覆蓋此貫通孔2a的開口之方式，在Si基板2上全體配設有熱絕緣支持層3。有關熱絕緣支持層3的構成是在Si基板2上全體配設有熱氧化SiO2 層3a，在熱氧化SiO2 層3a上全體配設有CVD-Si3 N4 層3b，在CVD-Si3 N4 層3b上全體配設有CVD-SiO2 層3c。
而且，在熱絕緣支持層3上的中央部配設有加熱器層4，以能夠覆蓋熱絕緣支持層3全體及加熱器層4的方式配設有電氣絕緣層5。在電氣絕緣層5上的中央部配設有氣體檢測層6。有關氣體檢測層6的構成是在電氣絕緣層5上的中央部配設一對的接合層6a，在一對的接合層6a上分別配設有感知層電極6b，且以能夠連結一對的感知層電極6b之間的方式在電氣絕緣層5上配設有感知層6c。更在電氣絕緣層5上以能夠覆蓋感知層電極6b及感知層6c的方式配設有選擇燃燒層6d。因此，專利文獻1的薄膜氣體感測器，藉由使用微細加工製程的隔膜構造等，高絕熱性．低熱容量性佳。
有關在此薄膜氣體感測器1中進行的加熱器層4的間歇驅動，是例如在檢測出CH4 、C3 H8 等的可燃性氣體時，以50ms~500ms的一定時間對加熱器層4施加電壓而通電 (High狀態)，使加熱器層4的溫度能夠成為400℃~500℃的高溫，藉由感知層電極6b來測定感知層6c的電阻值，由該電阻值的變化來檢測出CH4 、C3 H8 等的可燃性氣體濃度。在處於高溫下的選擇燃燒層6d中，藉由使CO、H2 (氫)等的還元性氣體及其他的雜氣燃燒，不活性的CH4 、C3 H8 等的可燃性氣體會透過選擇燃燒層6d而擴散，且到達感知層6c而與感知層6c的SnO2 反應的結果，SnO2 的電阻值會變化，所以利用此來檢測出氣體機器等的氣體洩漏時所發生的CH4 、C3 H8 等的可燃性氣體的濃度。而且，一定時間設定不對加熱器層4施加電壓，不通電的狀態(Off狀態)。如此的間歇驅動是被稱為High-Off驅動，以預定的週期(例如60秒週期)重複High狀態及Off狀態。
並且，在檢測不完全燃燒時所發生的CO時，以50ms~500ms的一定時間對加熱器層4施加電壓而通電(High狀態)，使加熱器層4的溫度能夠一旦成為400℃~500℃的高溫狀態，在進行薄膜氣體感測器1的洗滌之後，施加電壓而通電(Low狀態)，使加熱器層4的溫度能夠降溫成約100℃的低溫狀態，在此低溫狀態下檢測CO。此時，可知CO感度及選擇性會變高。而且，一定時間設定不對加熱器層4施加電壓，不通電的狀態(Off狀態)。如此的間歇驅動是被稱為High-Low-Off驅動，以預定的週期(例如150秒週期)來重複High狀態、Low狀態、及Off狀態。
而且，在Low狀態中進行CO檢測，且在High狀態中除了薄膜氣體感測器1的洗滌以外也進行甲烷檢測，藉此可在1個的薄膜氣體感測器1中檢測甲烷及CO的雙方。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2005-164566號公報
然而，在上述的間歇驅動中加熱器層4為Off狀態的期間，加熱器層4的溫度會降低至周圍的溫度。因此，薄膜氣體感測器1容易受到周圍溫溼度的影響。特別是在接受急劇的周圍溫溼度變化的影響時，包含氣體檢測層6的薄膜氣體感測器1全體恐有結露之虞。當薄膜氣體感測器1結露時，薄膜氣體感測器1的各要素的電阻會大幅度降低，恐有錯誤發出氣體洩漏警報之虞。
本發明是有鑑於如此的實情而研發者，其目的是在於提供一種維持設置容易小型的構造，且謀求低耗費電力化的同時，可充分地除去結露的水分，藉此防止誤檢測，而可成為精度高的氣體檢測之氣體檢測裝置及氣體檢測方法。
為了解決課題，本發明的氣體檢測裝置之一形態，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有用以檢測前述氣體檢測層的結露之結露檢測部，當前述結露檢測部檢測到前述氣體檢測層的結露時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
此情況，本發明的氣體檢測裝置之一形態是如以下那樣構成為理想。
(1)前述結露檢測部係構成測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露，或(2)前述結露檢測部係構成在前述預定的通電時間 內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露。
而且，前述結露檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此構成測定前述加熱器層的溫度。
又，為了解決課題，本發明的氣體檢測裝置之另一形態，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有水分檢測部，其係檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留在前述氣體檢測層的水分，當前述水分檢測部檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通 電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
此情況，本發明的氣體檢測裝置之另一形態是如以下那樣構成為理想。
前述水分檢測部係構成在前述預定的通電時間內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分。
而且，前述水分檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此測定前述加熱器層的溫度。
為了解決課題，本發明的氣體檢測方法之一形態，係利用具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在加熱氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測前述氣體檢測層的結露之步驟；及當檢測到前述氣體檢測層的結露時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述 加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
此情況，本發明的氣體檢測方法之一形態是如以下那樣構成為理想。
(1)檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟。
(2)檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟。
而且，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含：測定通電狀態的前述加熱器層的電阻值之步驟；及由前述測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步驟。
又，為了解決課題，本發明的氣體檢測方法之另一形態，係利用具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體 檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在加熱前述氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留在前述氣體檢測層的水分之步驟；及當檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
此情況，本發明的氣體檢測方法之另一形態是如以下那樣構成為理想。
檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟。
而且，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含：在前述預定的時間內測定前述加熱器層的電阻值之步驟；及由測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步 驟。
若根據本發明的氣體檢測裝置之一形態，則可取得以下的效果。
本發明的氣體檢測裝置，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有用以檢測前述氣體檢測層的結露之結露檢測部，當前述結露檢測部檢測到前述氣體檢測層的結露時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
為此，在一定時間內，往前述加熱器層的通電時間會比結露檢測前更增加，藉此加熱前述氣體檢測層的時間會增加。因此，藉由結露而附著於前述感測器元件的水分會提前充分蒸發，前述感測器元件會從結露的狀態提前恢復 至正常的狀態。所以，可將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
又，若根據本發明的氣體檢測裝置之一形態，則可取得以下的效果。
(1)前述結露檢測部係構成測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露，或
(2)前述結露檢測部係構成在前述預定的通電時間內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露。
而且，前述結露檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此構成測定前述加熱器層的溫度。
為此，不需要用以檢測結露的結露感測器或溫度感測器等，前述感測器元件及氣體檢測裝置不會有因零件數量增加而大型化的情況，可一面維持設置容易且小型的構造，一面將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，謀求低耗費電力化，且防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度 。
又，若根據本發明的氣體檢測裝置之另一形態，則可取得以下的效果。
本發明的氣體檢測裝置，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有水分檢測部，其係檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留在前述氣體檢測層的水分，當前述水分檢測部檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
為此，在一定時間內，往前述加熱器層的通電時間會比剩餘水分檢測前更增加，藉此加熱前述氣體檢測層的時間會增加。因此，附著於前述感測器元件的剩餘水分會提前充分蒸發，前述感測器元件可對應於剩餘水分附著那樣的高溼度環境來提前恢復至正常的狀態。所以，可將往前 述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
又，若根據本發明的氣體檢測裝置之另一形態，則可取得以下的效果。
前述水分檢測部係構成在前述預定的通電時間內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分。
而且，前述水分檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此測定前述加熱器層的溫度。
為此，因為藉由測定前述加熱器層的電阻值且檢測前述加熱器層的溫度來進行剩餘水分的檢測，所以不需要用以檢測剩餘水分的水分感測器或溫度感測器等，前述感測器元件及前述氣體檢測裝置不會有因零件數量增加而大型化的情況，可一面維持設置容易且小型的構造，一面將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，謀求低耗費電力化，且防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
若根據本發明的氣體檢測方法之一形態，則可取得以下的效果。
本發明的氣體檢測方法，係利用具有藉由與氣體的接 觸而電氣特性變化的氣體檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在加熱氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測前述氣體檢測層的結露之步驟；及當檢測到前述氣體檢測層的結露時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
為此，在一定時間內，往前述加熱器層的通電時間會比結露檢測前更增加，藉此加熱前述氣體檢測層的時間會增加。因此，藉由結露而附著於前述感測器元件的水分會提前充分蒸發，前述感測器元件會從結露的狀態提前恢復至正常的狀態。所以，可將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
又，若根據本發明的氣體檢測方法之一形態，則可取得以下的效果。
(1)檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟，或 (2)檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟。
而且，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含：在前述預定的時間內測定前述加熱器層的電阻值之步驟；及由測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步驟。
為此，前述感測器元件可藉由測定前述加熱器層的溫度或電阻值之簡單的方法來提前且確實地檢測結露而除去結露，且可將往加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
又，若根據本發明的氣體檢測方法之另一形態，則可取得以下的效果。
本發明的氣體檢測方法，係利用具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對 前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在前述加熱氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留在前述氣體檢測層的水分之步驟；及當檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
為此，在一定時間內，往前述加熱器層的通電時間會比剩餘水分檢測前更增加，藉此加熱前述氣體檢測層的時間會增加。因此，附著於前述感測器元件的剩餘水分會提前充分蒸發，前述感測器元件可對應於剩餘水分附著那樣的高溼度環境來提前恢復至正常的狀態。所以，可將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
又，若根據本發明的氣體檢測方法之另一形態，則可取得以下的效果。
檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟。
而且，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含： 在前述預定的時間內測定前述加熱器層的電阻值之步驟；及由測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步驟。
為此，前述感測器元件可藉由測定加熱器層的溫度或電阻值之簡單的方法來提前且確實地檢測剩餘水分而除去剩餘水分，且可將往前述加熱器層的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
 [第1實施形態]
以下說明有關本發明的第1實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法。圖1是表示在本發明的第1實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法中所使用的感測器元件的薄膜氣體感測器1的概略剖面圖。如圖1所示般、薄膜氣體感測器1是具備Si基板2、熱絕緣支持層3、加熱器層4、電氣絕緣層5、及氣體檢測層6。在Si基板2是設有貫通孔2a。熱絕緣支持層3是具備熱氧化SiO2 層3a、CVD-Si3 N4 層3b、及CVD-SiO2 層3c。氣體檢測層6是具備接合層6a、感知層電極6b、感知層6c、及選擇燃燒層6d。另外，Si基板2是由矽晶圓所構成，加熱器層4是構成可 加熱氣體檢測層6，氣體檢測層6是構成例如對CO、CH4 、C3 H8 、CH3 OH等選擇性地感應時電氣特性會變化。
說明如此的薄膜氣體感測器1的製造方法的一例。在Si基板2的表面及背面形成熱氧化SiO2 層3a。其次，在熱氧化SiO2 層3a上，藉由電漿CVD法來依序形成CVD-Si3 N4 層3b、及CVD-SiO2 層3c。
而且，藉由濺射法來依序形成加熱器層4、及由SiO2 所構成的電氣絕緣層5。其次，為了形成氣體檢測層6，在電氣絕緣層5上，藉由濺射法來依序形成接合層6a、感知層電極6b、及摻雜Sb之SnO2 所構成的感知層6c。在第1實施形態中，利用濺射法的成膜是例如使用RF磁控管濺射裝置為理想。成膜條件是例如由Ta或Ti所構成的接合層6a、及由Pt或Au所構成的感知層電極6b時，將Ar氣體壓力設為1Pa，將基板溫度設為300℃，將RF功率設為2W/cm2 ，將接合層6a及感知層電極6b的厚度分別設為500Å及2000Å為理想。
以能夠充分地覆蓋感知層6c的方式，藉由網版印刷法來塗佈選擇燃燒層6d，然後，在500℃的溫度下進行1小時以上燒結。選擇燃燒層6d是由在Al2 O3 載持Pd作為觸媒的燒結材所構成。其次，藉由蝕刻來從Si基板2的背面除去矽，形成貫通孔2a。另外，在此說明的薄膜氣體感測器1的製造方法為其一例，亦可使用其他的製造方法。
說明具備薄膜氣體感測器1的氣體檢測裝置的構成。 圖2是表示本發明的第1實施形態的氣體檢測裝置的構成的概略的方塊圖。若參照圖2，則在氣體檢測裝置是設有微電腦控制電路7，微電腦控制電路7是構成控制氣體檢測裝置的全體。在氣體檢測裝置是設有被連接至薄膜氣體感測器1的加熱器層4的加熱器控制電路8，此加熱器控制電路8是被連接至微電腦控制電路7。在氣體檢測裝置是設有被連接至微電腦控制電路7及加熱器控制電路8的電源電路9，氣體檢測裝置是構成藉由電源電路9來動作。電源電路9的一例是可使用乾電池或充電池等的消耗電池。電源電路9的其他例是亦可藉由商用電源及定電壓電路來構成。
加熱器控制電路8是構成從電源電路9所供給的電壓可變換成用以驅動薄膜氣體感測器1全體的感測器電壓及用以加熱加熱器層4的加熱器電壓。如圖3所示般，有關時間t與施加於加熱器層4的電壓V的關係，微電腦控制電路7中所含的加熱器控制部7a是構成以時間t1 的週期，重複在時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓V1 通電，而使能夠提高加熱器層4的溫度來加熱氣體檢測層6，在加熱器層4是被間歇性地通電。其一例可將時間t1 設為60s~150s，將時間t2 設為50ms~500ms。
若再度參照圖2，則在氣體檢測裝置是設有被連接至薄膜氣體感測器1的加熱器層4的結露檢測電路10，此結露檢測電路10是被連接至微電腦控制電路7，當薄膜氣體感測器1尤其是氣體檢測層6結露時，結露會藉由微電腦 控制電路7中所含的結露檢測部7b來檢測。在此其一例為具備結露檢測電路10被連接至加熱器層4的分流電阻(未圖示)，構成結露檢測部7b會測定分流電阻的兩端電壓。在結露檢測電路10中，為了將有關分流電阻的兩端電壓的類比訊號變換成數位訊號來送至結露檢測部7b，而設有A/D變換電路(未圖示)。在微電腦控制電路7中，構成可從結露檢測部7b傳達測得結露的訊息給加熱器控制部7a。
在此，將藉由結露檢測電路10所測定的加熱器電阻的電阻值設為R時，有關加熱器層4，若將形成基準的溫度設為基準溫度T0 (℃)，將基準溫度T0 的加熱器電阻的基準電阻值設為R0 (Ω)，且將加熱器層4的電阻溫度係數設為α(1/℃)，則加熱器層4的溫度T(℃)是藉由式(1)來算出。
T=(R/R0 -1)/α+T0 ………(1)
電阻溫度係數α，基準溫度T0 的基準電阻值R0 是預先求取的數值。
預先求取電阻溫度係數α的方法，是將薄膜氣體感測器1放入高溫爐，使高溫爐的溫度上昇，而來測定加熱器層4的電阻值的變化。此時，將測定的電阻值與溫度的關係顯示於圖4的圖表。如圖4所示般，有關複數的加熱器層4的樣本，在約0℃~約500℃的溫度範圍，加熱器層4的電阻值是分別線形性地變化。將該等複數的加熱器層4的樣本的傾斜度的平均設為電阻溫度係數α。並且，基準 溫度T0 的基準電阻值R0 是從圖4的圖表預先讀取。
例如，電阻溫度係數α及基準電阻值R0 ，在利用1片的矽晶圓來製作的複數個薄膜感測器1中，因為各薄膜感測器1間的偏差少，所以亦可使用同樣的數值。而且，電阻溫度係數α及基準電阻值R0 亦可按每批製造的薄膜感測器1，使用同樣的數值。
結露檢測部7b是構成在通電至加熱器層4的時間t1 內測定形成一定的溫度T，當此溫度T形成結露檢測溫度T1 以下時，檢測氣體檢測層6的結露，可將測得結露的訊息傳達給加熱器控制部7a。其一例可想像，當結露檢測溫度T1 是將加熱加熱器層4的目標溫度之加熱目標溫度T2 設為400℃~500℃的範圍時，考慮誤差等來對T2 設為-5℃~0℃的範圍。
若再度參照圖2，則在氣體檢測裝置設有被連接至薄膜氣體感測器1的氣體檢測層6的氣體檢測電路11。氣體檢測電路11是分別被連接至微電腦控制電路7所含的都市瓦斯檢測部7c及CO氣體檢測部7d。都市瓦斯檢測部7c是構成可根據氣體檢測層6的電氣特性來檢測例如都市瓦斯中所含的CH4 (甲烷氣體)等。CO氣體檢測部7d也是構成可根據氣體檢測層6的電氣特性來檢測CO(一氧化碳素)。藉由氣體檢測層6來檢測氣體時，從氣體檢測層6所發出的訊號是形成類比訊號。因此，在氣體檢測電路11設有A/D變換電路(未圖示)，用以將此類比訊號變換成數位訊號，送至都市瓦斯檢測部7c及CO氣體檢測 部7d。
在氣體檢測裝置設有警報顯示電路12，用以在檢測氣體時視覺性地顯示警報，警報顯示電路12是具備燈等的警報顯示部(未圖示)。此警報顯示電路12是被連接至微電腦控制電路7中所含的顯示控制部7e。在氣體檢測裝置設有警報音輸出電路13，用以在檢測氣體時聽覺性地輸出警報，警報音輸出電路13是具備喇叭等輸出警報作為聲音的警報音輸出部(未圖示)。此警報音輸出電路13是被連接至微電腦控制電路7中所含的警報音控制部7f。
在氣體檢測裝置設有外部輸出電路14，用以在檢測氣體時進行電性的外部輸出，外部輸出電路14是構成可對外部的機器傳送訊號等的電性的外部輸出。此外部輸出電路14是被連接至微電腦控制電路7中所含的外部輸出控制部7g。而且，在氣體檢測裝置設有被連接至微電腦控制電路7的外部記憶電路15。此外部記憶電路15是構成可記憶被使用在結露的水分除去及氣體檢測之臨界值及設定值、以及檢測氣體而發出警報時之資料等的履歴。
另外，微電腦控制電路7是藉由微電腦等的CPU及其周邊電路所構成。加熱器控制部7a、結露檢測部7b、都市瓦斯檢測手段7c、CO氣體檢測部7d、顯示控制部7e、警報音控制部7f、及外部輸出控制部7g是藉由硬體或軟體所構成。
參照圖5來說明本發明的第1實施形態的氣體檢測方法。
如圖5所示的流程圖，以能夠加熱氣體檢測層6的方式，在時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S1)，在如此的通電狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，根據式(1)藉由計算來測定加熱器層4的溫度T(S2)。其次，判斷加熱器層4的溫度T是否為結露檢測溫度T1 以下(S3)。當溫度T比結露檢測溫度T1 大時，判斷為無異常(S4)，再度於時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S1)。另一方面，當加熱器層4溫度T為結露檢測溫度T1 以下時，判斷成氣體檢測層6結露(S5)，而拉長對加熱器層4通電的時間，設為時間t2 ’(>t2 )(S6)，在時間t2 ’的期間通電至加熱器層4的狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，而藉由計算來測定加熱器層4的溫度T(S2)。
若如以上那樣根據本發明的第1實施形態，則在檢測到結露時，拉長對加熱器層4施加電壓而通電的通電時間t2 ，因此在一定時間內，往加熱器層4的通電時間會比結露檢測前更增加，藉此加熱氣體檢測層6的時間會增加。因此，藉由結露而附著於薄膜氣體感測器1的水分會提前充分蒸發，薄膜氣體感測器1會從結露的狀態提前恢復至正常的狀態。所以，可將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
若根據本發明的第1實施形態，則可藉由測定加熱器層4的電阻值R且測定加熱器層4的溫度T來進行結露的 檢測，因此不需要用以檢測結露的結露感測器或溫度感測器等，薄膜氣體感測器1及氣體檢測裝置不會有因零件數量增加而大型化的情況，可一面維持設置容易且小型的構造，一面將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，謀求低耗費電力化，且防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
若根據本發明的第1實施形態，則薄膜氣體感測器1可藉由測定加熱器層4的溫度或電阻值之簡單的方法來提前且確實地檢測結露而除去結露，且可將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
[第2實施形態]
以下說明有關本發明的第2實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法。第2實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法的基本的構成是形成與第1實施形態的氣體檢測裝置的構成同樣。與第1實施形態同樣的要素是利用與第1實施形態同樣的符號及名稱來說明。在此是針對與第1實施形態不同的構成來進行說明。
若再度參照圖2，則結露檢測部7b是在通電至加熱器層4的時間t1 內，測定預定的時間t3 (0<t3 <t1 )的加熱器層4的溫度T。當此加熱器層4的溫度T與加熱器層4的加熱目標溫度T2 的比之溫度回應性A(=T/T2 )為結露檢測溫度回應性A1 以下時，檢測氣體檢測層6的結露，而 將檢測結露的情形傳達給加熱器控制部7a。其一例可想像將通電至加熱器層4的週期的時間t1 設為60s~150s，通電至加熱器層4的時間t2 設為50ms~500ms時，將測定溫度回應性A的時間t3 設為時間t2 的中間的值，測定處於加熱器層4的溫度上昇中的過渡狀態的加熱器層4的溫度回應性A，而且，可想像將加熱目標溫度T2 設為400℃~500℃的範圍，有關結露檢測溫度回應性A1 是考慮誤差等設為95%~100%。
參照圖6來說明本發明的第2實施形態的氣體檢測方法。
如圖6所示的流程圖，以能夠加熱氣體檢測層6的方式，在時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S11)，在如此的通電狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，根據式(1)藉由計算來測定加熱器層4的溫度T，藉由計算來測定此溫度T與加熱目標溫度T2 的比之溫度回應性A(S12)。其次，判斷此溫度回應性A是否為結露檢測溫度回應性A1 以下(S13)。當溫度回應性A比結露檢測溫度回應性A1 大時，判斷成無異常(S14)，再度於時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S11)。另一方面，當溫度回應性A為結露檢測溫度回應性A1 以下時，判斷成氣體檢測層6結露(S15)，而拉長對加熱器層4通電的時間，設為時間t2 ’(>t2 )(S16)，在時間t2 ’的期間通電至加熱器層4的狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，而藉由計算來測定加熱器層4的溫度T，且藉由 計算來測定此溫度T與加熱目標溫度T2 的比之溫度回應性A(S12)。
如以上那樣根據本發明的第2實施形態，可取得與第1實施形態同樣的效果。
[第3實施形態]
以下說明有關本發明的第3實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法。第3實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法的基本的構成是形成與第1實施形態的氣體檢測裝置的構成同樣。與第1實施形態同樣的要素是利用與第1實施形態同樣的符號及名稱來說明。在此是針對與第1實施形態不同的構成來進行說明。
圖1所示的感知層6c為構成多孔質構造或柱狀構造，感知層6c的比表面積會增加，感知層6c與檢測對象的氣體的接觸面積會增加。並且，在選擇燃燒層6d，貴金屬觸媒(例如Pd)為了有效地燃燒除去非檢測對象的氣體，而使用多孔質體的γ-Al2 O3 等作為載體載持，在此多孔質體中設置具有數nm~數μm直徑的多數個細孔。在如此的細孔是藉由根據下記的式(2)的毛管凝縮來吸附水。另外，式(2)是「Kelvin的式」，在式(2)是將毛管的半徑設為rk (m)，表面張力設為γ(N/m)，液體(吸附的水)的分子量設為M(mol)，毛管壁與液體的接觸角度設為θ(度)，液體的比重設為ρ(kg/m3 )，氣體定數設為Rgas (J/mol‧K)，絶對溫度設為Ta (K)，蒸氣壓 與飽和蒸氣壓的相對壓設為P/P0 。
並且，取代圖2所示的結露檢測部7b而設有水分檢測部。水分檢測部是測定通電至加熱器層4的時間t1 內形成一定的溫度T，當此溫度T為高溼度檢測溫度T3 以下時，氣體檢測層6會檢測處於比通常的驅動狀態更高溼度的環境，而將檢測到高溼度環境的情形傳達給加熱器控制部7a。其一例可想像，當高溼度檢測溫度T3 是將加熱加熱器層4的目標溫度之加熱目標溫度T4 設為400℃~500℃的範圍時，考慮誤差等來對T4 設為-15℃~0℃的範圍。
而且，取代結露檢測電路10，設有水分檢測電路。此水分檢測電路的基本構成是與結露檢測電路10同樣，水分檢測電路之加熱器層4的溫度T(℃)的算出方法也形成與結露檢測電路10同樣。水分檢測電路是在微電腦控制電路7中構成可從水分檢測部傳達檢測到高溼度環境的情形給加熱器控制部7a。
在此，在通常的驅動環境中，在未通電至加熱器層4時(以下稱為「加熱器‧Off時」)是在選擇燃燒層6d的細孔吸附水，在通電至加熱器層4時(以下稱為「加熱器‧On時」)是吸附於選擇燃燒層6d的細孔的水會脫離，此脫離後的水是藉由蒸發來除去。因此，如此吸附後的水不會影響薄膜氣體感測器1的特性。然而，在高溼度環境 中，加熱器‧Off時吸附於選擇燃燒層6d的細孔的水的量會增加，在加熱器‧On時從選擇燃燒層6d的細孔脫離的水不會藉由蒸發來充分地除去而留下，藉由如此的加熱器‧Off時的動作及加熱器‧On時的動作的重複，此留下的水分(以下稱為「剩餘水分」)會蓄積。
參照圖12來說明本發明的第3實施形態的氣體檢測方法。
如圖12所示的流程圖那樣，以能夠加熱氣體檢測層6的方式，在時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S21)，在如此的通電狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，根據式(1)藉由計算來測定加熱器層4的溫度T，藉由計算來測定此溫度T與加熱目標溫度T4 的比之溫度回應性A(S22)。其次，判斷此溫度回應性A是否為高溼度檢測溫度回應性A2 以下(S23)。當溫度回應性A比高溼度檢測溫度回應性A2 大時，在選擇燃燒層6d的細孔吸附的水會藉由蒸發來除去，判斷成無異常(通常的驅動環境)(S24)，再度於時間t2 的期間對加熱器層4施加電壓而通電(S21)。另一方面，當溫度回應性A為高溼度檢測溫度回應性A2 以下時，在選擇燃燒層6d的細孔吸附的水不會藉由蒸發來充分地除去，存在剩餘水分，判斷成高溼度環境(S25)，而拉長對加熱器層4通電的時間，設為時間t2 ’(>t2 )(S26)，在時間t2 ’的期間對加熱器層4通電的狀態下，測定加熱器層4的電阻值R，而藉由計算來測定加熱器層4的溫度T，且藉由計算來測定此溫 度T與加熱目標溫度T4 的比之溫度回應性A(S22)。
若如以上那樣根據本發明的第3實施形態，則如在高溼度環境下那樣在利用加熱器層4的加熱後檢測氣體檢測層6的剩餘水分時，拉長對加熱器層4施加電壓而通電的通電時間t2 ，因此在一定時間內，往加熱器層4的通電時間會比剩餘水分檢測前更增加，藉此加熱氣體檢測層6的時間會增加。因此，附著於薄膜氣體感測器1的剩餘水分會提前充分蒸發，薄膜氣體感測器1可對應於剩餘水分附著那樣的高溼度環境來提前恢復至正常的狀態。所以，可將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
若根據本發明的第3實施形態，則藉由測定加熱器層4的電阻值R且測定加熱器層4的溫度T來進行剩餘水分的檢測，因此不需要用以檢測剩餘水分的水分感測器或溫度感測器等，薄膜氣體感測器1及氣體檢測裝置不會有因零件數量增加而大型化的情況，可一面維持設置容易且小型的構造，一面將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，謀求低耗費電力化，且防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
若根據本發明的第3實施形態，則薄膜氣體感測器1可藉由測定加熱器層4的溫度或電阻值之簡單的方法來提前且確實地檢測剩餘水分而除去剩餘水分，且可將往加熱器層4的電壓施加設為間歇性者，一面謀求低耗費電力化，一面防止誤檢測，而來提高氣體檢測的精度。
到目前為止敘述有關本發明的實施形態，但本發明並非限於已述的實施形態，可根據本發明的技術思想來實施各種的變形及變更。
例如，作為本發明的實施形態的變形例，亦可在第1實施形態及第2實施形態中檢測結露時，縮短通電至加熱器層4的週期的時間t1 ，設為時間t1 ’(<t1 )，而取代將通電至加熱器層4的時間t2 拉長成時間t2 ’。可取得與本發明的第1實施形態及第2實施形態同樣的效果。
[實施例1]
針對本發明的第1實施形態及第2實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法來說明實施例1。
在檢測結露前的狀態，將通電至加熱器層4的週期的時間t1 設為60s(秒)，將通電至薄膜氣體感測器1的加熱器層4的時間t2 設為100ms，將結露檢測溫度T1 設為395℃，將加熱目標溫度T2 設為400℃。在檢測結露時，將通電至加熱器層4的時間t2 ’設為10s。另外，檢測結露的手段及方法是第1實施形態及第2實施形態的手段及方法的其中任一個皆可。
一邊參照圖7一邊說明通電至實施例1的加熱器層4的時間與加熱器層4的溫度之關係。剛發生結露後的加熱器層4的溫度T是如以一點虛線B1 所示般，在發生結露狀態下開始通電之後20ms以後在100℃附近形成一定。然而，剛對加熱器層4通電時間t2 ’之後的加熱器層4的溫 度T是如以點線C1 所示般恢復至400℃，形成與以實線D1 所示之未發生結露的通常狀態同樣。這可想像是因為結露的水分蒸發。
一邊參照圖8一邊說明通電至實施例1的加熱器層4的時間與薄膜氣體感測器1的電阻值W之關係。剛發生結露之後的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以一點虛線B2所示般，在發生結露狀態下開始通電之後20ms以後在1E+3Ω(1×103 Ω)附近形成一定。然而，剛對加熱器層4通電時間t2 ’之後的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以點線C2 所示般恢復至1E+5Ω~1E+6Ω(1×105 Ω~1×106 Ω)之間的值，形成與以實線D2 所示之未發生結露的通常狀態同樣。
[實施例2]
說明本發明的第1實施形態及第2實施形態的氣體檢測裝置及氣體檢測方法的實施例2。
在檢測結露前的狀態，將通電至加熱器層4的週期的時間t1 設為60s(秒)，將通電至薄膜氣體感測器1的加熱器層4的時間t2 設為100ms，將結露檢測溫度T1 設為395℃，將加熱目標溫度T2 設為400℃。在檢測結露時，將通電至加熱器層4的週期的時間t1 ’設為1s。另外，檢測結露的手段及方法可為第1實施形態及第2實施形態的手段及方法的其中任一個。在如此的氣體檢測裝置及氣體檢測方法中，將時間t1 ’設為1s的週期之通電予以重複 40s後，可取得與實施例1同樣的結果。
[比較例]
說明氣體檢測裝置及氣體檢測方法的比較例。
在比較例中，經常將通電至薄膜氣體感測器1的加熱器層4的時間t2 設為100ms，將驅動週期t1 設為60s。
一邊參照圖9一邊說明通電至比較例的加熱器層4的時間與加熱器層4的溫度的關係。剛發生結露之後的加熱器層4的溫度T是如以一點虛線E1 所示般，在發生結露狀態下開始通電之後20ms以後在100℃附近形成一定。結露發生後30min(分)經過時的加熱器層4的溫度T是如以虛線F1 所示般，形成與剛發生結露之後同樣。此主要原因可想像是加熱器層4的熱被耗費在結露後的水分的蒸發。結露發生後35min經過時的加熱器層4的溫度T是如以二點虛線G1 所示般，即使開始通電之後50ms，也會像未發生結露的通常狀態那樣未上昇至400℃附近。結露發生後40min經過時的加熱器層4的溫度T是如以點線H1 所示般，開始通電之後50ms，恢復至400℃附近，形成與以實線I1 所示之未發生結露的通常狀態同樣。這可想像是因為結露的水分蒸發。
通電至比較例的加熱器層4的時間與加熱器層4的溫度回應性A的關係也是如圖10所示般，形成和通電至加熱器層4的時間與加熱器層4的溫度的關係同樣。在圖10中，以一點虛線E2 來表示剛發生結露之後的狀態，以虛 線F2 來表示結露發生後30min經過時的狀態，以二點虛線G2 來表示結露發生後35min經過時的狀態，以二點虛線G2 來表示結露發生後40min經過時的狀態，以實線I2 來表示未發生結露的通常狀態。
一邊參照圖11一邊說明通電至比較例的加熱器層4的時間與薄膜氣體感測器1的電阻值W的關係。
剛發生結露之後的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以一點虛線E3 所示般，在結露發生狀態下開始通電之後20ms以後，在氣體檢測電阻值W1 以下的範圍，在1E+3Ω(1×103 Ω)附近形成一定。結露發生後30min經過時的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以虛線F3 所示般，形成與剛發生結露之後同樣。結露發生後35min經過時的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以二點虛線G3 所示般，形成1E+4Ω~1E+5Ω(1×104 Ω~1×105 Ω)，形成接近氣體洩漏警報的臨界值之氣體檢測電阻值W1 的值。結露發生後40min經過時的薄膜氣體感測器1的電阻值W是如以點線H3 所示般，恢復至1E+5Ω~1E+6Ω(1×105 Ω~1×106 Ω)之間的值，形成與以實線I3 所示之未發生結露的通常狀態同樣。
如以上般，若對比實施例1、實施例2及比較例，則在實施例1及實施例2中，因為結露短時間蒸發，所以氣體檢測層6的電阻值W難被檢測出像比較例那樣接近氣體洩漏的警報的臨界值之氣體檢測電阻值W1 的值。因此，難發生氣體洩漏的誤警報。
1‧‧‧薄膜氣體感測器
4‧‧‧加熱器層
6‧‧‧氣體檢測層
7a‧‧‧加熱器控制部
7b‧‧‧結露檢測部
7c‧‧‧都市瓦斯檢測部
7d‧‧‧CO氣體檢測部
t，t1 ，t1 ’，t2 ，t2 ’，t3 ‧‧‧時間
V，V1 ‧‧‧電壓
T‧‧‧溫度
T0 ‧‧‧基準溫度
T1 ‧‧‧結露檢測溫度
T2 ，T4 ‧‧‧加熱目標溫度
T3 ‧‧‧高溼度檢測溫度
R‧‧‧電阻值
R0 ‧‧‧基準電阻值
W‧‧‧電阻值
W1 ‧‧‧氣體檢測電阻值
A‧‧‧溫度回應性
A1 ‧‧‧結露檢測溫度回應性
A2 ‧‧‧高溼度檢測溫度回應性
α‧‧‧電阻溫度係數
rk ‧‧‧毛管的半徑
γ‧‧‧表面張力
M‧‧‧液體(吸附的水)的分子量
θ‧‧‧毛管壁與液體的接觸角度
ρ‧‧‧液體(吸附的水)的比重
Rgas ‧‧‧氣體定數
Ta ‧‧‧絶對溫度
P/P0 ‧‧‧蒸氣壓與飽和蒸氣壓的相對壓
B1 ，B2 ‧‧‧一點虛線
C1 ，C2 ‧‧‧點線
D1 ，D2 ‧‧‧實線
E1 ~E3 ‧‧‧一點虛線
F1 ~F3 ‧‧‧虛線
G1 ~G3 ‧‧‧二點虛線
H1 ~H3 ‧‧‧點線
I1 ~I3 ‧‧‧實線
圖1是表示本發明的第1實施形態的薄膜氣體感測器的概略剖面圖。
圖2是本發明的第1實施形態的氣體檢測裝置的方塊圖。
圖3是表示在本發明的第1實施形態中，間歇性地施加於加熱器層的電壓的圖表。
圖4是表示從外部加熱薄膜氣體感測器的溫度與加熱器層的電阻值的關係的圖表。
圖5是表示本發明的第1實施形態的氣體檢測的流程圖。
圖6是表示本發明的第2實施形態的氣體檢測的流程圖。
圖7是表示在實施例1中，通電至加熱器層的時間與加熱器層的溫度的關係的圖表。
圖8是表示在實施例1中，通電至加熱器層的時間與薄膜氣體感測器的電阻值的關係的圖表。
圖9是表示在比較例中，通電至加熱器層的時間與加熱器層的溫度的關係的圖表。
圖10表示在比較例中，通電至加熱器層的時間與加熱器層的溫度回應性的關係的圖表。
圖11是表示在比較例中，通電至加熱器層的時間與薄膜氣體感測器的電阻值的關係的圖表。
圖12是表示本發明的第3實施形態的氣體檢測的流程圖。
1‧‧‧薄膜氣體感測器
6‧‧‧氣體檢測層
4‧‧‧加熱器層
11‧‧‧氣體檢測電路
10‧‧‧結露檢測電路
8‧‧‧加熱器控制電路
9‧‧‧電源電路
7‧‧‧微電腦控制電路
7a‧‧‧加熱器控制部
7b‧‧‧結露檢測部
7c‧‧‧都市瓦斯檢測部
7d‧‧‧CO氣體檢測部
7e‧‧‧顯示控制部
7f‧‧‧警報音控制部
7g‧‧‧外部輸出控制部
12‧‧‧警報顯示電路
13‧‧‧警報音輸出電路
14‧‧‧外部輸出電路
15‧‧‧外部記憶電路

Claims (14)

  1. 一種氣體檢測裝置，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有用以檢測前述氣體檢測層的結露之結露檢測部，當前述結露檢測部檢測到前述氣體檢測層的結露時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體檢測裝置，其中，前述結露檢測部係構成測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露。
  3. 如申請專利範圍第1項之氣體檢測裝置，其中，前述結露檢測部係構成在前述預定的通電時間內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預 定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之氣體檢測裝置，其中，前述結露檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此構成測定前述加熱器層的溫度。
  5. 一種氣體檢測裝置，係具備：感測器元件，其係具有：藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層、及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層；加熱器控制部，其係為了加熱前述氣體檢測層，而以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓，通電預定的通電時間；及氣體檢測部，其係根據藉由前述加熱器層所加熱的前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體，其特徵為：設有水分檢測部，其係檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留在前述氣體檢測層的水分，當前述水分檢測部檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，將往前述加熱器層的通電時間控制成比前述預定的通電時間長，或將通電至前述加熱器層的週期控制成比前述預定的週期短。
  6. 如申請專利範圍第5項之氣體檢測裝置，其中，前 述水分檢測部係構成在前述預定的通電時間內的預定的時間測定前述加熱器層的溫度，當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分。
  7. 如申請專利範圍第6項之氣體檢測裝置，其中，前述水分檢測部係構成測定前述加熱器層的電阻值，由前述預定的時間內測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度，藉此測定前述加熱器層的溫度。
  8. 一種氣體檢測方法，係利用具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在加熱前述氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測前述氣體檢測層的結露之步驟；及當檢測到前述氣體檢測層的結露時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項之氣體檢測方法，其中，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內形成一定的前述加熱器層的溫度之步驟；及 當前述測定的加熱器層的溫度為預定的溫度以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟。
  10. 如申請專利範圍第8項之氣體檢測方法，其中，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測前述氣體檢測層的結露之步驟。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之氣體檢測方法，其中，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含：在前述預定的時間內測定前述加熱器層的電阻值之步驟；及由測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步驟。
  12. 一種氣體檢測方法，係利用具有藉由與氣體的接觸而電氣特性變化的氣體檢測層及可加熱前述氣體檢測層的加熱器層之感測器元件，在以預定的週期來間歇性地對前述加熱器層施加電壓而通電預定的通電時間，藉此在加熱前述氣體檢測層的狀態下，根據前述氣體檢測層的電氣特性來檢測氣體之氣體檢測方法，其特徵係包含：檢測利用前述加熱器層之前述氣體檢測層的加熱後留 在前述氣體檢測層的水分之步驟；及當檢測到留在前述氣體檢測層的水分時，使往前述加熱器層的通電時間比前述預定的通電時間長，或使通電至前述加熱器層的週期比前述預定的週期短之步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之氣體檢測方法，其中，檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟包含：測定前述預定的通電時間內的前述加熱器層的溫度在預定的時間前述加熱器層的溫度之步驟；及當前述測定的加熱器層的溫度與前述加熱器層的加熱目標溫度的比之溫度回應性為預定的比例以下時，檢測留在前述氣體檢測層的水分之步驟。
  14. 如申請專利範圍第13項之氣體檢測方法，其中，測定前述加熱器層的溫度之步驟包含：在前述預定的時間內測定前述加熱器層的電阻值之步驟；及由測定的前述加熱器層的電阻值、及預先求取的前述加熱器層的電阻溫度係數、基準溫度、以及前述基準溫度的前述加熱器層的電阻值來算出前述加熱器層的溫度之步驟。
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