WO2021172592A1 - ガス検出装置 - Google Patents

ガス検出装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021172592A1
WO2021172592A1 PCT/JP2021/007759 JP2021007759W WO2021172592A1 WO 2021172592 A1 WO2021172592 A1 WO 2021172592A1 JP 2021007759 W JP2021007759 W JP 2021007759W WO 2021172592 A1 WO2021172592 A1 WO 2021172592A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
chamber
detection device
case body
gas detection
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/007759
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康仁 萩原
Original Assignee
太陽誘電株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 太陽誘電株式会社 filed Critical 太陽誘電株式会社
Priority to JP2022503391A priority Critical patent/JPWO2021172592A1/ja
Publication of WO2021172592A1 publication Critical patent/WO2021172592A1/ja
Priority to US17/893,089 priority patent/US11754528B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/021—Gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0255—(Bio)chemical reactions, e.g. on biosensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0426—Bulk waves, e.g. quartz crystal microbalance, torsional waves

Definitions

  • the present invention relates to a highly sensitive gas detector.
  • the conventional high-sensitivity gas detection device it is common to arrange a plurality of sensor elements to identify the gas molecular species. Further, in order to allow the target gas to flow in, it is common to forcibly transport the gas to the sensor element by using a fan, a pump, or the like (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the detection gas When transporting the detection gas to a plurality of sensor elements, the detection gas may be transported unevenly depending on the position of the sensor element, and a detection error may occur due to the position of the sensor element. Further, when the reference gas and the detection gas are selectively transported by using the pumps, it is necessary to arrange a plurality of pumps, but the gas transported to the sensor element is uniformly transported depending on the pump positions. It may end up. When a plurality of sensor elements and pumps are arranged as described above, the arrangement of each is complicated, and there is a possibility that the airtightness is deteriorated and the assembly man-hours are increased.
  • an object of the present invention is to provide a gas detection device capable of uniformly supplying gas to a plurality of sensor elements.
  • the gas detection device includes a casing and a plurality of sensor elements.
  • the casing includes a gas introduction portion having an introduction port, a first chamber communicating with the introduction port, a second chamber communicating with the first chamber, and the first chamber to the second chamber. It has a throttle portion that limits the flow of gas to the chamber and a gas discharge portion that communicates with the second chamber.
  • the plurality of sensor elements are arranged in the second chamber and have different detection sensitivities depending on the gas type.
  • the casing has a wiring board having a first main surface on which the plurality of sensor elements are mounted, and a case body attached to the peripheral edge of the first main surface so as to maintain airtightness.
  • the first chamber and the second chamber may be partitioned between the wiring board and the case body.
  • the gas introduction section may be provided on the wiring board, and the gas discharge section may be provided on the case body.
  • the wiring board further has a second main surface opposite to the first main surface, and the gas introduction unit may include a pump element mounted on the second main surface.
  • the case body includes an opening end portion fixed to the first main surface, a first bottom surface facing the first main surface and formed at a first depth from the opening end portion, and the above. It may have a second bottom surface that faces the first main surface and is formed at a second depth that is shallower than the first depth from the opening end. In this case, the difference between the first depth and the second depth may be less than half of the first depth.
  • the case body has a bottom portion facing the first main surface, and the throttle portion may be a wall-shaped protrusion erected on the bottom portion or the first main surface.
  • the casing is attached to a first case body having a gas introduction space including the first chamber and the second chamber, and a second case body attached to the first case body to block the gas introduction space.
  • the case main body and the plurality of sensor elements may be arranged in the first case main body or the second case main body.
  • the first case body includes an open end fixed to the second case body, a first bottom surface formed at a first depth from the open end, and the first from the open end. It may have a second bottom surface formed at a second depth that is shallower than the depth of 1. In this case, the difference between the first depth and the second depth may be less than half of the first depth.
  • the gas discharge section may have a flow path cross-sectional area smaller than that of the second chamber.
  • the present invention it is possible to uniformly supply gas to a plurality of sensor elements, and it is possible to improve the measurement accuracy of the gas detection device.
  • FIG. 2 (A)-(C) It is a perspective view of the gas detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the internal structure of the gas detection device, (A) is a plan view which shows the inside of a case body, (B) is a side sectional view of a gas detection device, (C) is a plan view of the inside of a wiring board. be. It is a schematic diagram which shows the gas flow in each part shown by FIG. 2 (A)-(C) by the white arrow. It is the same schematic diagram as FIG. 3 about the gas detection apparatus which concerns on a comparative example.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the internal structure of the gas detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention
  • (A) is the plan view which shows the inside of the case body
  • (B) is the side sectional view of the gas detection apparatus
  • (C) Is a plan view of the inside of the wiring board. It is a side sectional view which shows the internal structure of the gas detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is a side sectional view which shows the internal structure of the gas detection apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a gas detection device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis indicate three axial directions that are orthogonal to each other, and here, the horizontal (short side) direction, the vertical (long side) direction, and the height (thickness) of the gas detection device 100.
  • the gas detection device 100 of the present embodiment includes a casing 10 and a plurality of sensor elements 11 capable of detecting the type of gas introduced into the casing 10.
  • the casing 10 has a wiring board 1 and a case body 2, and is configured by combining these.
  • 2A and 2B are views showing the internal structure of the gas detection device 100
  • FIG. 2A is a plan view showing the inside of the case body 2
  • FIG. 2B is a side sectional view of the gas detection device 100
  • FIG. 2C is a wiring board. It is a top view of the inside of 1.
  • the wiring board 1 has a first main surface 1a on which a plurality of sensor elements 11 are mounted, and a second main surface 1b on the opposite side thereof.
  • the first main surface 1a is an inner main surface facing the case body 2, and the second main surface 1b is an outer main surface exposed to the outside.
  • the wiring board 1 is a rectangular board having a long side in the Y-axis direction, and is typically a double-sided wiring board having wiring layers formed on a first main surface 1a and a second main surface 1b. ..
  • the wiring board 1 is typically a glass epoxy substrate, but other substrates having rigid properties such as a ceramic substrate and a metal substrate can be adopted.
  • the case body 2 has a substantially rectangular parallelepiped shape in which one surface parallel to the XY plane is removed to form an opening.
  • the case body 2 has a peripheral wall portion 2s and a bottom portion 2b that partition the gas introduction space 20.
  • the peripheral wall portion 2s has an open end portion 2a which is an end portion forming an opening of the case main body 2.
  • the open end portion 2a is fixed to the peripheral edge portion of the first main surface 1a of the wiring board 1 so as to maintain airtightness.
  • the bottom portion 2b is located at a position facing the first main surface 1a of the wiring board 1. In this way, the gas introduction space 20 is formed between the wiring board 1 and the case body 2.
  • the case body 2 is fixed to the wiring board 1 by a plurality of screw members.
  • a seal member packing or the like (not shown) between the first main surface 1a of the wiring board 1 and the open end 2a of the case body 2, the wiring board 1 and the case body 2 are airtight. Sex is ensured.
  • the case body 2 is, for example, an injection molded body made of a synthetic resin material.
  • the type of resin material is not particularly limited, and is, for example, polytetrafluoroethylene.
  • the casing 10 has a gas introduction unit 12, a gas introduction space 20, and a gas discharge unit 23.
  • the gas introduction unit 12 is provided on the wiring board 1, and the gas introduction space 20 and the gas discharge unit 23 are provided on the case body 2.
  • the gas introduction unit 12 includes a pair of introduction ports 16 and 17 bored in the wiring board 1 and pump elements 6 and 7 arranged at each introduction port.
  • the introduction ports 16 and 17 are holes that penetrate the wiring board 1 in the thickness direction thereof.
  • the shapes of the introduction ports 16 and 17 are not limited to the rectangular shape shown in the figure, and may be circular.
  • the pump elements 6 and 7 are connected to a gas source (not shown), and deliver gas from the gas source to the gas introduction space 20.
  • the types of the pump elements 6 and 7 are not particularly limited, and in the present embodiment, for example, a motor type or piezo type microdiaphragm pump mounted on the second main surface 1b of the wiring board 1.
  • gas introduction units 12 are provided, but the number of gas introduction units 12 may be singular or three or more.
  • One gas introduction section 12 (6, 16) is a gas introduction section for the reference gas
  • the other gas introduction section 12 (7, 17) is a gas introduction section for the detection target gas.
  • the reference gas is typically dry air.
  • the gas to be detected is appropriately selected according to the specifications and applications, and examples thereof include CO 2 , C 6 H 6 , CO, NH 3 , and O 2 .
  • each gas introduction portion 12 is not particularly limited, but in the present embodiment, as shown in FIG. It is provided so as to be adjacent to each other.
  • the gas introduction unit 12 is not limited to the example provided on the wiring board 1, and may be provided on the case body 2.
  • the gas introduction space 20 is divided into a first chamber 21 and a second chamber 22.
  • the first chamber 21 is provided at a position directly below the gas introduction unit 12 so as to communicate with the introduction ports 16 and 17 of the gas introduction unit 12.
  • the second chamber 22 is provided between the first chamber 21 and the gas discharge unit 23 so as to communicate with the first chamber 22.
  • the case body 2 has a first bottom surface 211 formed at a depth D1 from an opening end 2a facing the first main surface 1a of the wiring board 1, and a first main surface 1a of the wiring board 1. It has a second bottom surface 221 formed at a second depth D2 facing the open end 2a and shallower than the first depth D1.
  • the first chamber 21 is a space between the first main surface 1a and the first bottom surface 211
  • the second chamber 22 is between the first main surface 1a and the second bottom surface 221. It is the space part of.
  • a step portion 24 is formed between the first bottom surface 211 and the second bottom surface 221. The step portion 24 is formed at the boundary between the first chamber 21 and the second chamber 22.
  • the step portion 24 is provided so as to extend in the lateral direction (X-axis direction) between the gas introduction portion 12 and the gas discharge portion 23 when viewed from the wiring board 1 side.
  • the step portion 24 is a wall surface extending in the vertical direction from the bottom portion 2b of the case main body 2 toward the wiring board 1, and constitutes a throttle portion that limits the flow path of the gas flowing from the first chamber 21 to the second chamber 22. do.
  • the height (D1-D2) of the step 24, which is the difference between the first depth D1 and the second depth D2, is not particularly limited, but the second chamber of the gas introduced into the first chamber 21 is not particularly limited. It is formed at an appropriate height that can limit the inflow to 22. In the present embodiment, the height of the step portion 24 is set to a size corresponding to less than half the depth of the first chamber 21.
  • the gas discharge unit 23 is a through hole formed in the side wall of the case body 2 on the other side (+ Y direction side) in the vertical direction so as to communicate with the second chamber 22.
  • the gas discharge unit 23 has a flow path cross-sectional area smaller than that of the second chamber 22.
  • the flow path cross-sectional area is the area of the flow path perpendicular to the gas flow direction.
  • the shape of the gas discharge unit 23 is not particularly limited, and may be rectangular, circular, oval, or the like. Further, the gas discharge unit 23 may be a set of a plurality of through holes.
  • the plurality of sensor elements 11 have different detection sensitivities depending on the gas type, and are, for example, QCM (Quartz Crystal Microbalance).
  • the QCM is a mass sensor that measures a minute mass change by utilizing the property that the resonance frequency fluctuates (decreases) according to the mass of the substance (gas) to be detected when the substance (gas) to be detected adheres to the electrode surface of the crystal oscillator.
  • the sensor element 11 is not limited to the example composed of a QCM sensor, and may be composed of a semiconductor sensor capable of detecting a specific gas type.
  • the plurality of sensor elements 11 are mounted on the first main surface 1a of the wiring board 1 facing the gas introduction space 20.
  • Each sensor element 11 is provided with a sensitive film for adsorbing a detection target gas on the electrode surface of the crystal oscillator.
  • This sensitive film is made of a different material for each sensor element 11. In the present embodiment, eight sensor elements 11 are provided, and a different sensitive film is used for each sensor element 11, so that eight types of gases can be detected.
  • the example is not limited to the example in which one type of gas is detected by one sensor element 11, and one type of gas may be detected by a plurality of sensor elements 11. Further, one sensor element 11 may be configured to be able to detect a plurality of types of gases. In this case, it is preferable to use a sensitive film having different sensitivities depending on the gas type.
  • the plurality of sensor elements 11 are arranged in a region on the first main surface 1a of the wiring board 1 and facing the second chamber 22.
  • the layout is not limited to this.
  • the number of sensor elements 11 is not limited to eight, and can be arbitrarily set according to the number of gas types to be detected.
  • a temperature sensor 14 and a humidity sensor 15 are mounted on the first main surface 1a of the wiring board 1, respectively.
  • the mounting area of the temperature sensor 14 and the humidity sensor 15 is not particularly limited, and in the present embodiment, the temperature sensor 14 and the humidity sensor 15 are arranged in an arbitrary area between the sensor element 11 and the gas discharge unit 23.
  • the humidity sensor 15 may be used as, for example, a water vapor detection sensor.
  • a thermistor can be applied to the temperature sensor 14, and a QCM sensor provided with a sensitive film having an adsorptivity to water vapor can be applied to the humidity sensor 15, for example. At least one of the temperature sensor 14 and the humidity sensor 15 may be omitted if necessary.
  • the control board 50 is installed on the second main surface 1b side of the wiring board 1.
  • a power supply circuit and a signal processing circuit are connected to the control board 50.
  • the control board 50 is electrically connected to the wiring board 1, and supplies necessary power to the sensor elements 11, the pump elements 6, 7, the temperature sensor 14, and the humidity sensor 15 via the wiring layer on the wiring board 1. do.
  • the signal processing circuit detects the presence / absence, type, amount, etc. of the gas to be detected in the gas introduction space 20 based on the outputs of each sensor element 11, the temperature sensor 14, and the humidity sensor 15.
  • other electronic components for example, drive circuits of pump elements 6 and 7 may be mounted on the control board 50.
  • the pump element 6 for introducing the reference gas is driven to introduce the reference gas into the gas introduction space 20, and the output of each sensor element 11 is calibrated.
  • the drive of the pump element 6 is stopped, and the pump element 7 for introducing the detection target gas is driven to introduce the detection target gas into the gas introduction space 20.
  • the detection target gas to be introduced is typically a gas detected by any one of the plurality of sensor elements 11, but of course, any other gas may be used.
  • the gas to be detected is also simply referred to as gas.
  • 3 (A) to 3 (C) are schematic views showing the gas flow in each portion shown in FIGS. 2 (A) to 2 (C) with white arrows.
  • the gas introduced from the gas introduction unit 12 into the first chamber 21 is restricted from flowing into the second chamber 22 by the step portion 24, and as a result, the gas is first. It diffuses isotropically in the chamber 21 of 1 in a turbulent state. That is, the step portion 24 functions as a throttle formed between the first chamber 21 and the second chamber 22, and the gas introduced into the first chamber 21 is a second chamber in a laminar flow state. It flows into the chamber 22.
  • the gas introduced into the first chamber 21 can be uniformly supplied over the entire area of the second chamber 22, regardless of the position of the gas introduction unit 12. Further, since the gas introduction portion 12 is provided on the wiring board 1 so as to face the bottom portion (first bottom surface 211) of the first chamber 22, the gas diffusion effect in the first chamber 21 can be further enhanced. Can be done.
  • the gas that has flowed into the second chamber 22 flows toward the gas discharge unit 23 along the first main surface 1a of the wiring board 1 on which the plurality of sensor elements 11 are mounted. Since the gas discharge unit 23 has a smaller flow path cross-sectional area than the second chamber 22, the pressure of the gas in the second chamber 22 is higher than that on the outlet side of the gas discharge unit 23. As a result, the gas detection sensitivity of the sensor element 11 can be improved. Further, since the gas flowing into the second chamber 22 flows toward the gas discharge unit 23 in a laminar flow state, the gas is uniformly supplied to the plurality of sensor elements 11 on the wiring board 1. As a result, highly accurate gas detection operation can be realized regardless of the position of the sensor element 11.
  • FIGS. 4 (A) to 4 (C) the gas flow when the gas introduction space 20 has no step portion 24 and the gas discharge portion 23 is formed with the same width and height as the gas introduction space is shown in FIGS. 4 (A) to 4 (C). Is schematically shown in.
  • the gas introduction space 20 does not have a step portion 24 (see FIG. 3) that functions as a throttle portion, the flow rate of gas in the gas introduction space 20 is close to that of the gas introduction portion 12 (7, 17).
  • the area tends to increase, and the area tends to decrease as the distance from the gas introduction section 12 (7, 17) increases. For this reason, the gas does not uniformly contact the sensor element 11, so that the detection sensitivity varies depending on the position of the sensor element 11, and the gas detection accuracy may decrease.
  • the gas can be uniformly transported to the plurality of sensor elements 11 having different detection sensitivities depending on the gas type, so that the gas introduction position and the gas introduction position can be determined.
  • Highly accurate gas detection operation can be performed regardless of the position of the sensor element. This makes it possible to identify the introduced gas and detect the amount thereof with high accuracy.
  • FIG. 5A and 5B show the configuration of the gas detection device 200 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5A is a plan view showing the inside of the case body 2
  • FIG. 5B is a side cross section of the gas detection device 200
  • FIG. 6C is a plan view of the inside of the wiring board 1.
  • the first and second chambers 21 and 22 constituting the gas introduction space 20 are both formed to have the same depth, and the first and second chambers are used as throttle portions. It differs from the first embodiment in that a wall-shaped protrusion 25 is provided between the chambers 21 and 22.
  • the wall-shaped protrusion 25 is erected on the bottom 2b of the case body 2 so as to extend linearly in the lateral direction (X-axis direction), and is a first chamber. It forms the boundary between 21 and the second chamber 22.
  • the height of the wall-shaped protrusion 25 is not particularly limited, but is formed to an appropriate height that can limit the inflow of the gas introduced into the first chamber 21 into the second chamber 22. In the present embodiment, the height of the wall-shaped protrusion 25 is set to a size corresponding to less than half the depth of the first chamber 21.
  • the width of the wall-shaped protrusion 25 (width dimension along the Y-axis direction) is also not particularly limited.
  • the gas detection device 200 of the present embodiment configured as described above can also obtain the same effects as those of the first embodiment described above. According to the present embodiment, the above-mentioned effects can be obtained only by forming the wall-shaped protrusions 25 on the inner surface of the bottom 2b of the case body 2, so that the amount of materials constituting the case body 2 can be reduced. can.
  • the wall-shaped protrusion 25 is erected on the bottom 2b of the case body 2
  • the present invention is not limited to this.
  • the wall-shaped protrusion 25 may be erected on the first main surface 1a of the wiring board 1, and in this case as well, the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing the configuration of the gas detection device 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • configurations different from those of the first embodiment will be mainly described, and the same configurations as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the structure of the casing 310 forming the gas introduction space 20 is different from that of the first embodiment described above.
  • the first case main body 2A and the second case main body 2B are combined and configured.
  • the first case main body 2A corresponds to the case main body 2 in the first embodiment, and has a peripheral wall portion 2s and a bottom portion 2b for partitioning the gas introduction space 20, and a gas discharge portion 23.
  • the open end 2a which is the end of the peripheral wall 2s, is airtightly fixed to the second case body 2B.
  • the bottom portion 2b has a first bottom surface 211 formed from the opening end portion 2a to the first depth D1 and a second bottom surface 221 from the opening end portion 2a, as in the first embodiment.
  • the gas introduction space 20 is divided into a first chamber 21 and a second chamber 22.
  • the first chamber 21 is a gap between the second case body 2B and the first bottom surface 211
  • the second chamber 22 is between the second case body 2B and the second bottom surface 221. It is a gap part of.
  • a step portion 24 is provided between the first bottom surface 211 and the second bottom surface 221 to form a boundary between the first chamber 21 and the second chamber 22.
  • the height (D1-D2) of the step portion 24, which is the difference between the first depth D1 and the second depth D2, has a size corresponding to, for example, half or less of the depth of the first chamber 21.
  • the second case body 2B is attached to the open end 2a of the first case body 2A and closes the gas introduction space 20.
  • the second case body 2B is made of the same material as the first case body 2A, and in the present embodiment, is made of a molded product made of a synthetic resin material.
  • the second case body 2B has an accommodating portion 8 accommodating a wiring board 1 on which a plurality of sensor elements 11 are mounted.
  • the accommodating portion 8 is a through hole formed in the second case body 2B in the thickness direction (Z-axis direction), and the wiring board 1 has a plurality of sensor elements 11 facing the second bottom surface portion 221. It is airtightly fixed to the accommodating portion 8. As a result, the plurality of sensor elements 11 are arranged in the second chamber 22.
  • the second case body 2B has a pair of introduction ports 16 and 17 for accommodating the pump elements 6 and 7.
  • the pair of introduction ports 16 and 17 are through holes formed in the second case body 2B in the thickness direction (Z-axis direction), and the pump elements 6 and 7 face the first bottom surface portion 211. It is airtightly fixed to a pair of inlets 16 and 17, respectively.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the pump elements 6 and 7 are arranged directly not on the wiring board 1 but on the gas inlets 16 and 17. Further, the pump elements 6 and 7 are electrically connected to, for example, a drive circuit mounted on the control board 50 (see FIG. 1).
  • the gas detection device 300 of the present embodiment configured as described above can also obtain the same effects as those of the above-described embodiments.
  • the casing 310 is composed of the first case body 2A and the second case body 2B, the strength of the casing 310 can be improved, and a wiring board on which a plurality of sensor elements 11 are mounted can be improved. It is possible to reduce the size of 1.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing the configuration of the gas detection device 300 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • configurations different from those of the third embodiment will be mainly described, and the same configurations as those of the third embodiment will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the gas detection device 400 of the present embodiment is different from the above-described third embodiment in that the wiring board 1 on which the plurality of sensor elements 11 are mounted is arranged in the first case main body 2A.
  • the first case main body 2A has an accommodating portion 9 accommodating a wiring board 1 on which a plurality of sensor elements 11 are mounted.
  • the accommodating portion 9 is a through hole formed in the first case body 2A in the thickness direction (Z-axis direction), and the wiring board 1 has a plurality of sensor elements 11 arranged in the second chamber 22. It is airtightly fixed to the accommodating portion 9.
  • the pump elements 6 and 7 are arranged in the second case body 2B, but the present invention is not limited to this, and the pump elements 6 and 7 may be arranged in the first case body 2A in the same manner as the wiring board 1.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

【課題】複数個のセンサへ均一にガスを供給することが可能なガス検出装置を提供すること。 【解決手段】本発明の一形態に係るガス検出装置は、ケーシングおよび複数のセンサ素子を具備する。上記ケーシングは、導入口を有するガス導入部と、上記導入口に連通する第１のチャンバと、上記第１のチャンバと連通する第２のチャンバと、上記第１のチャンバから上記第２のチャンバへのガスの流れを制限する絞り部と、上記第２のチャンバに連通するガス排出部と、を有する。上記複数のセンサ素子は、上記第２のチャンバ内に配置され、ガス種に応じて異なる検出感度を有する。

Description

ガス検出装置
　本発明は、高感度のガス検出装置に関するものである。
　従来の高感度ガス検出装置では、複数個のセンサ素子を配置して、ガス分子種を同定するのが一般的である。また対象となるガスを流入させるために、ファンやポンプなどを用いて、強制的にセンサ素子へガスを運搬するのも一般的である（例えば特許文献１および２参照）。
特開２０１８－１５５５７６号公報 実用新案登録第３０９４４１５号公報
　検出ガスを複数個のセンサ素子へ運搬するうえで、センサ素子の位置により不均一に運搬されてしまい、センサ素子の位置起因による検出誤差が発生することがある。また、ポンプを利用して基準ガスおよび検出ガスを選択的に運搬する場合、複数個のポンプを配置する必要があるが、それらのポンプ位置によってセンサ素子に運搬されるガスが不均一に運搬されてしまうことがある。
　上述したようにセンサ素子およびポンプを複数個配置する場合、それぞれの配置が複雑になり、気密性の悪化や組み立て工数が増えてしまうおそれもある。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、複数個のセンサ素子へ均一にガスを供給することが可能なガス検出装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るガス検出装置は、ケーシングおよび複数のセンサ素子を具備する。
　上記ケーシングは、導入口を有するガス導入部と、上記導入口に連通する第１のチャンバと、上記第１のチャンバと連通する第２のチャンバと、上記第１のチャンバから上記第２のチャンバへのガスの流れを制限する絞り部と、上記第２のチャンバに連通するガス排出部と、を有する。上記複数のセンサ素子は、上記第２のチャンバ内に配置され、ガス種に応じて異なる検出感度を有する。
　上記ケーシングは、上記複数のセンサ素子が搭載される第１の主面を有する配線基板と、上記第１の主面の周縁部に気密性を保つように取り付けられたケース本体とを有し、上記第１のチャンバおよび上記第２のチャンバは、上記配線基板と上記ケース本体との間に区画されてもよい。
　上記ガス導入部は、上記配線基板に設けられ、上記ガス排出部は、上記ケース本体に設けられてもよい。
　上記配線基板は、上記第１の主面とは反対側の第２の主面をさらに有し、上記ガス導入部は、上記第２の主面に搭載されたポンプ素子を含んでもよい。
　上記ケース本体は、上記第１の主面に固定される開口端部と、上記第１の主面に対向し上記開口端部から第１の深さで形成された第１の底面と、上記第１の主面に対向し上記開口端部から上記第１の深さよりも浅い第２の深さで形成された第２の底面とを有してもよい。
　この場合、上記第１の深さと上記第２の深さとの差は、上記第１の深さの半分以下の大きさであってもよい。
　上記ケース本体は、上記第１の主面に対向する底部を有し、上記絞り部は、上記底部または上記第１の主面に立設される壁状突起部であってもよい。
　上記ケーシングは、上記第１のチャンバと上記第２のチャンバとを含むガス導入空間を有する第１のケース本体と、上記第１のケース本体に取り付けられ、上記ガス導入空間を閉塞する第２のケース本体と、を有し、上記複数のセンサ素子は、上記第１のケース本体または上記第２のケース本体に配置されてもよい。
　上記第１のケース本体は、上記第２のケース本体に固定される開口端部と、上記開口端部から第１の深さで形成された第１の底面と、上記開口端部から上記第１の深さよりも浅い第２の深さで形成された第２の底面とを有してもよい。
　この場合、上記第１の深さと上記第２の深さとの差は、上記第１の深さの半分以下の大きさであってもよい。
　上記ガス排出部は、上記第２のチャンバよりも小さい流路断面積を有してもよい。
　本発明によれば、複数個のセンサ素子へ均一にガスを供給することが可能になり、ガス検出装置の測定精度を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態に係るガス検出装置の斜視図である。 上記ガス検出装置の内部構造を示す図であり、（Ａ）はケース本体の内部を示す平面図、（Ｂ）はガス検出装置の側断面図、（Ｃ）は配線基板の内側の平面図である。 図２（Ａ）～（Ｃ）に示した各部分におけるガスの流れを白抜き矢印で示した模式図である。 比較例に係るガス検出装置についての図３と同様な模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るガス検出装置の内部構造を示す図であり、（Ａ）はケース本体の内部を示す平面図、（Ｂ）はガス検出装置の側断面図、（Ｃ）は配線基板の内側の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るガス検出装置の内部構造を示す側断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るガス検出装置の内部構造を示す側断面図である。
　以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
　［ガス検出装置の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るガス検出装置１００の斜視図である。図においてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、ここでは、ガス検出装置１００の横（短辺）方向、縦（長辺）方向および高さ（厚み）方向にそれぞれ相当する。本実施形態のガス検出装置１００は、ケーシング１０と、ケーシング１０内に導入されたガスの種類を検出可能な複数のセンサ素子１１とを備える。
　ケーシング１０は、配線基板１と、ケース本体２とを有し、これらを組み合わせて構成される。図２は、ガス検出装置１００の内部構造を示す図であり、（Ａ）はケース本体２の内部を示す平面図、（Ｂ）はガス検出装置１００の側断面図、（Ｃ）は配線基板１の内側の平面図である。
　配線基板１は、複数のセンサ素子１１が搭載される第１の主面１ａと、その反対側の第２の主面１ｂとを有する。第１の主面１ａは、ケース本体２と対向する内側の主面であり、第２の主面１ｂは、外部へ露出する外側の主面である。
　配線基板１は、Ｙ軸方向を長辺とする矩形の基板であり、典型的には、第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂに形成された配線層を有する両面配線基板である。配線基板１は、典型的には、ガラスエポキシ基板であるが、これ以外にも、セラミック基板やメタル基板等の他のリジッド性を有する基板が採用可能である。
　ケース本体２は、略直方体の形状のうちＸ-Ｙ面に平行な１つの面が取り除かれて開口をなす形状のものである。ケース本体２は、ガス導入空間２０を区画する周壁部２ｓと底部２ｂとを有する。周壁部２ｓは、ケース本体２の開口をなす端部である開口端部２ａを有する。開口端部２ａは、配線基板１の第１の主面１ａの周縁部に気密性を保つように固定される。底部２ｂは、配線基板１の第１の主面１ａと対向する位置にある。こうして、配線基板１とケース本体２との間にガス導入空間２０が形成される。
　本実施形態においてケース本体２は、複数のねじ部材によって配線基板１と固定される。配線基板１の第１の主面１ａとケース本体２の開口端部２ａとの間に図示しないシール部材（パッキンなど）が配置されることで、配線基板１とケース本体２との間の気密性が確保される。ケース本体２は、例えば、合成樹脂材料の射出成型体である。樹脂材料の種類は特に限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレンである。
　ケーシング１０は、ガス導入部１２と、ガス導入空間２０と、ガス排出部２３とを有する。ガス導入部１２は配線基板１に設けられ、ガス導入空間２０およびガス排出部２３はケース本体２に設けられる。
　ガス導入部１２は、配線基板１に穿設された一対の導入口１６，１７と、各導入口に配置されたポンプ素子６，７とを含む。導入口１６，１７は、配線基板１をその厚み方向に貫通する孔部である。導入口１６，１７の形状は図示する矩形に限られず、円形であってもよい。ポンプ素子６，７は、図示しないガス源に接続され、当該ガス源からガス導入空間２０へガスを送出する。ポンプ素子６，７の種類は特に限定されず、本実施形態では、配線基板１の第２の主面１ｂに搭載された、例えば、モータ式あるいはピエゾ式のマイクロダイアフラムポンプである。
　本実施形態においてガス導入部１２は、複数（２つ）設けられているが、単数であってもよいし、３つ以上であってもよい。一方のガス導入部１２（６，１６）は、基準ガス用のガス導入部であり、他方のガス導入部１２（７，１７）は、検出対象ガス用のガス導入部である。基準ガスは、典型的には、ドライエアである。検出対象ガスは、仕様や用途に応じて適宜選択され、例えば、ＣＯ２、Ｃ６Ｈ６、ＣＯ、ＮＨ３、Ｏ２などが挙げられる。
　各ガス導入部１２の形成位置は特に限定されないが、本実施形態では図２（Ｃ）に示すように、配線基板１の縦方向の一方側（－Ｙ方向側）の領域に、横方向に隣接するように設けられる。なお、ガス導入部１２は配線基板１に設けられる例に限られず、ケース本体２に設けられてもよい。
　ガス導入空間２０は、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２とに分割される。第１のチャンバ２１は、ガス導入部１２の導入口１６，１７に連通するようにガス導入部１２の直下の位置に設けられる。第２のチャンバ２２は、第１のチャンバ２２と連通するように第１のチャンバ２１とガス排出部２３との間に設けられる。
　ケース本体２は、配線基板１の第１の主面１ａに対向し開口端部２ａから第１の深さＤ１で形成された第１の底面２１１と、配線基板１の第１の主面１ａに対向し開口端部２ａから第１の深さＤ１よりも浅い第２の深さＤ２で形成された第２の底面２２１とを有する。第１のチャンバ２１は、第１の主面１ａと第１の底面２１１との間の空間部であり、第２のチャンバ２２は、第１の主面１ａと第２の底面２２１との間の空間部である。第１の底面２１１と第２の底面２２１との間には段部２４が形成される。段部２４は、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２の境界部に形成される。
　段部２４は、配線基板１側から見て、ガス導入部１２とガス排出部２３との間に横方向（Ｘ軸方向）に延びるように設けられる。段部２４は、ケース本体２の底部２ｂから配線基板１に向かって垂直方向に延びる壁面であり、第１のチャンバ２１から第２のチャンバ２２へ流れるガスの流路を制限する絞り部を構成する。第１の深さＤ１と第２の深さＤ２との差である段部２４の高さ（Ｄ１－Ｄ２）は特に限定されないが、第１のチャンバ２１に導入されたガスの第２のチャンバ２２への流入を制限できる適宜の高さに形成される。本実施形態では、第１のチャンバ２１の深さの半分以下に相当する大きさに段部２４の高さが設定される。
　ガス排出部２３は、第２のチャンバ２２と連通するように、ケース本体２の縦方向の他方側（＋Ｙ方向側）の側壁に形成された貫通孔である。ガス排出部２３は、第２のチャンバ２２よりも小さい流路断面積を有する。流路断面積とは、ガスの流れ方向に垂直な流路の面積である。ガス排出部２３の形状は特に限定されず、矩形、円形、楕円形などであってもよい。また、ガス排出部２３は、複数の貫通孔の集合であってもよい。
　複数のセンサ素子１１は、ガス種に応じて異なる検出感度をそれぞれ有するものであり、例えばＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance)である。ＱＣＭは、水晶振動子の電極表面に検出対象物質（ガス）が付着するとその質量に応じて共振周波数が変動する（下がる）性質を利用した、微量な質量変化を計測する質量センサである。なお、センサ素子１１は、ＱＣＭセンサで構成される例に限られず、特定のガス種を検出可能な半導体センサで構成されてもよい。
　複数のセンサ素子１１は、ガス導入空間２０に面する配線基板１の第１の主面１ａに搭載される。各センサ素子１１は、水晶振動子の電極表面に、検出対象ガスを吸着するための感応膜が設けられる。この感応膜は、センサ素子１１ごとに異なる材料で構成される。本実施形態では、８個のセンサ素子１１を有し、センサ素子１１ごとに異なる感応膜が用いられることで、８種類のガスが検出可能に構成される。
　なお、１種類のガスを１つのセンサ素子１１で検出する例に限られず、１種類のガスを複数のセンサ素子１１で検出するようにしてもよい。また、１つのセンサ素子１１で複数種のガスを検出可能に構成されてもよい。この場合、ガス種に応じて感度が異なる感応膜を用いるのが好ましい。
　複数のセンサ素子１１は、配線基板１の第１の主面１ａ上であって、第２のチャンバ２２と対向する領域にそれぞれ配置される。本実施形態では、８個のセンサ素子１１が２行４列で配置された例を示しているが、レイアウトはこれに限られない。また、センサ素子１１の数は８個に限られず、検出対象のガス種の数に応じて任意に設定可能である。
　配線基板１の第１の主面１ａには、温度センサ１４および湿度センサ１５がそれぞれ搭載される。温度センサ１４および湿度センサ１５の実装領域は特に限定されず、本実施形態では、センサ素子１１とガス排出部２３との間の任意の領域に配置される。センサ素子１１のＱＣＭ特性に温度依存性がある場合、温度センサ１４の出力に基づいて当該センサ素子１１の出力の補正が行われる。また、湿度センサ１５は、例えば水蒸気の検出センサとして使用されてもよい。温度センサ１４には例えばサーミスタが、湿度センサ１５には例えば水蒸気に対して吸着性を有する感応膜を備えたＱＣＭセンサが適用可能である。なお、温度センサ１４および湿度センサ１５の少なくとも一方は、必要に応じて省略されてもよい。
　図１に示すように、配線基板１の第２の主面１ｂ側には制御基板５０が設置される。制御基板５０には電源回路や信号処理回路が接続されている。制御基板５０は配線基板１と電気的に接続されており、配線基板１上の配線層を介して各センサ素子１１、ポンプ素子６，７、温度センサ１４および湿度センサ１５へ必要な電力を供給する。信号処理回路は、各センサ素子１１、温度センサ１４および湿度センサ１５の出力に基づいて、ガス導入空間２０内における検出対象ガスの有無、種類、量などを検出する。なお、制御基板５０には、上記素子あるいはセンサのほか、他の電子部品（例えば、ポンプ素子６，７の駆動回路など）が搭載されてもよい。
［ガス検出装置の動作］
　続いて、以上のように構成される本実施形態のガス検出装置１００の典型的な動作について説明する。
　まず、基準ガス導入用のポンプ素子６を駆動して、基準ガスをガス導入空間２０へ導入し、各センサ素子１１の出力の校正を行う。その後、ポンプ素子６の駆動を停止させ、検出対象ガス導入用のポンプ素子７を駆動することで、検出対象ガスをガス導入空間２０へ導入する。導入される検出対象ガスは、典型的には、複数のセンサ素子１１のうちいずれかのセンサ素子１１で検出されるガスであるが、勿論それ以外のガスであってもよい。以下、検出対象ガスを単にガスともいう。
　ガス導入部１２（７，１７）から導入されたガスは、第１のチャンバ２１、第２のチャンバ２２およびガス排出部２３の順でガス検出装置１００内を通過する。図３（Ａ）～（Ｃ）は、図２（Ａ）～（Ｃ）に示した各部分におけるガスの流れを白抜き矢印で示した模式図である。
　図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガス導入部１２から第１のチャンバ２１へ導入されたガスは、段部２４により第２のチャンバ２２への流入が制限される結果、第１のチャンバ２１内を乱流状態で等方的に拡散する。つまり、段部２４は、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２との間に形成された絞りとして機能し、第１のチャンバ２１内に導入されたガスは、層流状態で第２のチャンバ２２へ流入する。
　これにより、ガス導入部１２の位置に関係なく、第１のチャンバ２１へ導入したガスを第２のチャンバ２２の全域にわたって均一に供給することができる。また、ガス導入部１２が第１のチャンバ２２の底部（第１の底面２１１）に対向するように配線基板１に設けられているため、第１のチャンバ２１におけるガスの拡散効果をより高めることができる。
　一方、第２のチャンバ２２に流入したガスは、複数のセンサ素子１１が搭載された配線基板１の第１の主面１ａに沿ってガス排出部２３に向かって流れる。ガス排出部２３は、第２のチャンバ２２よりも流路断面積が小さいため、ガス排出部２３の出口側と比較して、第２のチャンバ２２内のガスの圧力が高い。これにより、センサ素子１１におけるガスの検出感度を向上させることができる。また、第２のチャンバ２２へ流入したガスは層流状態でガス排出部２３へ向けて流れるため、配線基板１上の複数のセンサ素子１１へガスが均一に供給される。これによりセンサ素子１１の位置に関係なく、精度の高いガスの検出動作が実現可能となる。
　例えば比較例として、ガス導入空間２０に段部２４が無く、ガス排出部２３がガス導入空間と同一の幅および高さで形成された場合のガスの流れを図４（Ａ）～（Ｃ）に模式的に示す。この場合、ガス導入空間２０は、絞り部として機能する段部２４（図３参照）を備えていないため、ガス導入空間２０内におけるガスの流量は、ガス導入部１２（７，１７）に近い領域ほど多くなり、ガス導入部１２（７，１７）から遠ざかるほど少なくなる傾向にある。このため、ガスが均一にセンサ素子１１に接触しなくなるため、センサ素子１１の位置によって検出感度にばらつきが生じ、ガスの検出精度が低下するおそれがある。
　これに対して本実施形態によれば、上述のように、ガス種に応じて異なる検出感度を有する複数のセンサ素子１１に対して均一にガスを運搬することができるため、ガスの導入位置やセンサ素子の位置に関係なく、精度の高いガスの検出動作を行うことができる。これにより、導入されたガスの同定やその量などを高精度に検出することができる。
　また、導入されるガスの種類が未知の場合であっても、複数のセンサ素子１１各々の出力に基づいて、導入されたガスの種類の同定を行うことも可能である。従来は、対象とする特定のガスに対して用意されたセンサ素子が必要であり、未知のガスに対してそのガス種を同定することは不可能であったが、本実施形態によれば、複数のセンサへ均一にガスを供給することができるため、ガス種の同定とガス濃度計測が同時に可能である。
　また基準ガスを用いてセンサを校正する場合や各センサ素子に対してポンプを複数配置する必要があったが、基準ガスと検出ガスに対して各１つ、検出ガスについては複数のセンサに対しても１つのポンプでガス種検出が可能となり、ポンプ、センサを同一基板上に配置することが可能になるため、製造コスト、小型化・軽量化などの観点でも大きなメリットが得られる。
＜第２の実施形態＞
　図５は、本発明の第２の実施形態に係るガス検出装置２００の構成を示しており、（Ａ）はケース本体２の内部を示す平面図、（Ｂ）はガス検出装置２００の側断面図、（Ｃ）は配線基板１の内側の平面図である。
　以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
　本実施形態のガス検出装置２００は、ガス導入空間２０を構成する第１および第２のチャンバ２１，２２がいずれも同一の深さで形成されるとともに、絞り部として、第１および第２のチャンバ２１，２２の間に壁状突起部２５が設けられている点で、第１の実施形態と異なる。
　図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、壁状突起部２５は、横方向（Ｘ軸方向）に直線的に伸びるようにケース本体２の底部２ｂに立設され、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２の境界部を形成する。壁状突起部２５の高さは特に限定されないが、第１のチャンバ２１に導入されたガスの第２のチャンバ２２への流入を制限できる適宜の高さに形成される。本実施形態では、第１のチャンバ２１の深さの半分以下に相当する大きさに壁状突起部２５の高さが設定される。壁状突起部２５の幅（Ｙ軸方向に沿った幅寸法）も特に限定されない。
　以上のように構成される本実施形態のガス検出装置２００においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、ケース本体２の底部２ｂの内面に壁状突起部２５を形成するのみで上述した作用効果が得られるため、ケース本体２を構成する材料の量的削減を図ることができる。
　なお、本実施形態では、壁状突起部２５がケース本体２の底部２ｂに立設された例を説明したが、これに限られない。例えば、壁状突起部２５が配線基板１の第１の主面１ａに立設されてもよく、この場合においても上述と同様の効果を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
　図６は、本発明の第３の実施形態に係るガス検出装置３００の構成を示す側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
　本実施形態のガス検出装置３００は、ガス導入空間２０を形成するケーシング３１０の構造が上述の第１の実施形態と異なる。本実施形態では、第１のケース本体２Ａと第２のケース本体２Ｂとを組み合わせて構成される。
　第１のケース本体２Ａは、第１の実施形態におけるケース本体２に相当し、ガス導入空間２０を区画する周壁部２ｓと底部２ｂと、ガス排出部２３とを有する。周壁部２ｓの端部である開口端部２ａは、第２のケース本体２Ｂに気密に固定される。底部２ｂは、第１の実施形態と同様に、開口端部２ａから第１の深さＤ１で形成された第１の底面２１１と、開口端部２ａから第２の底面２２１とを有する。
　ガス導入空間２０は、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２とに分割される。第１のチャンバ２１は、第２のケース本体２Ｂと第１の底面２１１との間の空隙部であり、第２のチャンバ２２は、第２のケース本体２Ｂと第２の底面２２１との間の空隙部である。第１の底面２１１と第２の底面２２１との間には、第１のチャンバ２１と第２のチャンバ２２との境界部を形成する段部２４が設けられる。第１の深さＤ１と第２の深さＤ２との差である段部２４の高さ（Ｄ１－Ｄ２）は、例えば、第１のチャンバ２１の深さの半分以下に相当する大きさに設定される。
　第２のケース本体２Ｂは、第１のケース本体２Ａの開口端部２ａに取り付けられ、ガス導入空間２０を閉塞する。第２のケース本体２Ｂは、第１のケース本体２Ａと同様な材料で構成され、本実施形態では、合成樹脂材料の成形体で構成される。
　第２のケース本体２Ｂは、複数のセンサ素子１１を搭載した配線基板１を収容する収容部８を有する。収容部８は、第２のケース本体２Ｂにその厚み方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔であり、配線基板１は、複数のセンサ素子１１が第２の底面部２２１に対向するように収容部８に気密に固定される。これにより、複数のセンサ素子１１が第２のチャンバ２２内に配置される。
　第２のケース本体２Ｂは、ポンプ素子６，７を収容する一対の導入口１６，１７を有する。一対の導入口１６，１７は、第２のケース本体２Ｂにその厚み方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔であり、ポンプ素子６，７は、第１の底面部２１１に対向するように一対の導入口１６，１７にそれぞれ気密に固定される。本実施形態では、各ポンプ素子６，７が配線基板１にではなく、ガス導入口１６，１７に直接配置される点で第１の実施形態と異なる。また、各ポンプ素子６，７は、例えば制御基板５０（図１参照）に搭載された駆動回路に電気的に接続される。
　以上のように構成される本実施形態のガス検出装置３００においても、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態では、第１のケース本体２Ａおよび第２のケース本体２Ｂによりケーシング３１０が構成されているため、ケーシング３１０の強度を向上させることができるとともに、複数のセンサ素子１１を搭載する配線基板１の小型化を図ることができる。
＜第４の実施形態＞
　図７は、本発明の第７の実施形態に係るガス検出装置３００の構成を示す側断面図である。以下、第３の実施形態と異なる構成について主に説明し、第３の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
　本実施形態のガス検出装置４００は、複数のセンサ素子１１を搭載する配線基板１が、第１のケース本体２Ａに配置される点で、上述の第３の実施形態と異なる。
　本実施形態において、第１のケース本体２Ａは、複数のセンサ素子１１を搭載した配線基板１を収容する収容部９を有する。収容部９は、第１のケース本体２Ａにその厚み方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔であり、配線基板１は、複数のセンサ素子１１が第２のチャンバ２２内に配置されるように収容部９に気密に固定される。
　以上のように構成される本実施形態のガス検出装置４００においても、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、ポンプ素子６，７は、第２のケース本体２Ｂに配置されるが、これに限られず、配線基板１と同様に第１のケース本体２Ａに配置されてもよい。
　　１…配線基板
　　１ａ…第１の主面
　　１ｂ…第２の主面
　　２…ケース本体
　　２Ａ…第１のケース本体
　　２Ｂ…第２のケース本体
　　６，７…ポンプ素子
　　１１…センサ素子
　　１２…ガス導入部
　　２０…ガス導入空間
　　２１…第１のチャンバ
　　２２…第２のチャンバ
　　２３…ガス排出部
　　２４…段部（絞り部）
　　２５…壁状突起部（絞り部）
　　１００，２００，３００，４００…ガス検出装置
　　２１１…第１の底面
　　２２１…第２の底面

Claims (10)

  1. 　導入口を有するガス導入部と、前記導入口に連通する第１のチャンバと、前記第１のチャンバと連通する第２のチャンバと、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへのガスの流れを制限する絞り部と、前記第２のチャンバに連通するガス排出部と、を有するケーシングと、
    　前記第２のチャンバ内に配置され、ガス種に応じて異なる検出感度を有する複数のセンサ素子と
    　を具備するガス検出装置。
  2. 　請求項１に記載のガス検出装置であって、
    　前記ケーシングは、前記複数のセンサ素子が搭載される第１の主面を有する配線基板と、前記第１の主面の周縁部に気密性を保つように取り付けられたケース本体とを有し、
    　前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバは、前記配線基板と前記ケース本体との間に区画される
    　ガス検出装置。
  3. 　請求項２に記載のガス検出装置であって、
    　前記ガス導入部は、前記配線基板に設けられ、
    　前記ガス排出部は、前記ケース本体に設けられる
    　ガス検出装置。
  4. 　請求項３に記載のガス検出装置であって、
    　前記配線基板は、前記第１の主面とは反対側の第２の主面をさらに有し、
    　前記ガス導入部は、前記第２の主面に搭載されたポンプ素子を含む
    　ガス検出装置。
  5. 　請求項２～４のいずれか１つに記載のガス検出装置であって、
    　前記ケース本体は、前記第１の主面に固定される開口端部と、前記第１の主面に対向し前記開口端部から第１の深さで形成された第１の底面と、前記第１の主面に対向し前記開口端部から前記第１の深さよりも浅い第２の深さで形成された第２の底面とを有する
    　ガス検出装置。
  6. 　請求項２～４のいずれか１つに記載のガス検出装置であって、
    　前記ケース本体は、前記第１の主面に対向する底部を有し、
    　前記絞り部は、前記底部または前記第１の主面に立設される壁状突起部である
    　ガス検出装置。
  7. 　請求項１に記載のガス検出装置であって、
    　前記ケーシングは、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを含むガス導入空間を有する第１のケース本体と、前記第１のケース本体に取り付けられ、前記ガス導入空間を閉塞する第２のケース本体と、を有し、
    　前記複数のセンサ素子は、前記第１のケース本体または前記第２のケース本体に配置される
    　ガス検出装置。
  8. 　請求項７に記載のガス検出装置であって、
    　前記第１のケース本体は、前記第２のケース本体に固定される開口端部と、前記開口端部から第１の深さで形成された第１の底面と、前記開口端部から前記第１の深さよりも浅い第２の深さで形成された第２の底面とを有する
    　ガス検出装置。
  9. 　請求項５又は８に記載のガス検出装置であって、
    　前記第１の深さと前記第２の深さとの差は、前記第１の深さの半分以下の大きさである
    　ガス検出装置。
  10. 　請求項１～９のいずれか１つに記載のガス検出装置であって、
    　前記ガス排出部は、前記第２のチャンバよりも小さい流路断面積を有する
    　ガス検出装置。
PCT/JP2021/007759 2020-02-28 2021-03-01 ガス検出装置 WO2021172592A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022503391A JPWO2021172592A1 (ja) 2020-02-28 2021-03-01
US17/893,089 US11754528B2 (en) 2020-02-28 2022-08-22 Gas detection device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020032568 2020-02-28
JP2020-032568 2020-02-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/893,089 Continuation US11754528B2 (en) 2020-02-28 2022-08-22 Gas detection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021172592A1 true WO2021172592A1 (ja) 2021-09-02

Family

ID=77491680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/007759 WO2021172592A1 (ja) 2020-02-28 2021-03-01 ガス検出装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11754528B2 (ja)
JP (1) JPWO2021172592A1 (ja)
WO (1) WO2021172592A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023119851A1 (ja) * 2021-12-24 2023-06-29 太陽誘電株式会社 におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法
WO2023162492A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 太陽誘電株式会社 におい測定装置
WO2023175956A1 (ja) * 2022-03-18 2023-09-21 Ｉ－Ｐｅｘ株式会社 物質検出システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09304244A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Nourinsuisan Sentan Gijutsu Sangyo Shinko Center 気体検出装置
JP2015206640A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 コニカミノルタ株式会社 密閉空間形成部材、これを用いた水分子吸脱着測定システムおよび水分子吸脱着測定方法
US20160209436A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Htc Corporation Gas detection device and gas inlet module thereof
JP2018100868A (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
JP2018194314A (ja) * 2017-05-12 2018-12-06 富士通株式会社 ガス分析装置およびガス分析方法
WO2019121841A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Radiometer Medical Aps Device for accommodating a fluid sample

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1077375B1 (en) * 1997-03-21 2012-06-20 Ngk Spark Plug Co., Ltd Method and apparatus for measuring NOx gas concentration
JP3094415U (ja) 2002-12-02 2003-06-20 有限会社白鳥ナノテクノロジー ガスセンサ
JP5757837B2 (ja) * 2011-10-11 2015-08-05 ジーエルサイエンス株式会社 ガスリ−クディテクタ−
JP6740023B2 (ja) * 2016-06-17 2020-08-12 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2018155576A (ja) 2017-03-17 2018-10-04 太陽誘電株式会社 検出素子及び検出装置
US10295457B1 (en) * 2017-06-13 2019-05-21 Larry Ocheltree Airplane cabin air quality monitoring system
TWI626627B (zh) * 2017-08-31 2018-06-11 研能科技股份有限公司 致動傳感模組
CN112005095A (zh) * 2018-03-29 2020-11-27 太阳诱电株式会社 传感系统、信息处理装置、程序和信息收集方法
TWI692582B (zh) * 2018-03-30 2020-05-01 研能科技股份有限公司 氣體偵測模組

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09304244A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Nourinsuisan Sentan Gijutsu Sangyo Shinko Center 気体検出装置
JP2015206640A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 コニカミノルタ株式会社 密閉空間形成部材、これを用いた水分子吸脱着測定システムおよび水分子吸脱着測定方法
US20160209436A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Htc Corporation Gas detection device and gas inlet module thereof
JP2018100868A (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
JP2018194314A (ja) * 2017-05-12 2018-12-06 富士通株式会社 ガス分析装置およびガス分析方法
WO2019121841A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Radiometer Medical Aps Device for accommodating a fluid sample

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SELYANCHYN ROMAN, WAKAMATSU SHUNICHI, HAYASHI KENSHI, LEE SEUNG-WOO: "A Nano-Thin Film-Based Prototype QCM Sensor Array for Monitoring Human Breath and Respiratory Patterns", SENSORS, vol. 15, no. 8, 31 July 2015 (2015-07-31), pages 18834 - 18850, XP055849690, DOI: 10.3390/sl50818834 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023119851A1 (ja) * 2021-12-24 2023-06-29 太陽誘電株式会社 におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法
WO2023162492A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 太陽誘電株式会社 におい測定装置
WO2023175956A1 (ja) * 2022-03-18 2023-09-21 Ｉ－Ｐｅｘ株式会社 物質検出システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20220397555A1 (en) 2022-12-15
US11754528B2 (en) 2023-09-12
JPWO2021172592A1 (ja) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021172592A1 (ja) ガス検出装置
US8312774B2 (en) Flow-through pressure sensor apparatus
US7387024B2 (en) Capacitive type humidity sensor
JP6099094B2 (ja) ガスセンサ装置およびガスセンサ装置の取付け構造
US8763452B2 (en) Thermal air flow sensor
US9021866B2 (en) Gas leak detector
US10620153B2 (en) Nitrogen oxide based gas sensor, oxygen pump, gas sensor apparatus, manufacturing method of gas sensor apparatus, and sensor network system
US8176772B2 (en) Piezoelectric sensor and sensing instrument
KR100599373B1 (ko) 진공흡착장치 및 흡착확인센서
JP5412443B2 (ja) Ｐｃｂ圧力センサにおける一体型空洞
JP2019194566A (ja) ガス検測モジュール
JP4120637B2 (ja) 流速測定装置
US20230324344A1 (en) Odor detection device and odor detection method
US8033180B2 (en) Flow sensor apparatus and method with media isolated electrical connections
KR102552763B1 (ko) 유동하는 유체 매체의 적어도 하나의 유동 특성을 검출하기 위한 센서 장치
KR20200146015A (ko) 광음향 가스 센서 및 압력 센서
AU2009285503B2 (en) Flow rate measuring device
US7104136B2 (en) Multi-compartment pressure sensor housing apparatus
JP2022090807A (ja) 物質検出システム
CN113841029A (zh) 流量测量装置
WO2023162492A1 (ja) におい測定装置
JP2020112433A (ja) 物理量検出装置
JP2024018687A (ja) 検出装置
WO2020202721A1 (ja) 物理量測定装置
WO2023119851A1 (ja) におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21760915

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022503391

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21760915

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1