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JP6514875B2 - Method of driving hydrogen gas sensor device and hydrogen gas sensor device using the same - Google Patents
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Method of driving hydrogen gas sensor device and hydrogen gas sensor device using the same Download PDF

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Description

本発明は、水素ガスセンサ装置の駆動方法に関し、水素ガスセンサの感応部である水素感応物質が、特に、高温加熱時に数%から100%に近い極めて高い濃度の水素ガス(H2)に晒されると、水素脆化などによる変質が発生して、水素ガスセンサの特性が、劣化変質してしまうことを防止するための方法を提供すると共に、この方法を用いた水素ガスセンサ装置を提供するものである。   The present invention relates to a method of driving a hydrogen gas sensor device, and in particular, when the hydrogen-sensitive substance which is the sensitive part of the hydrogen gas sensor is exposed to extremely high concentration hydrogen gas (H2) of several% to nearly 100% at high temperature heating, A hydrogen gas sensor device using this method is provided, as well as a method for preventing deterioration of the characteristics of the hydrogen gas sensor due to deterioration due to hydrogen embrittlement and the like.

水素ガスが空気中に4.0から75.0%(体積%)の非常に広い存在範囲で爆発の危険性があることが分かっている。従来、ガスセンサには、ヒータにより酸化膜中に微粒白金(Pt)などを分散した触媒の温度を上げて、この触媒作用と組み合わせた接触燃焼式の水素ガス検知センサ(特許文献1参照)などがあった。この接触燃焼式の水素ガスセンサでは、触媒反応の促進のために、一般に100℃以上の温度に常に加熱している。空気中などの酸素雰囲気で、酸素と水素とが接触したとき、水素ガスセンサの感応部に触媒があると100℃程度の比較的低温でも接触燃焼し、温度を更に高温にさせるので、その温度変化から空気中の水素濃度を検出する原理に基づくものである。しかし、数%から100%近い極めて高濃度の水素ガスに水素ガスセンサの感応部が晒されると、異常な温度上昇をして触媒を水素還元してしまい、水素感応物質である触媒が元に戻らない状態になり感度劣化をきたすことが大きな問題になっていた。   It has been found that there is a danger of explosion in a very wide range of hydrogen gas from 4.0 to 75.0% (vol%) in air. Conventionally, as a gas sensor, a catalytic combustion type hydrogen gas detection sensor (see Patent Document 1) or the like in which the temperature of a catalyst in which fine particle platinum (Pt) or the like is dispersed in an oxide film is increased by a heater there were. In this catalytic combustion type hydrogen gas sensor, in order to accelerate the catalytic reaction, the temperature is generally constantly heated to 100 ° C. or higher. When oxygen and hydrogen come into contact in an oxygen atmosphere such as air, catalytic combustion occurs even at a relatively low temperature of about 100 ° C if there is a catalyst in the sensitive part of the hydrogen gas sensor, and the temperature is further increased. Based on the principle of detecting the hydrogen concentration in the air. However, if the sensitive part of the hydrogen gas sensor is exposed to extremely high concentration hydrogen gas of several percent to nearly 100%, the temperature rises abnormally and the catalyst is reduced by hydrogen, and the catalyst which is a hydrogen sensitive substance is returned to its original state. It is a big problem that it becomes a state of absence and causes sensitivity degradation.

本発明者は、先に、「ガスセンサ素子およびこれを用いたガス濃度測定装置」(特許文献2参照)を発明して、基板から熱分離した薄膜に、1個または複数個の温度センサと被検出ガスを吸収するガス吸収物質とを具備して、被検出ガスの吸収や放出時の吸熱や発熱に伴う温度変化を前記温度センサにより計測できるように配置形成した水素ガスの濃度計測を意図したガスセンサ素子とガス濃度測定装置を提案した。   The inventor of the present invention previously invented “a gas sensor element and a gas concentration measuring device using the same” (see Patent Document 2), and thin film thermally separated from a substrate was covered with one or more temperature sensors and Intended to measure the concentration of hydrogen gas arranged so that it can measure the temperature change due to heat absorption and heat generation during absorption or release of the detection gas by including a gas absorbing substance that absorbs the detection gas A gas sensor element and a gas concentration measuring device were proposed.

更に、本発明者は、実験と改良を重ねて、2個のカンチレバ型の熱電対兼ヒータを用いて、一方のカンチレバ先端部には、水素ガスセンサの感応部として、水素吸収物質であるパラジウム(Pd)薄膜をスッパタリング堆積して検出部とし、他方のカンチレバ先端部には水素吸収物質を付けない状態で参照部として、低濃度(おおよそ、5%以下で1ppm程度まで)の水素ガスを計測するようにする水素ガスセンサ(水素吸収発熱型)を提案した(特許文献3)。ヒータ加熱している期間に水素ガス濃度計測をすると、5%程度以上の水素濃度では、水素ガスの熱伝導率がガス中で最も大きいので、この影響のために、水素ガス濃度が5%を超えると所定の電力でヒータが駆動しても、温度上昇が停滞し、水素濃度が大きいとむしろ温度が感応部の温度が低下する傾向になることが判明し(水素ガス濃度が5%程度で出力にピークがあることが判明)、ヒータ加熱を止め、冷却過程での温度変化を見た方が良いことが分かった。そのために、水素ガスセンサの感応部に水素吸収物質のPd薄膜を有した検出部のカンチレバと水素吸収物質を付けない参照部のカンチレバの2個のカンチレバを用意し、数%以上の高濃度での水素ガスセンサでは、上述の2個のカンチレバのうち、参照部を用いて、これをヒータ加熱し、熱伝導型水素ガスセンサとして利用することを提案した。   Furthermore, the inventor repeated experiments and improvements, and using two cantilever type thermocouples and heaters, at one tip of the cantilever, palladium, which is a hydrogen absorbing material, was used as a sensitive part of a hydrogen gas sensor. Pd) A thin film is deposited by sputtering to form a detection part, and the other cantilever tip part is not attached with a hydrogen-absorbing material and measured as a reference part with hydrogen gas of low concentration (approximately 5% or less to about 1 ppm) We proposed a hydrogen gas sensor (hydrogen absorption and heat generation type) to be used (Patent Document 3). If the hydrogen gas concentration is measured during heater heating, if the hydrogen concentration is about 5% or more, the thermal conductivity of the hydrogen gas is the largest in the gas, so the hydrogen gas concentration is 5% because of this effect. If it exceeds, even if the heater is driven with a predetermined power, temperature rise stagnates, and if the hydrogen concentration is large, it turns out that the temperature tends to lower the temperature of the sensitive part (hydrogen gas concentration is about 5% It turned out that there was a peak in the output), and it was better to stop the heater heating and to look at the temperature change during the cooling process. For this purpose, prepare two cantilevers of the detection unit with the hydrogen absorption material Pd thin film in the sensitive part of the hydrogen gas sensor and the control unit without the hydrogen absorption material at the high concentration of several% or more. In the hydrogen gas sensor, it has been proposed that the reference portion of the above two cantilevers be used to heat the heater and use it as a heat conduction type hydrogen gas sensor.

また、ここでは、吸蔵した水素ガスを水素吸収物質であるPd薄膜から追い出すために、100℃以上の高温に間欠的に加熱するが、数%から100%近い高濃度の水素ガス中では、水素吸収物質であるPdも酸素ガスの存在で接触燃焼の効果が現れ、非常に高温になってしまうことがあること、更に水素ガスが大量に、冷却時にはPd薄膜に吸収されて、加熱により放出されるために、Pd薄膜の密度変化(体積変化)が加熱・冷却サイクルにより激しくなり、この時のPd薄膜の体積変化に伴う亀裂等により微粉化が促進されること、また、水素脆化が進むなど水素感応物質であるPd薄膜が変質してしまうことや剥がれの原因にもなって、水素ガス濃度計測に経時変化など大きな影響を及ぼすことが判明した。   Here, in order to expel the absorbed hydrogen gas from the Pd thin film which is a hydrogen absorbing material, it is intermittently heated to a high temperature of 100 ° C. or higher, but in a high concentration hydrogen gas of several% to nearly 100% The absorbing substance Pd also has the effect of catalytic combustion in the presence of oxygen gas and may become very high temperature. Furthermore, a large amount of hydrogen gas is absorbed by the Pd thin film during cooling and released by heating. Therefore, the density change (volume change) of the Pd thin film is intensified by the heating and cooling cycles, and the micronization is promoted by the crack accompanying the volume change of the Pd thin film at this time, and the hydrogen embrittlement progresses For example, it has been found that the hydrogen gas concentration measurement has a great effect on the measurement of hydrogen gas concentration, which is also a cause of deterioration or peeling of the Pd thin film which is a hydrogen sensitive substance.

また、従来、パラジウム(Pd)膜の水素の選択性を利用して、Pd膜をFETのゲート電極に使用して、水素を吸収したときにその仕事関数が変化するためにドレイン電流が変化することを利用したFET型の水素ガスセンサや、Pd膜に水素を吸収することによるPd膜の電気抵抗が変化することを利用した水素ガスセンサ(水素吸収抵抗変化型)、などがあったが、大量の水素の吸収によるヒステリシス現象が起こり、やはり、高濃度の水素ガスに晒すことがこれらの水素ガスセンサの劣化変質を招くことで、問題になっていた。 Also, conventionally, using hydrogen selectivity of palladium (Pd) film, Pd film is used as a gate electrode of FET, and when hydrogen is absorbed, its work function changes, and drain current changes And hydrogen gas sensor (hydrogen absorption resistance change type) that utilizes the change in the electrical resistance of the Pd film due to the absorption of hydrogen into the Pd film, etc. Hysteresis due to absorption of hydrogen occurs, and exposure to high concentration hydrogen gas has also been a problem as it causes deterioration and deterioration of these hydrogen gas sensors.

特開2006−201100号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-201100 特開2008−111822号公報JP, 2008-111822, A PCT/JP2011/70427PCT / JP2011 / 70427

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、特に100ppm以下の水素ガス濃度を検出するために、一般には、上述のように水素ガスセンサに水素感応膜としての水素吸収膜を形成してあり、この水素吸収膜は数%から100%に近い高濃度水素ガスに、特に100℃程度の高温で晒されると、急速に水素吸収膜が劣化変質して、水素ガスセンサの感度の回復不可能な劣化変質が生じることが判明しており、これを防止する水素ガスセンサ装置の駆動方法とこの方法を用いる水素ガスセンサ装置を提供することが目的である。   The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, in order to detect a hydrogen gas concentration of 100 ppm or less, in general, as described above, a hydrogen absorbing film as a hydrogen sensitive film is used as a hydrogen gas sensor. If this hydrogen absorbing film is exposed to high concentration hydrogen gas of several percent to nearly 100%, especially at a high temperature of about 100 ° C., the hydrogen absorbing film is rapidly degraded and altered, and the sensitivity of the hydrogen gas sensor It has been found that unrecoverable deterioration and deterioration occur, and it is an object of the present invention to provide a method of driving a hydrogen gas sensor device for preventing this and a hydrogen gas sensor device using this method.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、計測領域が水素ガスセンサBと比較して相対的に低濃度である水素ガスセンサAと、
計測領域が前記水素ガスセンサAと比較して相対的に高濃度である水素ガスセンサBと、
を組み合わせて水素ガス濃度を計測する水素ガスセンサ装置の駆動方法であって、所定の基準値である切替基準濃度を測定雰囲気が下回っているか判断可能に構成してある水素ガスセンサ装置の駆動方法において、水素ガスセンサBは、ヒータBと温度センサBとを備え、100%近い高濃度水素ガスに晒されても劣化しない構造である熱伝導型センサであること、前記水素ガスセンサAは、その水素感応物質として、水素吸収物質とし、吸収した水素を放出させるヒータAと温度センサAとを備えたこと、前記所定の基準値である切替基準濃度は、水素ガスセンサAの高濃度側での水素ガスの吸収と放出を伴う加熱・冷却サイクルにより、水素吸収物質を傷め劣化変質してヒステリシス現象が起こらない程度の安全限界センス濃度であること、
水素ガス濃度の計測を開始する時に、水素ガスセンサAを測定雰囲気に晒した状態で、しかもヒータ加熱しない状態で、
最初に水素ガスセンサBを駆動し、該水素ガスセンサBの水素ガス濃度の計測により、測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断し、判断結果が切替基準濃度を下回っていると判断される場合には、水素ガスセンサAで、前記加熱・冷却サイクルを行い、前記ヒータAで加熱する加熱サイクルで水素を放出させ、冷却サイクルで水素ガス濃度を計測するようにし、前記切替基準濃度が1%濃度であるものである。
In order to achieve the above object, in the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 1 of the present invention, a hydrogen gas sensor A having a relatively low concentration as compared with the hydrogen gas sensor B,
A hydrogen gas sensor B having a relatively high concentration as compared with the hydrogen gas sensor A,
A driving method of a hydrogen gas sensor device for measuring a hydrogen gas concentration by combining the hydrogen gas sensor device, the hydrogen gas sensor device driving method being configured to be able to judge whether the measurement reference concentration is lower than a predetermined reference value . The hydrogen gas sensor B is a heat conduction type sensor having a heater B and a temperature sensor B and having a structure that does not deteriorate even when exposed to high concentration hydrogen gas close to 100%, and the hydrogen gas sensor A has its hydrogen sensitive substance as, the hydrogen-absorbing material, further comprising a heater a and a temperature sensor a to release the absorbed hydrogen, the switching reference density said a predetermined reference value, the absorption of hydrogen gas at the high concentration side of the hydrogen gas sensor a and the heating and cooling cycle with the release, Dearuko safety limit sense concentration of a degree that does not cause hysteresis deteriorated deteriorated to damage the hydrogen-absorbing material ,
When the hydrogen gas sensor A is exposed to the measurement atmosphere when the measurement of the hydrogen gas concentration is started , and the heater is not heated,
First, the hydrogen gas sensor B is driven, and by measuring the hydrogen gas concentration of the hydrogen gas sensor B, it is judged whether the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration, and it is judged that the judgment result is lower than the switching reference concentration. The hydrogen gas sensor A performs the heating / cooling cycle, releases the hydrogen in the heating cycle heated by the heater A, and measures the hydrogen gas concentration in the cooling cycle, and the switching reference concentration is 1% concentration It is a certain thing.

水素感応物質としてのPdなどの水素吸収物質による発熱反応を利用する水素ガスセンサAで、設定してあるヒータの電力量を供給して100℃以上の高温状態で水素吸収物質が100%(ここでは体積%を指す)近い水素ガスに晒されると、大量の水素の冷却時の吸収と、ヒータでの高温動作における放出の繰り返しにより、体積変化が大きく亀裂の発生による微粉化が生じ、水素脆化が促進されて、水素吸収物質が、表面が荒れてしまい黒化するなど変質してしまうために水素感度特性における劣化変質に繋がる現象が生じることが、実験により分かった。 The hydrogen gas sensor A, which uses an exothermic reaction with a hydrogen-absorbing material such as Pd as a hydrogen-sensitive material, supplies the electric power of the set heater to 100% of the hydrogen- absorbing material at high temperatures of 100 ° C. or higher (here When exposed to hydrogen gas close to the volume%), absorption during cooling of a large amount of hydrogen and release during high-temperature operation at the heater are repeated, resulting in large volume change, causing micronization due to the occurrence of cracks, and hydrogen embrittlement It has been experimentally found that the hydrogen-absorbing material is degraded such that the surface is roughened and blackened, resulting in a phenomenon that leads to deterioration and degradation in the hydrogen sensitivity characteristics.

このような水素感度特性における劣化変質を防止するために、水素濃度計測の最初は、雰囲気ガスである被測定ガスの窒素ガスや空気などに、どれだけの水素(H2)ガスが存在しているか分からないので、先ずは、最初に100%に近い水素ガス濃度が存在したとしても、劣化変質が起こらない動作原理の異なる近接配置させた水素ガスセンサBを動作させて、その被測定周囲環境ガス(被検ガスという)中の水素ガス濃度を調べる、すなわち、水素ガスセンサBの計測範囲である高濃度領域の水素ガス濃度なのか、それとも、水素ガスセンサBの計測範囲では誤差が大きすぎる水素ガス濃度、すなわち、所定の値(切替基準濃度)よりも低水素ガス濃度であるから低水素ガス濃度計測用の水素ガスセンサAの計測範囲なのか、を判断して、水素ガスセンサAでの計測動作が適する場合(切替基準濃度以下の水素ガス濃度)は、水素ガスセンサAを用いて水素ガス濃度を計測させる動作をさせるようにするものである。水素ガスセンサBとしては、高濃度水素ガスに晒されても劣化変質しない構造であること、水素ガスが気体の中で最も熱伝導率が高いこと、水素ガス濃度が高いと加熱ヒータからの放熱が激しいことを利用して加熱ヒータの温度変化を計測する熱伝導型の水素ガスセンサが好適である。もちろん、高濃度水素ガスが存在していない環境であることが保証されているリークディテクタとしての使用などでは、水素ガスセンサBの動作を省き、最初から水素ガスセンサAを用いて水素ガス濃度を計測させる動作(水素ガスセンサAモード)をさせるようにして、高速動作をさせることもできるようにすると良い。 In order to prevent deterioration and deterioration in such hydrogen sensitivity characteristics, at the beginning of hydrogen concentration measurement, how much hydrogen (H 2) gas is present in the nitrogen gas or air of the gas to be measured which is the atmosphere gas Because we do not know, first, even if there is a hydrogen gas concentration close to 100% at first, the hydrogen gas sensor B, which is placed close to another of different operating principles that does not cause deterioration or deterioration, operates to measure its ambient environment gas ( Check the hydrogen gas concentration in the test gas), that is, the hydrogen gas concentration in the high concentration range which is the measurement range of the hydrogen gas sensor B, or the hydrogen gas concentration whose error is too large in the measurement range of the hydrogen gas sensor B, That is, since the hydrogen gas concentration is lower than a predetermined value (switching reference concentration), it is determined whether it is the measurement range of the hydrogen gas sensor A for low hydrogen gas concentration measurement. When the measurement operation of the hydrogen gas sensor A is suitable (switching reference concentration following hydrogen gas concentration), and is to be an operation to measure the hydrogen gas concentration using the hydrogen gas sensor A. As the hydrogen gas sensor B, a high concentration that hydrogen is a structure that has deteriorated deteriorated even when exposed to gas, a hydrogen gas has the highest thermal conductivity in the gas, from the heater B and the high hydrogen gas concentration heat conduction type of a hydrogen gas sensor for measuring the temperature change of the heat radiation heater B by utilizing the fact intense is preferable. Of course, for use as a leak detector that guarantees that there is no high concentration hydrogen gas, etc., the operation of the hydrogen gas sensor B is omitted, and the hydrogen gas concentration is measured from the beginning using the hydrogen gas sensor A It is preferable that the operation (hydrogen gas sensor A mode) be made to be able to operate at high speed.

ここで、上述の切替基準濃度は、水素ガスセンサAの高濃度側のセンサを傷め変質してヒステリシス現象が起こらない程度の安全限界センス濃度を下回る濃度である。後述するように水素ガスセンサAは計測領域の低濃度側においては数ppmレベルでの計測が可能であるが、計測領域の高濃度側においては、例えば3%を上回る濃度の水素ガスに晒されることにより感応特性の劣化変質などをもたらす損傷が生じてしまう。したがって、このような損傷が生じない程度の濃度である安全限界センス濃度を下回る濃度(例えば、1%濃度)に切替基準濃度を設定することにより、水素ガスセンサAの損傷を未然に防ぐことが可能となる。なお、切替基準濃度を測定雰囲気が下回っているかの判断は、その測定雰囲気の濃度を正確に測定したうえで行うことに限定するものではなく、少なくとも測定雰囲気が切替基準濃度を下回っていることを判断できればよい。   Here, the above-mentioned switching reference concentration is a concentration below the safety limit sense concentration at which the sensor on the high concentration side of the hydrogen gas sensor A is damaged and deteriorated to cause no hysteresis phenomenon. As described later, although the hydrogen gas sensor A can measure at several ppm level on the low concentration side of the measurement area, it is exposed to hydrogen gas having a concentration exceeding 3%, for example, on the high concentration side of the measurement area As a result, damage resulting in deterioration or deterioration of the sensitivity characteristic occurs. Therefore, damage to the hydrogen gas sensor A can be prevented in advance by setting the switching reference concentration to a concentration (e.g., 1% concentration) below the safety limit sense concentration which is a concentration at which such damage does not occur. It becomes. It should be noted that the determination of whether or not the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration is not limited to performing measurement after accurately measuring the concentration of the measurement atmosphere, but at least the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration. It should just be able to judge.

水素ガスセンサAが、少なくとも1%以下の低水素ガス濃度域での水素ガス濃度計測用
のセンサであり、水素感応物質とは、動作原理により異なるが、微量の水素ガスに晒されることにより、水素ガスセンサAのセンシング領域に形成された水素感応物質の光沢変化などの光学的特性、電気抵抗、発熱、膨張変形などの物理学的特性、仕事関数、吸着状態や化学的結合状態などの化学的特性などの変化を示す物質であるが、ここでは、水素吸収により、電気抵抗変化や発熱の物理学的特性変化の場合である。水素感応物質としての水素吸収物質は、水素ガスとの接触面積を増加させる観点から同一の体積の中では、薄膜状の形成が好適である。
The hydrogen gas sensor A is a sensor for measuring the hydrogen gas concentration in the low hydrogen gas concentration region of at least 1% or less, and although the hydrogen sensitive substance differs depending on the operation principle, it is exposed to a small amount of hydrogen gas. Optical characteristics such as gloss change of hydrogen sensitive substance formed in the sensing area of gas sensor A, electrical characteristics, physical characteristics such as heat generation, expansion deformation, etc., work functions, chemical characteristics such as adsorption state and chemical bonding state Although it is a substance showing a change such as, in this case, it is a case of a physical property change of electrical resistance change or heat generation by hydrogen absorption. The hydrogen absorbing substance as the hydrogen sensitive substance is preferably in the form of a thin film within the same volume from the viewpoint of increasing the contact area with hydrogen gas.

本発明では、少なくとも数%(体積%)以上の水素ガス濃度計測で、水素吸収発熱などを利用する水素ガスセンサAとは、異なる原理に基づくものであり、水素とは高温でも反応し難いようにした熱伝導型の水素ガスセンサを水素ガスセンサBとして用いた場合である。水素ガスが気体中で最も熱伝導率が大きいことを利用し、ヒータ加熱したセンシング領域からの放熱量が周囲気体中の水素濃度に依存することを利用するものであり、例えば、水素ガス濃度が多い場合は、同一の加熱電力でヒータ加熱しても到達温度が小さくなり、また、同一の加熱温度にしようとするとそれだけ多くにヒータ加熱電力を必要とするから、これらの温度や電力量に計測により水素ガス濃度が予め用意してある校正データを基にして水素ガス濃度を求めるものである。   In the present invention, hydrogen gas concentration measurement of at least several% (volume%) or more is based on a principle different from hydrogen gas sensor A utilizing hydrogen absorption heat generation etc., so that it is difficult to react with hydrogen even at high temperature. This is the case where the heat conduction type hydrogen gas sensor is used as the hydrogen gas sensor B. It utilizes the fact that hydrogen gas has the largest thermal conductivity in the gas, and utilizes the fact that the amount of heat released from the heater-heated sensing region depends on the hydrogen concentration in the surrounding gas, for example, the hydrogen gas concentration is In many cases, the ultimate temperature decreases even if the heater is heated by the same heating power, and if it is attempted to use the same heating temperature, the heating power of the heater is required so much, so measure these temperatures and electric energy The hydrogen gas concentration is obtained based on the calibration data prepared in advance by the hydrogen gas concentration.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガス濃度の計測を開始するときに、水素ガスセンサAを測定雰囲気に晒した状態で、しかもヒータ加熱しない状態で、最初に水素ガスセンサBを駆動し、測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断している。 According to the method of driving the hydrogen gas sensor device of the present invention, when the measurement of the hydrogen gas concentration is started, the hydrogen gas sensor B is first driven in a state where the hydrogen gas sensor A is exposed to the measurement atmosphere and without heating . It is determined whether the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガスセンサBを駆動して水素ガス濃度の計測中に、測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断し、判断結果が切替基準濃度を下回っていると判断される場合には水素ガスセンサAに切り替えて水素ガス濃度を計測するようにした水素ガスセンサ装置の駆動方法である。   In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to the present invention, it is determined that the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration while driving the hydrogen gas sensor B to measure the hydrogen gas concentration, and the determination result is lower than the switching reference concentration In this case, the hydrogen gas sensor A is switched to the hydrogen gas sensor A to measure the hydrogen gas concentration.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガスセンサBを駆動して水素ガス濃度の計測中に、測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断し、判断結果が切替基準濃度を下回っていないと判断される場合には継続して水素ガスセンサBで水素ガス濃度を計測するようにした水素ガスセンサ装置の駆動方法である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 2 of the present invention, it is determined whether the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration while driving the hydrogen gas sensor B to measure the hydrogen gas concentration, and the determination result is the switching reference concentration If it is determined that the hydrogen gas concentration does not fall below the above, the hydrogen gas sensor B continuously measures the hydrogen gas concentration.

請求項1及び2に係わる発明における判断の時機は任意に定めることができ、例えば、10秒間隔で周期的に行ってもよいし、前回の測定結果と今回の測定結果の差が相対的に小さい場合には測定間隔を長くし、その差が相対的に大きい場合には測定間隔を短くするなどしてもよい。請求項1及び2に係わる発明により、いったん水素ガスセンサBによる計測を開始した後においても、測定雰囲気濃度に応じて適切な水素ガスセンサを選択し計測を行うことが可能となる。 The timing of the judgment in the invention according to claims 1 and 2 can be arbitrarily determined, for example, it may be periodically performed at intervals of 10 seconds, and the difference between the previous measurement result and this measurement result is relatively If the difference is small, the measurement interval may be increased, and if the difference is relatively large, the measurement interval may be shortened. According to the first and second aspects of the present invention, even after the measurement by the hydrogen gas sensor B is started once, it is possible to select and measure an appropriate hydrogen gas sensor according to the concentration of the measurement atmosphere.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガスセンサAは水素ガス濃度が切替基準濃度を超えるおそれがある水素濃度である切替限界濃度を上回っていないか判断可能に構成されており、水素ガスセンサAを駆動して水素ガス濃度の計測中に、測定雰囲気が切替限界濃度を上回っていないか判断し、判断結果が切替限界濃度を上回っていると判断される場合には水素ガスセンサBに切り替えて水素ガス濃度を計測するようにした水素ガスセンサ装置の駆動方法である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 3 of the present invention, the hydrogen gas sensor A is configured to be able to determine whether the hydrogen gas concentration does not exceed the switching limit concentration which is the hydrogen concentration that may exceed the switching reference concentration. During the measurement of the hydrogen gas concentration by driving the hydrogen gas sensor A, it is judged whether the measurement atmosphere exceeds the switching limit concentration, and if it is judged that the judgment result exceeds the switching limit concentration, the hydrogen gas sensor It is a drive method of the hydrogen gas sensor device which switched to B and measured hydrogen gas concentration.

水素ガスセンサAによる計測中に測定雰囲気が高濃度化した場合に、水素ガスセンサAの損傷を防止するための措置である。このような構成とすることにより、測定雰囲気が切替限界濃度を上回った場合に水素ガスセンサBによる計測に切り替え、水素ガスセンサの計測を停止することで損傷を防止することができる。切替限界濃度は、切替基準濃度を上回らないことが好ましい。例えば、本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法のように、切替限界濃度と切替基準濃度とが等しい値となるように構成してもよい。 This is a measure to prevent damage to the hydrogen gas sensor A when the concentration of the measurement atmosphere is increased during measurement by the hydrogen gas sensor A. With such a configuration, when the measurement atmosphere exceeds the switching limit concentration, the measurement can be switched to the measurement by the hydrogen gas sensor B, and damage can be prevented by stopping the measurement of the hydrogen gas sensor. The switching limit concentration preferably does not exceed the switching reference concentration. For example, as in the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 4 of the present invention, the switching limit concentration and the switching reference concentration may be configured to be equal values.

水素ガスセンサAとして、従来からの半導体式ガスセンサ、水素吸収発熱を利用する水素ガスセンサ(水素吸収発熱型)などが、1ppm程度の極めて低水素ガス濃度を計測できるので好適であるが、動作には下記に示す水素感応物質を100℃程度のヒータ加熱による昇温が必要である。半導体式ガスセンサでは、ヒータ加熱中に水素濃度計測を行うが、水素吸収を利用する場合は、水素吸収物質に吸収された水素を追い出す時にヒータ加熱が必要である。   As a hydrogen gas sensor A, a conventional semiconductor gas sensor, a hydrogen gas sensor (hydrogen absorption heat generation type) using hydrogen absorption and heat generation, etc. are suitable because they can measure extremely low hydrogen gas concentration of about 1 ppm. It is necessary to raise the temperature of the hydrogen-sensitive substance shown in the above by heater heating at about 100.degree. In the semiconductor type gas sensor, hydrogen concentration measurement is performed during heater heating, but when hydrogen absorption is used, heater heating is necessary when discharging hydrogen absorbed by the hydrogen absorbing material.

水素ガスセンサAが、少なくとも1%以下の低水素ガス濃度域での水素ガス濃度計測用のセンサであり、ここでいう水素感応物質とは、動作原理により異なるが、微量の水素ガスに晒されることにより、水素ガスセンサAのセンシング領域に形成された水素感応物質の光沢変化などの光学的特性、電気抵抗、発熱、膨張変形などの物理学的特性、仕事関数、吸着状態や化学的結合状態などの化学的特性などの変化を示す物質である。水素感応物質は、水素ガスとの接触面積を増加させる観点から同一の体積の中では、薄膜状の形成が好適である。   The hydrogen gas sensor A is a sensor for measuring the hydrogen gas concentration in a low hydrogen gas concentration region of at least 1% or less, and the hydrogen-sensitive substance mentioned here is exposed to a trace amount of hydrogen gas although it differs depending on the operation principle. Optical characteristics such as gloss change of the hydrogen sensitive substance formed in the sensing area of the hydrogen gas sensor A, physical characteristics such as electrical resistance, heat generation, expansion deformation, work function, adsorption state and chemical bonding state It is a substance that exhibits changes such as chemical properties. The hydrogen sensitive substance is preferably in the form of a thin film within the same volume from the viewpoint of increasing the contact area with hydrogen gas.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、前記水素吸収物質への水素吸収発熱に基づく温度上昇を計測することにより水素ガス濃度を計測するようにした場合である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 5 of the present invention, the hydrogen gas concentration is measured by measuring a temperature rise based on hydrogen absorption and heat generation to the hydrogen absorbing material.

水素吸収物質への水素吸収発熱に基づく温度上昇を、搭載している温度センサで計測するようにした場合である。温度センサとして温度上昇分を計測することになるので、熱電対やサーモパイルなどの温度差センサを用いると良い。 In this case, the temperature rise due to the heat of hydrogen absorption into the hydrogen-absorbing material is measured by the mounted temperature sensor A. Since a temperature rise is to be measured as a temperature sensor, it is preferable to use a temperature difference sensor such as a thermocouple or a thermopile.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、前記水素感応物質として、半導体式ガスセンサの水素ガス吸着吸収による電気抵抗の変化を利用する物質とした場合である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 6 of the present invention, the hydrogen-sensitive substance is a substance utilizing a change in electric resistance due to absorption and absorption of hydrogen gas of a semiconductor type gas sensor.

従来、水素感応物質としての酸化錫薄膜などの半導体表面でのガス吸着吸収反応により、一般に半導体表面がn型になり電気抵抗が小さくなるという変化を利用する半導体式ガスセンサで多用されている。すなわち、水素感応物質として、酸化錫などを用いた半導体式ガスセンサでは、高温の下で動作させると水素ガスの吸着により、酸化錫が多少還元されて錫(Sn)リッチの状態になり電気抵抗が小さくなることを利用した水素ガスセンサである。水素による発熱反応は見えないが、電気抵抗変化を予め用意した校正データに基づき水素濃度に換算するものである。100%に近い高い水素濃度では、酸化錫膜が還元されて、Snリッチになり、これが微粒子化して互いに接触して塊となるなど、形状に大きな変化が生じて元に戻らない状態となり、劣化変質して行くという問題があった。   Conventionally, it is widely used in semiconductor type gas sensors that utilize a change in which the semiconductor surface is generally n-type and the electrical resistance is reduced due to the gas adsorption and absorption reaction on the semiconductor surface such as a tin oxide thin film as a hydrogen sensitive substance. That is, in a semiconductor gas sensor using tin oxide or the like as a hydrogen-sensitive substance, when it is operated at high temperature, adsorption of hydrogen gas causes tin oxide to be reduced to some extent to become a tin (Sn) rich state, resulting in electrical resistance. It is a hydrogen gas sensor that makes use of being smaller. Although the exothermic reaction due to hydrogen is not visible, the change in electrical resistance is converted to a hydrogen concentration based on calibration data prepared in advance. At a high hydrogen concentration close to 100%, the tin oxide film is reduced to become Sn-rich, and this is micronized and brought into contact with each other to form a mass, and a large change occurs in the shape and it does not return to the original state. There was a problem that it would deteriorate.

水素感応物質としての水素吸収物質を備えた水素ガスセンサで、気体中の水素ガスの吸収(吸蔵や吸着を含む)時の発熱反応に基づく温度変化を利用することができる。一般に、水素吸収物質は低温の方が多く水素を吸収する。しかし、水素を吸収してその温度での平衡状態に達すると水素の吸収が止み、水素吸収時に発熱反応が生じるので、吸収が止んでしまうと発熱反応も止んでしまうということになる。したがって、継続的に発熱反応による水素ガス濃度を計測するには、水素吸収物質から水素を追い出す必要がある。たとえば、パラジウム(Pd)を水素吸収物質として使用すると、160℃程度に加熱したときにPd中の水素の分圧が1気圧になるので、この程度の温度になるようなヒータ加熱が必要になる。このような高温のヒータ加熱による温度上昇が高濃度水素ガス中で行われると水素吸収物質としてのPd膜の上記したような劣化変質が生じる。   A hydrogen gas sensor provided with a hydrogen absorbing substance as a hydrogen sensitive substance can utilize a temperature change based on an exothermic reaction at the time of absorption (including storage and adsorption) of hydrogen gas in gas. In general, hydrogen absorbing materials absorb more hydrogen at lower temperatures. However, when hydrogen is absorbed and the equilibrium state at that temperature is reached, the absorption of hydrogen stops, and an exothermic reaction occurs at the time of hydrogen absorption, so if the absorption stops, the exothermic reaction also stops. Therefore, in order to continuously measure the hydrogen gas concentration due to the exothermic reaction, it is necessary to drive out hydrogen from the hydrogen absorbing material. For example, if palladium (Pd) is used as a hydrogen-absorbing material, the partial pressure of hydrogen in Pd becomes 1 atm when heated to about 160 ° C., so heater heating to such a temperature is required. . When the temperature rise due to such high temperature heater heating is performed in high concentration hydrogen gas, the above-described deterioration and deterioration of the Pd film as the hydrogen absorbing material occur.

水素感応物質としての水素吸収物質(吸蔵や吸着を含む)が、パラジウム(Pd)や白金(Pt)、更には、ニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)などの単体の金属や合金である水素吸蔵合金と呼ばれる金属、有機材料、セラミックスなどは、水素を吸収(吸蔵や吸着を含む)するときの反応は、一般に発熱反応であり、例えば、LaNi5の水素吸蔵合金の反応熱は、水素1モル当り、約7kcalであり、水素1g当り、約0.048kcalという大きな値である。また、逆に金属水素化合物を加熱して温度を上昇させると(このとき、吸熱反応が起こる)、水素を放出して元の水素吸蔵合金に戻る。このように水素吸収物質は、可逆的に水素を吸収したり放出したりして、これに伴い多量の熱の出入りがあることが知られている。   Hydrogen absorption that is a hydrogen absorbing substance (including storage and adsorption) as a hydrogen-sensitive substance is a single metal or alloy such as palladium (Pd) or platinum (Pt), and further nickel (Ni) or niobium (Nb) The reaction when hydrogen is absorbed (including storage and adsorption) is generally an exothermic reaction when metals, organic materials, ceramics, etc. are called alloys, and for example, the reaction heat of the hydrogen storage alloy of LaNi5 is, per mole of hydrogen And about 7 kcal, which is a large value of about 0.048 kcal per 1 g of hydrogen. Conversely, when the temperature is raised by heating the metal-hydrogen compound (at this time, an endothermic reaction occurs), hydrogen is released and returns to the original hydrogen storage alloy. Thus, it is known that the hydrogen absorbing material reversibly absorbs and releases hydrogen, and there is a large amount of heat coming and going with it.

水素ガス(H2)の水素吸収物質への吸収時は、一般にガスの状態ではなく、水素の単原子の状態で吸蔵される。水素吸収物質の表面が容易に酸化されたり、水蒸気や水分の影響を受けたり、更には、加熱・冷却を繰り返しても亀裂が入ったり、形状が変形したりしない水素吸収物質が望ましい。また、合金の場合は、製作時の組成変化が特性への吸収量、発熱量などへの影響が大きく、製作の歩留まりや設計に基づく製品化画一性への問題もあり、このような意味でパラジウム(Pd)や白金(Pt)などの化学的に安定で、不活性な単体金属が本発明の水素吸収物質として好適である。   At the time of absorption of hydrogen gas (H 2) into a hydrogen-absorbing material, it is generally stored not in the state of gas but in the state of monoatomic hydrogen. It is desirable that the surface of the hydrogen absorbing material be easily oxidized, be affected by water vapor and moisture, and that the hydrogen absorbing material does not crack or deform even after repeated heating and cooling. Also, in the case of an alloy, the composition change at the time of production has a large influence on the absorption amount to the characteristics, the calorific value, etc., and there is also a problem on production uniformity and uniformity on the basis of production yield and design. Chemically stable and inert single metals such as palladium (Pd) and platinum (Pt) are suitable as the hydrogen absorbing material of the present invention.

水素吸収物質を薄膜状に形成すると、スパッタリングや電子ビーム蒸着等で容易に形成できること、水素ガスに触れる表面積が大きくなること、熱容量が小さく高速応答性があること、その厚みの制御で、水素ガスの吸収完了までの時間が調整できること、従って、加熱中止後の発熱反応による昇温の時間調整ができること、必ずしも多孔質や微粒子にする必要が無く、平坦な薄膜で良いことなどから好都合である。   If the hydrogen absorbing material is formed into a thin film, it can be easily formed by sputtering, electron beam evaporation, etc., the surface area in contact with hydrogen gas becomes large, the heat capacity is small, the response is fast, and the thickness is controlled. It is advantageous from the fact that the time until the completion of absorption can be adjusted, and accordingly, the time for temperature rise due to the exothermic reaction after stopping heating can be adjusted, and it is not always necessary to make it porous or fine particles, and a flat thin film may be used.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、前記水素吸収物質として、パラジウム(Pd)を含む物質とした場合である。 A driving method of a hydrogen gas sensor device according to claim 7 of the present invention is a case where a substance containing palladium (Pd) is used as the hydrogen absorbing substance.

水素吸収物質としてのPdは、水素に対して極めて大きな選択性を有しており、水素吸収物質としてPd膜を用いることにより、水素ガスに対する極めて選択性の高い水素ガスセンサを提供できることになる。また、Pd膜は、スパッタリング堆積や蒸着により容易に薄膜状に堆積できるので、センシング領域への堆積とパターン化により大量生産性のある低消費電力で高速応答性のある安価な水素ガスセンサ装置が提供できる。   Pd as a hydrogen absorbing material has extremely high selectivity to hydrogen, and by using a Pd film as a hydrogen absorbing material, it is possible to provide a highly selective hydrogen gas sensor to hydrogen gas. In addition, since a Pd film can be easily deposited as a thin film by sputtering deposition or evaporation, deposition and patterning into a sensing region provide a low-power, inexpensive, inexpensive hydrogen gas sensor device with high mass productivity. it can.

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガスセンサAのヒータAと温度センサAと、水素ガスセンサBのヒータBと温度センサBとは、どちらも基板から熱分離した薄膜上に備えてある場合である。 In the hydrogen gas sensor device driving method according to claim 8 of the present invention, the heater A and temperature sensor A of the hydrogen gas sensor A, and the heater B and temperature sensor B of the hydrogen gas sensor B both are on the thin film thermally separated from the substrate. If you are prepared for

水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとは、どちらも熱型センサとした場合は、その消費電力を小さくさせ、応答速度を上げたいので、これらの加熱用ヒータA、ヒータBとそのセンシング領域である水素感応部の温度センサB、温度センサBは、外部への熱伝導を小さくさせ、その熱容量を小さくさせる必要から宙に浮いた構造、すなわち、基板から熱分離した薄膜構造上に形成する必要がある。   When both hydrogen gas sensor A and hydrogen gas sensor B are thermal type sensors, it is desirable to reduce their power consumption and to increase the response speed. The temperature sensor B and temperature sensor B of the sensitive part need to reduce the heat conduction to the outside and reduce their heat capacity, so they need to be formed on a floating structure, ie, a thin film structure thermally isolated from the substrate .

本発明の請求項に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、水素ガスセンサAの前記ヒータAの加熱により前記水素吸収物質から水素を放出させるようにし、前記ヒータAの加熱を停止させた後、前記ヒータAの水素が存在していないときの前記薄膜の熱時定数τ以上の所定の時間経過時点もしくは、それ以降での前記温度センサAの出力を利用し、その雰囲気ガス中での水素ガス濃度を知るようにした場合である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 9 of the present invention, the hydrogen is absorbed from the hydrogen absorbing material by heating the heater A of the hydrogen gas sensor A, and the heating of the heater A is stopped. Using the output of the temperature sensor A at or after a predetermined time that is greater than the thermal time constant τ of the thin film when hydrogen of the heater A is not present, the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas If you try to know

ヒータ加熱停止後では、加熱により水素吸収物質から一度放出された水素が、吸収され始めて、そのとき水素吸収時の発熱反応に基づき温度上昇が発生し、このために、あたかも熱時定数が大きくなったように、ゆっくりと元の雰囲気ガスの温度(室温)に戻ってゆく。もし、水素が含まれていない純粋の空気(水素ガス濃度が0%)では、基板から熱分離した薄膜に水素吸収物質が搭載されていても水素の吸収がないから、反応熱もなく、本来の熱時定数τで冷却される。水素ガスの計測を、ヒータ加熱停止後、熱時定数τ程度時間経過したときでも良いが、一般に、熱時定数τの4倍程度の時間経過後では、水素ガス濃度が0%の場合、ほぼ完全に冷却されて薄膜が室温に戻っていると考えられるので、水素吸収物質が搭載されている薄膜が加熱停止後の熱時定数τの4倍程度以降の時間経過後での室温からの温度(上昇分)ΔTは、水素吸収物質の水素吸収に基づく発熱反応の結果のみに依ると考えることができる。   After stopping the heating of the heater, hydrogen released from the hydrogen-absorbing material by heating starts to be absorbed, and the temperature rise occurs due to the exothermic reaction at the time of hydrogen absorption, which causes the thermal time constant to increase. It slowly returns to the temperature of the original atmosphere gas (room temperature). If pure air containing no hydrogen (hydrogen gas concentration is 0%), there is no absorption of hydrogen even if the hydrogen absorbing material is loaded on the thin film thermally separated from the substrate, so there is no heat of reaction, so it should be It is cooled with a thermal time constant τ of The hydrogen gas may be measured when the thermal time constant τ has elapsed after the heater heating is stopped, but generally, after approximately 4 times the thermal time constant τ, the hydrogen gas concentration is approximately 0%. Since it is considered that the thin film is completely cooled and the thin film has returned to room temperature, the temperature from the room temperature after a lapse of time about 4 times or more the thermal time constant τ after stopping heating (Amount of increase) ΔT can be considered to depend only on the result of the exothermic reaction based on the hydrogen absorption of the hydrogen absorbing material.

本発明の請求項10に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、前記ヒータAの加熱停止後、水素が存在していないときの前記薄膜の熱時定数τ以上の所定の時間経過時点以降において、前記温度センサAを利用して、雰囲気ガスの温度と前記温度センサAの位置の温度との温度差の出力を時間積分して出力し、該出力を利用して水素ガス濃度を知るようにした場合である。 In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 10 of the present invention, after the heating of the heater A is stopped, the predetermined time greater than or equal to the thermal time constant τ of the thin film when hydrogen does not exist When the output of the temperature difference between the temperature of the atmosphere gas and the temperature of the position of the temperature sensor A is integrated over time and output using the temperature sensor A, and the hydrogen gas concentration is known using the output It is.

水素ガスが存在していないときは、加熱停止後の薄膜の熱時定数τ以上の所定の時間経時点での周囲温度と薄膜の温度センサAの位置での温度と薄膜の温度との温度差は極めてゼロに近づき、その温度差に基づく出力電圧は極めてゼロに近い値である。しかし、水素ガスが存在すると、その吸収発熱により温度上昇があり、室温と考えられる基板と薄膜とに温度差が生じ、出力電圧が発生する。その信号出力には、ノイズが含まれており特定の1点での時間経過時点での出力は大きく変動してS/Nが小さな計測になる。このためには、コンデンサCに温度差に基づく信号電流を所定の期間だけ充電させて、所謂、温度差の出力を時間積分して出力してS/Nを向上させて高精度で、高感度の水素ガスセンサ装置を提供するようにしたものである。   When hydrogen gas is not present, the temperature difference between the temperature of the thin film and the temperature of the thin film at the position of the thin film temperature sensor A at a predetermined time point equal to or greater than the thermal time constant τ of the thin film after stopping heating Becomes very close to zero, and the output voltage based on the temperature difference is very close to zero. However, when hydrogen gas is present, its absorption heat generation causes a temperature rise, causing a temperature difference between the substrate which is considered to be room temperature and the thin film, and an output voltage is generated. The signal output contains noise, and the output at a specific point in time has greatly fluctuated, resulting in measurement with a small S / N. For this purpose, the capacitor C is charged with the signal current based on the temperature difference for a predetermined period, so that the so-called output of the temperature difference is integrated over time and output to improve S / N. The hydrogen gas sensor device of the present invention is provided.

本発明の請求項11に係わる水素ガスセンサ装置の駆動方法は、ヒータBをも所定のサイクルで加熱・冷却できるようにした場合である。 The method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 11 of the present invention is the case where the heater B can also be heated and cooled in a predetermined cycle.

本発明の水素ガスセンサ装置は、基板から宙に浮かした薄膜に水素感応物質を形成してあるので、その応答速度としての熱時定数τは、薄膜の寸法にもよるが、数ミリ秒程度の高速動作となる。したがって、水素吸収物質も薄膜状であるから、ヒータ加熱による水素ガスの放出過程も、この場合、10ミリ秒もあれば済む。また、のこの場合、冷却過程も、やはり、10ミリ秒もあれば済むことになり、加熱・冷却過程を含めても、100ミリ秒程度あれば十分で、従来にない高速動作の水素ガスセンサ装置が提供できることになる。   In the hydrogen gas sensor device of the present invention, since the hydrogen sensitive substance is formed on the thin film suspended from the substrate, the thermal time constant τ as the response speed depends on the size of the thin film, but is about several milliseconds. It operates at high speed. Therefore, since the hydrogen absorbing material is also in the form of a thin film, the process of releasing hydrogen gas by heater heating may be as long as 10 milliseconds in this case. Also, in this case, the cooling process may be as long as 10 milliseconds, and even if it includes the heating and cooling processes, only about 100 milliseconds will be sufficient, and a hydrogen gas sensor device of high speed operation which has not been achieved conventionally Can be provided.

ヒータ加熱も、所定の定常温度に薄膜を加熱して置き、この温度を基準にして、更に所定の温度まで、周期的に所定のサイクルで薄膜をヒータAやヒータBで加熱しても良い。水素ガスセンサAの薄膜に形成された水素吸収物質が、雰囲気ガスの温度である室温、または、ある所定の温度から更に所定の電力量などで加熱し、加熱を停止し、冷却されるようにする。水素吸収に基づく発熱効果を利用する場合は、ヒータ加熱は、水素感応物質である水素吸収物質からの水素ガスの脱離(放出)を促進して、初期状態に戻させるような作用を期待するものであり、冷却時には、雰囲気ガス中の水素を吸収して発熱させて、その時の温度上昇分を温度センサAで計測して水素濃度に換算するものである。   Also in the heater heating, the thin film may be heated to a predetermined steady temperature, and the thin film may be periodically heated by the heater A or the heater B periodically to a predetermined temperature based on this temperature. The hydrogen absorbing material formed in the thin film of the hydrogen gas sensor A is heated at a room temperature which is the temperature of the atmosphere gas, or at a predetermined electric power further from a predetermined temperature, and the heating is stopped and cooled. . When utilizing the heat absorption effect based on hydrogen absorption, heater heating is expected to work to promote the desorption (release) of hydrogen gas from the hydrogen absorbing substance which is a hydrogen sensitive substance and return it to the initial state At the time of cooling, hydrogen in the atmosphere gas is absorbed to generate heat, and a temperature rise at that time is measured by the temperature sensor A and converted to a hydrogen concentration.

雰囲気ガスの温度である室温は、その環境により測定ごとに異なるので、この温度を計測しておくことが必要である。このためには、基板にダイオードなどの絶対温度センサを形成しておき、基板1の温度を雰囲気ガスの温度として見做すか、それとも基板1の温度と雰囲気ガスの温度との関係を求めておき、構成するようにすれば良い。計測の初期状態または初期条件を一定にするために、敢えて、通常測定する場所の周囲温度よりも少し高めの所定の温度(例えば、30℃)に薄膜をヒータAやヒータBで加熱しておいても良い。   Since the room temperature which is the temperature of the atmosphere gas differs depending on the environment for each measurement, it is necessary to measure this temperature. For this purpose, an absolute temperature sensor such as a diode is formed on the substrate, and the temperature of the substrate 1 is regarded as the temperature of the atmosphere gas, or the relationship between the temperature of the substrate 1 and the temperature of the atmosphere gas is determined. , And should be configured. In order to make the initial state or initial conditions of measurement constant, the heater A or heater B heats the thin film to a predetermined temperature (for example, 30 ° C.) slightly higher than the ambient temperature of the place to be usually measured. It may be

上述のように、空気中の水素ガスの濃度が、4.0−75.0%の広い範囲で、爆発性があることが分かっている。本発明では、ヒータにより水素ガスを水素感応物質から放出させたり、熱伝導型センサとしてヒータ加熱したりするので、これらの水素ガス濃度範囲の計測が欠かせない。従って、本発明の水素ガスセンサ装置は、防爆型にする必要がある。防爆型の構造は、従来技術が適用できる。すなわち、金属などのメッシュ構造が好適であり、本発明の水素ガスセンサでは、宙に浮いた薄膜の温度計測をするので、気流の影響を極度に嫌うものである。従って、気流を遮るが水素ガスには、スムーズに検出部に到達して貰う必要がある。このような目的にも、気流を遮る金属などの多孔性となるメッシュ構造のキャップが好適である。   As mentioned above, it has been found that the concentration of hydrogen gas in the air is explosive in a wide range of 4.0-75.0%. In the present invention, since the hydrogen gas is released from the hydrogen sensitive substance by the heater and the heater is heated as a heat conduction type sensor, measurement of the hydrogen gas concentration range is indispensable. Therefore, the hydrogen gas sensor device of the present invention needs to be explosion proof. An explosion-proof structure can apply a prior art. That is, a mesh structure of metal or the like is preferable. In the hydrogen gas sensor of the present invention, since the temperature of a thin film floating in the air is measured, the influence of air flow is extremely disliked. Therefore, it is necessary to interrupt the air flow, but the hydrogen gas needs to reach the detection part smoothly and see through. Also for such purpose, a cap having a mesh structure that is porous such as metal that blocks air flow is preferable.

継続的に水素濃度計測対象の周囲環境気体中の水素ガス濃度を計測するために、請求項1に記載のように、最初に水素ガスセンサBを駆動し、被検ガス中の水素ガス濃度を判定度、水素ガス濃度が所定の値より大きければ、そのまま水素ガスセンサBで計測し、水素ガス濃度が所定の値より小さければ、水素ガスセンサAで計測するようにすることを、常時、サイクリックに計測するようにしても良い。しかしながら、その周囲環境気体中の水素ガス濃度が所定の値より大きいか、それとも小さいかの判定が一度なされると、例えば、自動的に、もしくは手動にて、水素ガスセンサAの計測モードや水素ガスセンサBの計測モードの切り替えができるようにすることもできる。もちろん、初めから水素ガスセンサAの計測モードや水素ガスセンサBの計測モードで計測するように設定することもできるようにすることが望ましい。   In order to continuously measure the hydrogen gas concentration in the ambient gas subject to hydrogen concentration measurement, as described in claim 1, the hydrogen gas sensor B is first driven to determine the hydrogen gas concentration in the test gas If the hydrogen gas concentration is higher than a predetermined value, the hydrogen gas sensor B is measured as it is. If the hydrogen gas concentration is lower than the predetermined value, the hydrogen gas sensor A is always cyclically measured to be measured. You may do it. However, if it is determined once whether the hydrogen gas concentration in the ambient gas is higher or lower than a predetermined value, for example, automatically or manually, the measurement mode of the hydrogen gas sensor A or the hydrogen gas sensor It is also possible to switch the measurement mode of B. Of course, it is desirable to be able to set so as to measure in the measurement mode of the hydrogen gas sensor A and the measurement mode of the hydrogen gas sensor B from the beginning.

本発明の請求項12に係わる水素ガスセンサ装置は、請求項1から11のいずれか一に記載水素ガスセンサ装置の駆動方法を用いるように構成したことを特徴とするものである。 A hydrogen gas sensor device according to claim 12 of the present invention is characterized in that it is configured to use the method for driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 11 .

基本的には、1%以下の水素ガス濃度を計測する水素ガスセンサAと、少なくとも1%以上の水素濃度を計測できる前記水素ガスセンサAとは動作原理が異なる水素ガスセンサBとを備えた水素ガスセンサ装置であって、水素ガス濃度を計測する時に、最初に水素ガスセンサBを駆動し、水素ガスセンサBの計測できる範囲内であれば(所定の規定値以上の水素ガス濃度)、水素ガスセンサBで水素ガス濃度を計測するようにし、水素ガスセンサBでの計測結果、水素ガスセンサBの所定の誤差内での計測範囲よりも小さい水素ガス濃度であると判断した時には(所定の規定値以下の水素ガス濃度)、水素ガスセンサAにより水素ガス濃度を計測するようにすることができるようにしたことを特徴とする水素ガスセンサ装置である。   Basically, a hydrogen gas sensor device comprising a hydrogen gas sensor A for measuring a hydrogen gas concentration of 1% or less and a hydrogen gas sensor B having an operation principle different from that of the hydrogen gas sensor A capable of measuring a hydrogen concentration of at least 1% When the hydrogen gas concentration is measured, the hydrogen gas sensor B is first driven, and if it is within the range where the hydrogen gas sensor B can measure (hydrogen gas concentration equal to or higher than a predetermined value), the hydrogen gas sensor B When the concentration is measured and it is determined that the hydrogen gas concentration is smaller than the measurement range within the predetermined error of the hydrogen gas sensor B as a result of measurement by the hydrogen gas sensor B (hydrogen gas concentration less than the predetermined value) A hydrogen gas sensor device is characterized in that the hydrogen gas concentration can be measured by the hydrogen gas sensor A.

本発明の請求項13に係わる水素ガスセンサ装置は、前記水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを近接して設けた場合である。 The hydrogen gas sensor device according to claim 13 of the present invention is the case where the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are provided close to each other.

水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとが離れて設置すると、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとの位置によって、水素ガス濃度が異なったり、周囲温度がそれぞれ異なってしまうことが想定され、その場合、測定結果に大きな誤差を生じてしまうことになる。近接とは、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとの周囲環境が略同一とみなされる程度に接近配置した場合のことをいう。   If the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are separated and installed, it is assumed that the hydrogen gas concentration may differ or the ambient temperature may differ depending on the position of the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B. In that case, the measurement results Will cause a large error. Proximity refers to the case where the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are disposed close to each other to the extent that the surrounding environment is considered to be substantially the same.

本発明の請求項14に係わる水素ガスセンサ装置は、前記水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを同一の基板に形成した場合である。 The hydrogen gas sensor device according to claim 14 of the present invention is the case where the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are formed on the same substrate.

例えば、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを同一のシリコン単結晶基板に形成した場合である。水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとが、熱型センサであり、基板から熱分離した薄膜を有する場合など、好適である。シリコン単結晶基板としてSOI基板を用いて、SOI基板のSOI層をカンチレバ構造、架橋構造、ダイアフラム構造の薄膜として基板から熱分離した薄膜とし、この上にヒータや温度センサ、更には、水素感応膜を形成すると良い。必要に応じて、ヒータと温度センサとを兼用にすることもできる。   For example, the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are formed on the same silicon single crystal substrate. It is preferable that the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are thermal sensors and have a thin film thermally separated from the substrate. Using an SOI substrate as a silicon single crystal substrate, the SOI layer of the SOI substrate is a thin film thermally isolated from the substrate as a thin film of cantilever structure, crosslinked structure, diaphragm structure, a heater, a temperature sensor, and a hydrogen sensitive film It is good to form If necessary, the heater and the temperature sensor can be combined.

本発明の請求項15に係わる水素ガスセンサ装置は、少なくとも、増幅回路、演算回路、ヒータ駆動回路、水素ガスセンサBの出力を利用した判断回路を搭載した場合である。 In the hydrogen gas sensor device according to claim 15 of the present invention, at least the amplifier circuit, the arithmetic circuit, the heater driving circuit, and the determination circuit using the output of the hydrogen gas sensor B are mounted.

水素ガスセンサ装置の駆動と水素濃度の計測に必要な各種回路(少なくとも、増幅回路、演算回路、ヒータ駆動回路、水素ガスセンサBの出力を利用した判断回路)をモジュール化して、水素ガスセンサ装置に搭載しても良いし、同一のシリコンSOI基板に集積回路を形成しておいても良い。   Various circuits (at least an amplifier circuit, an arithmetic circuit, a heater drive circuit, a judgment circuit using the output of hydrogen gas sensor B) necessary for driving the hydrogen gas sensor device and measuring hydrogen concentration are modularized and mounted on the hydrogen gas sensor device Alternatively, integrated circuits may be formed on the same silicon SOI substrate.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法では、特に、100℃程度の高温状態で高濃度の水素ガスに晒されると、その特性が劣化変質してしまうという低濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサAを保護するために、高濃度の水素ガスに晒されても特性が劣化しないという高濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサBを用いて、水素ガスセンサAを動作させる前に水素ガスセンサBで、水素吸収物質を傷め変質してヒステリシス現象が起こらない程度の安全限界センス濃度を下回る所定の基準値である切替基準濃度を測定雰囲気が下回っているかの被計測対象ガスの水素ガス濃度の判定を行う動作をさせるもので、水素ガスセンサAを高温状態で高濃度の水素ガスに晒さないで済むという利点がある。   In the method of driving a hydrogen gas sensor device according to the present invention, the hydrogen gas sensor A for measuring low concentration hydrogen gas is particularly characterized in that when exposed to high concentration hydrogen gas in a high temperature condition of about 100 ° C., its characteristics deteriorate and deteriorate. Before hydrogen gas sensor A is operated using hydrogen gas sensor B for measuring high concentration hydrogen gas that hydrogen gas sensor B does not deteriorate characteristics even if exposed to high concentration hydrogen gas to protect hydrogen absorbing material Operation is performed to determine the hydrogen gas concentration of the gas to be measured whether the measurement atmosphere is below the switching reference concentration, which is a predetermined reference value below the safety limit sense concentration at which damage does not occur and hysteresis does not occur. It has the advantage that the hydrogen gas sensor A need not be exposed to high concentration hydrogen gas at high temperature.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法及び水素ガスセンサ装置では、低濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサAと高濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサBとを備えているので、1ppm程度の極めて低濃度の水素ガスの検出から100%までの極めて高水素ガス濃度の計測まで、幅広い水素ガス濃度の計測が可能となるという利点がある。   In the hydrogen gas sensor device driving method and hydrogen gas sensor device of the present invention, since the hydrogen gas sensor A for low concentration hydrogen gas measurement and the hydrogen gas sensor B for high concentration hydrogen gas measurement are provided, extremely low concentration of about 1 ppm There is an advantage that measurement of a wide range of hydrogen gas concentration is possible from detection of hydrogen gas to measurement of extremely high hydrogen gas concentration up to 100%.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法は、予め被検ガス中に水素吸収物質を傷め変質してヒステリシス現象が起こらない程度の低濃度水素ガス状態であることがはっきりしている場合は、高水素ガス濃度計測用の水素ガスセンサBの動作を省略できるようにしているので、低水素ガス濃度計測用の水素ガスセンサAの動作を初めから行うようにして高速に低水素濃度計測ができるという利点がある。   According to the method of driving the hydrogen gas sensor device of the present invention, if it is clear in advance that hydrogen gas is in a state of low concentration to the extent that the hydrogen absorbing substance is damaged and altered in the test gas and hysteresis does not occur. Since the operation of the hydrogen gas sensor B for gas concentration measurement can be omitted, there is an advantage that the low hydrogen concentration measurement can be performed at high speed by performing the operation of the hydrogen gas sensor A for low hydrogen gas concentration measurement from the beginning. .

本発明の水素ガスセンサ装置では、同一基板に低水素ガス濃度計測用の水素ガスセンサAと高水素ガス濃度計測用の水素ガスセンサBとを近接して搭載できること、また、これらを駆動する増幅回路、演算回路、ヒータ駆動回路、水素ガスセンサBの出力を利用した判断回路を近接して搭載できることから、極めてコンパクトな水素ガスセンサ装置を提供できるという利点がある。   In the hydrogen gas sensor device of the present invention, the hydrogen gas sensor A for low hydrogen gas concentration measurement and the hydrogen gas sensor B for high hydrogen gas concentration measurement can be mounted close to each other on the same substrate, and an amplification circuit for driving these and calculation Since the circuit, the heater driving circuit, and the determination circuit using the output of the hydrogen gas sensor B can be mounted close to each other, there is an advantage that a very compact hydrogen gas sensor device can be provided.

本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法を説明するためのフローチャートである。(実施例1)It is a flowchart for demonstrating the drive method of the hydrogen gas sensor apparatus of this invention. Example 1 本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法に用いる水素ガスセンサのセンサチップの一実施例の平面概略図である。(実施例1、実施例3)It is the plane schematic of one example of the sensor chip of the hydrogen gas sensor used for the drive method of the hydrogen gas sensor device of the present invention. (Example 1, Example 3) 本発明の水素ガスセンサ装置の図2に示すセンサチップ100の水素ガスセンサAの部分のX−X線に沿う断面概略図である。(実施例1)It is the cross-sectional schematic which follows the XX line of the part of hydrogen gas sensor A of the sensor chip 100 shown in FIG. 2 of the hydrogen gas sensor apparatus of this invention. Example 1 本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法で、ヒータ25Bの加熱と冷却サイクルにおける温度センサ20Bの出力の一実施例のタイムチャートで、同図(A)は、クロックパルス、同図(B)は、温度センサ20Bの出力波形のタイムチャートである。(実施例1)In the method for driving a hydrogen gas sensor device of the present invention, FIG. 7A is a clock chart of an embodiment of the output of the temperature sensor 20B in heating and cooling cycles of the heater 25B, FIG. It is a time chart of an output waveform of temperature sensor 20B. Example 1 本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法に用いる水素ガスセンサとしての水素ガス濃度計測装置の一実施例の構成ブロック図である。(実施例1)It is a block diagram of an example of a hydrogen gas concentration measuring device as a hydrogen gas sensor used for a method of driving a hydrogen gas sensor device of the present invention. Example 1 本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法に用いる加熱・冷却のサイクルで、水素ガスセンサAからの応答波形の概略図である。(実施例1)It is the schematic of the response waveform from the hydrogen gas sensor A in the cycle of the heating and cooling used for the drive method of the hydrogen gas sensor apparatus of this invention. Example 1 本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法に用いるセンサチップ100の一実施例の概略図を示し、同図(A)は、その平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。(実施例2)The schematic diagram of one Example of the sensor chip 100 used for the drive method of the hydrogen gas sensor apparatus of this invention is shown, the figure (A) is the plane | planar schematic, and the figure (B) is a cross-sectional schematic. (Example 2) 本発明の水素ガスセンサ装置の熱伝導型の水素ガスセンサBを用いた場合の一実施例で、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。(実施例3)The figure (A) is a plane | planar schematic, and the figure (B) is a cross-sectional schematic with one Example at the time of using the heat conduction type hydrogen gas sensor B of the hydrogen gas sensor apparatus of this invention. (Example 3) 本発明の水素ガスセンサ装置で、カンチレバ状のセンシング領域7Aを有する場合の一実施例を示し、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。(実施例3)The hydrogen gas sensor device of the present invention shows an embodiment in the case of having cantilever-like sensing regions 7A, in which (A) is a schematic plan view and (B) is a schematic sectional view. (Example 3) 本発明の水素ガスセンサ装置において、単独の水素ガスセンサAとして実現したセンサチップ100の一実施例で、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。(実施例3)In the hydrogen gas sensor device of the present invention, in the embodiment of the sensor chip 100 realized as a single hydrogen gas sensor A, the same figure (A) is a schematic plan view, and the same figure (B) is a schematic sectional view. (Example 3) 本発明の水素ガスセンサ装置において、単独の水素ガスセンサAとして実現したセンサチップ100で、架橋構造のセンシング領域7Aを有する場合の一実施例であり、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。(実施例3)In the hydrogen gas sensor device of the present invention, the sensor chip 100 realized as a single hydrogen gas sensor A is an example in the case of having the sensing area 7A of the cross-linked structure, and FIG. (B) is a cross-sectional schematic view. (Example 3)

以下、本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法と水素ガスセンサ装置について、実施例に基づき詳細に説明する。なお、水素ガスセンサのセンサチップは、成熟した半導体集積化技術とMEMS技術を用いて、シリコン(Si)基板で形成できる。このシリコン(Si)基板、特にSOI基板を用いて製作した場合の図面を参照して説明する。   Hereinafter, a method of driving a hydrogen gas sensor device and a hydrogen gas sensor device according to the present invention will be described in detail based on examples. The sensor chip of the hydrogen gas sensor can be formed of a silicon (Si) substrate using mature semiconductor integration technology and MEMS technology. Description will be made with reference to the drawings in the case of using this silicon (Si) substrate, in particular, an SOI substrate.

図1は、本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法を説明するためのフローチャートである。図2は、同一のSOI層を有する基板1(シリコン単結晶の中に、埋め込み絶縁層であるBOX層がある基板)に、低濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサAと高濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサBとを搭載している場合の本発明の水素ガスセンサ装置のセンサチップ100の平面概略図である。水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとは、基板1を共有してそれぞれのカンチレバ状のセンシング領域7A、7Bを用いて水素ガス濃度を計測するようにした場合である。また、ここでは、水素ガスセンサA用のヒータAとしてのヒータ25Aと温度センサAとしての温度センサ20Aとがカンチレバ状のセンシング領域7Aに形成されてあり、水素感応物質5として水素吸収物質をセンシング領域7Aの先端付近に形成した場合である。また、水素ガスセンサB用のヒータBとしてのヒータ25Bと温度センサBとしての温度センサ20Bとがカンチレバ状のセンシング領域7Bに形成されてあり、水素ガスセンサBとして熱伝導型水素ガスセンサを採用した場合であるので、水素感応物質5としての水素吸収物質は設けない。温度センサ20Aと温度センサ20Bとは、どちらもSOI層を薄膜熱電対の一方の熱電導体120aとし、絶縁膜50を介しての他方の熱電導体120bからなる温度差センサである薄膜熱電対を温度センサとして採用している場合である。図3は、図2示すセンサチップ100の水素ガスセンサAの部分のX−X線に沿う断面概略図である。   FIG. 1 is a flow chart for explaining the driving method of the hydrogen gas sensor device of the present invention. FIG. 2 shows a hydrogen gas sensor A for measuring low concentration hydrogen gas and a high concentration hydrogen gas measurement on a substrate 1 having the same SOI layer (a substrate having a BOX layer which is a buried insulating layer in silicon single crystal) The hydrogen gas sensor B of the present invention is mounted on a schematic plan view of the sensor chip 100 of the hydrogen gas sensor device of the present invention. The hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B share the substrate 1 to measure the hydrogen gas concentration using the cantilever-shaped sensing regions 7A and 7B. Here, the heater 25A as the heater A for the hydrogen gas sensor A and the temperature sensor 20A as the temperature sensor A are formed in the cantilever sensing region 7A, and a hydrogen absorbing material as the hydrogen sensitive material 5 is sensed. It is a case where it forms near the tip of 7A. Also, the heater 25B as the heater B for the hydrogen gas sensor B and the temperature sensor 20B as the temperature sensor B are formed in the cantilevered sensing region 7B, and a heat conduction type hydrogen gas sensor is adopted as the hydrogen gas sensor B. Because of this, no hydrogen absorbing material is provided as the hydrogen sensitive material 5. The temperature sensor 20A and the temperature sensor 20B both use the SOI layer as one of the thermocouples 120a of the thin-film thermocouple and the thin-film thermocouple, which is a temperature difference sensor consisting of the other thermocouple 120b through the insulating film 50, It is a case where it is adopted as a sensor. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the line XX of the portion of the hydrogen gas sensor A of the sensor chip 100 shown in FIG.

図1を用いて、本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法について説明する。図1に示すように、水素ガス濃度を計測する周囲環境気体(被検ガス)に、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを備えた水素ガスセンサ装置(水素ガス濃度計測装置)を用い、電源をオンにさせる(S0101)。この時、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを被検ガスに晒すが、水素ガス濃度計測動作は先ずは行わないようにし、次に、例えば、自動的に高濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサBの計測動作を行わせる(S0102)。次に、水素ガスセンサBでの水素ガス濃度の測定結果が水素吸収物質を傷め変質してヒステリシス現象が起こらない程度の安全限界センス濃度の所定の水素ガス濃度値(切替基準濃度)以上であるか、それ以下であるかを判断させる(S0103)。もし、切替基準濃度以上の水素ガス濃度であれば(図1では、No)、水素ガスセンサBでの計測結果を表示するようにする(S0104)。もし、切替基準濃度以下の水素ガス濃度であれば(図1では、Yes)、水素ガスセンサAでの低水素ガス濃度の計測に着手し(S0105)、その結果を表示するようにするものである(S0106)。水素ガスセンサBでの所定の水素ガス濃度値(切替基準濃度)を、水素ガスセンサAでの水素ガス濃度の計測で問題にならない、すなわち、被検ガス中の水素ガスは、低濃度水素ガスであるために、水素ガスセンサAの劣化変質を引き起こさない程度の値にしてあるので、水素ガスセンサAは、これ以下の水素ガス濃度では、安定な水素ガスセンサAとして水素ガス濃度計測ができる。   The driving method of the hydrogen gas sensor device of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the power is turned on using a hydrogen gas sensor device (hydrogen gas concentration measuring device) provided with a hydrogen gas sensor A and a hydrogen gas sensor B as the ambient gas (test gas) for measuring the hydrogen gas concentration. (S0101). At this time, although the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are exposed to the test gas, the hydrogen gas concentration measurement operation is not performed first, and then, for example, the hydrogen gas sensor B for high concentration hydrogen gas measurement automatically. Measurement operation is performed (S0102). Next, whether the measurement result of the hydrogen gas concentration by the hydrogen gas sensor B is higher than a predetermined hydrogen gas concentration value (switching reference concentration) of the safety limit sense concentration to the extent that the hydrogen absorbing substance is damaged and denatured and the hysteresis phenomenon does not occur. It is judged whether it is less than that (S0103). If the hydrogen gas concentration is equal to or higher than the switching reference concentration (No in FIG. 1), the measurement result by the hydrogen gas sensor B is displayed (S0104). If the hydrogen gas concentration is lower than the switching reference concentration (Yes in FIG. 1), measurement of the low hydrogen gas concentration with the hydrogen gas sensor A is started (S0105), and the result is displayed (S0106). The predetermined hydrogen gas concentration value (switching reference concentration) with the hydrogen gas sensor B does not matter in the measurement of the hydrogen gas concentration with the hydrogen gas sensor A, that is, the hydrogen gas in the test gas is a low concentration hydrogen gas Therefore, the hydrogen gas sensor A can measure the hydrogen gas concentration as a stable hydrogen gas sensor A at a hydrogen gas concentration lower than the hydrogen gas sensor A because the hydrogen gas sensor A does not cause deterioration or deterioration.

図2や図3に示す同一のSOI層を有する基板1に形成した水素ガスセンサAと水素ガスセンサBを持つセンサチップ100は、公知のMEMS技術により容易に形成することができる。ここでは、SOI基板のSOI層11を用いて、カンチレバ状の薄膜10A、10Bを形成し、ここに温度センサとして、温度差センサである薄膜熱電対を形成してあり、本実施例では、ヒータとしてSOI層11の上に形成しているシリコン酸化膜の絶縁膜50の上に、ニクロム薄膜の抵抗体の薄膜を用いて形成した例である。カンチレバ状薄膜10A、10Bの先端部は、その面積を大きくしてあり、一様に発熱できるように薄膜熱電対の測定点(温接点)26を囲むようにニクロム薄膜の抵抗体をジグザグ形状に配置
してある。薄膜熱電対は、SOI層11(例えば、n型シリコン単結晶膜で、厚み10μm程度)を第1の熱電導体120aとし、その上にSOI層11を熱酸化して形成したシリコン酸化膜である絶縁膜50を介して形成してある第2の熱電導体120b(例えば、ニッケル薄膜やニクロム薄膜)を形成して、測定点(温接点)26としてのオーム性コンタクト60を作成して形成される。基板1には、薄膜熱電対の基準点(冷接点)27を形成している。カンチレバの長さは、700μm程度で良い。また、ここでは、基板1の温度を計測するために、基板1にpn接合ダイオード(半導体ダイオード)を形成してあり、基板1の絶対温度を計測するための絶対温度センサ23として利用している。なお、半導体ダイオードを絶対温度センサ23として使用する方法は、150℃以下の比較的低温である室温の計測では、半導体ダイオードに、一定の順電圧を印加し、その時のダイオード電流の温度依存性から求める方法、一定の電流を流し、その時のダイオード順電圧の温度依存性から求める方法があり、150℃以上の高温計測では、0.5Vから1V程度の固定の逆方向印加電圧でのダイオードの逆方向電流の温度依存性から求めることができる。
The hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B formed on the substrate 1 having the same SOI layer shown in FIGS. 2 and 3 can be easily formed by the known MEMS technology. Here, cantilever thin films 10A and 10B are formed using the SOI layer 11 of the SOI substrate, and a thin film thermocouple, which is a temperature difference sensor, is formed as a temperature sensor here. In this embodiment, a heater is used. As an example, a thin film of a nichrome thin film resistor is formed on the silicon oxide film insulating film 50 formed on the SOI layer 11. The tips of cantilever thin films 10A and 10B have a large area, and the resistance of nichrome thin film is formed into a zigzag shape so as to surround the measurement point (hot junction) 26 of the thin film thermocouple so that heat can be uniformly generated. It is arranged. The thin film thermocouple is a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the SOI layer 11 on the SOI layer 11 (for example, an n-type silicon single crystal film and having a thickness of about 10 μm) as the first thermal conductor 120a. The second thermal conductor 120b (for example, a nickel thin film or a nichrome thin film) formed through the insulating film 50 is formed to form the ohmic contact 60 as the measurement point (warm contact) 26. . A reference point (cold junction) 27 of the thin film thermocouple is formed on the substrate 1. The length of cantilevers may be about 700 μm. Here, in order to measure the temperature of the substrate 1, a pn junction diode (semiconductor diode) is formed on the substrate 1 and used as an absolute temperature sensor 23 for measuring the absolute temperature of the substrate 1. . In the method of using a semiconductor diode as the absolute temperature sensor 23, a constant forward voltage is applied to the semiconductor diode in measurement of a room temperature which is a relatively low temperature of 150 ° C. or less, and the temperature dependency of the diode current at that time There is a method of obtaining a constant current and a method of obtaining it from the temperature dependency of the diode forward voltage at that time, and in high temperature measurement of 150 ° C. or more, the reverse of the diode at a fixed reverse applied voltage of about 0.5V to 1V. It can be determined from the temperature dependence of the directional current.

高濃度水素ガス計測用の水素ガスセンサBを熱伝導型としているが、この水素ガスセンサBの動作と被検ガス中の水素ガス濃度の判断機能等について説明する。図2及び図3に示す同一のSOI層11を有する基板1に水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを備えた水素ガスセンサ装置(水素ガス濃度測定装置)を用いて説明する。水素ガスセンサBのカンチレバ状に形成したセンシング領域7Bのヒータ25Bに、水素ガスセンサAのヒータ25Aと共通の電極パッド71cと電極パッド71bとを介して電流を流してヒータ加熱をする。この時のヒータ温度は200℃程度のように高温の方が高感度になる。温度センサとして上述の薄膜熱電対の温度センサ20Bを用いている。薄膜熱電対の温度センサ20Bは、温度差センサであるから基板1に形成した基準点27(共通電極バッド75)とカンチレバ状に形成したセンシング領域7Bの先端部にある測定点26(電極パッド70bを使用)との間の温度差を出力する。図4には、その時の温度センサ20Bのヒータ25Bの加熱と冷却サイクルの一実施例のタイムチャートを示す。図4(A)は、ヒータ25Bの加熱冷却用のクロックパルスのタイムチャートであり、図4(B)は、温度センサ20Bの出力波形のタイムチャートである。   Although the hydrogen gas sensor B for high concentration hydrogen gas measurement is of the heat conduction type, the operation of the hydrogen gas sensor B and the function of determining the hydrogen gas concentration in the test gas will be described. A hydrogen gas sensor device (hydrogen gas concentration measuring device) will be described using a hydrogen gas sensor A and a hydrogen gas sensor B on a substrate 1 having the same SOI layer 11 shown in FIGS. 2 and 3. A current is supplied to the heater 25B of the sensing region 7B formed in the cantilever shape of the hydrogen gas sensor B through the electrode pad 71c and the electrode pad 71b common to the heater 25A of the hydrogen gas sensor A to perform heater heating. The heater temperature at this time is as high as about 200 ° C., and the sensitivity is higher. The above-mentioned thin film thermocouple temperature sensor 20B is used as a temperature sensor. Since the thin film thermocouple temperature sensor 20B is a temperature difference sensor, the reference point 27 (common electrode pad 75) formed on the substrate 1 and the measurement point 26 (electrode pad 70b) at the tip of the sensing region 7B formed in cantilever shape. Output the temperature difference between FIG. 4 shows a time chart of one embodiment of heating and cooling cycles of the heater 25B of the temperature sensor 20B at that time. FIG. 4A is a time chart of a clock pulse for heating and cooling of the heater 25B, and FIG. 4B is a time chart of an output waveform of the temperature sensor 20B.

図4(B)に示す温度センサ20Bの出力波形に示すように、被検ガス中に水素ガスが存在しない場合(水素ガス濃度:0%)、水素ガスセンサBのセンシング領域7Bの温度上昇に対応する出力電圧は、飽和出力電圧である最大のV0となる。しかし、水素ガス濃度が大の時は、飽和出力電圧は最大V0よりも小さな電圧Vmとなり、水素ガス濃度が大きくなるにつれて、飽和出力電圧Vmは、V0よりさらに小さくなる。この時の水素ガス濃度が0%の時の飽和出力電圧である最大出力電圧V0から、ある水素ガス濃度の時の飽和出力電圧Vmは、出力差ΔVだけ小さくなる。この出力差ΔV(=V0−Vm)と水素ガス濃度との予め用意してある校正データを利用して、被検ガス中の水素ガス濃度を計測するものである。図4に示すように、被検ガス中の水素ガス濃度が所定の水素ガス濃度値である規定値(水素ガス濃度での表現)に対応する飽和出力電圧Vcよりも小さな電圧Vmであれば(水素ガス濃度では、大きくなる)、被検ガス中の水素ガス濃度が水素ガスセンサBで計測できる範囲に入っているので、そのまま、水素ガスセンサBで計測できると、判断回路で判断して、演算回路等で被検ガス中の水素ガス濃度に換算して表示する。しかし、被検ガス中の水素ガス濃度が所定の値(例えば、1000ppm)である規定値に対応する飽和出力電圧Vcよりも大きな電圧Vm(V0に近い値)であれば、被検ガス中の水素ガス濃度が水素ガスセンサBで計測するには誤差が大きい。例えば、1000ppm以下の低水素ガス濃度に対しては、計測が困難な熱伝導型の水素ガスセンサBである熱伝導型水素ガスセンサは、被検ガス中の水素ガス濃度が所定の値である規定値(切替基準濃度)以下であると、判断回路を用いて判断して、1000ppm以下の低水素ガス濃度に対しても感度が大きい水素ガスセンサAでの計測に切り替えて、水素ガスセンサAで被検ガス中の水素ガス濃度を計測するものである。   As shown in the output waveform of the temperature sensor 20B shown in FIG. 4B, when the hydrogen gas is not present in the test gas (hydrogen gas concentration: 0%), the temperature rise of the sensing area 7B of the hydrogen gas sensor B is supported. The output voltage to be output is the maximum V0 which is a saturated output voltage. However, when the hydrogen gas concentration is high, the saturation output voltage is a voltage Vm smaller than the maximum V0, and as the hydrogen gas concentration increases, the saturation output voltage Vm becomes smaller than V0. From the maximum output voltage V0, which is the saturation output voltage when the hydrogen gas concentration at this time is 0%, the saturation output voltage Vm when the hydrogen gas concentration is low becomes smaller by the output difference ΔV. The hydrogen gas concentration in the test gas is measured by using the previously prepared calibration data of the output difference .DELTA.V (= V0-Vm) and the hydrogen gas concentration. As shown in FIG. 4, if the hydrogen gas concentration in the test gas is a voltage Vm smaller than the saturation output voltage Vc corresponding to the specified value (representation in hydrogen gas concentration) which is a predetermined hydrogen gas concentration value Since the hydrogen gas concentration in the test gas is within the range that can be measured by the hydrogen gas sensor B at the hydrogen gas concentration, it can be measured by the hydrogen gas sensor B as it is. The concentration is converted to the hydrogen gas concentration in the test gas and displayed. However, if the hydrogen gas concentration in the test gas is a voltage Vm (value close to V0) larger than the saturation output voltage Vc corresponding to the specified value which is a predetermined value (for example, 1000 ppm), the test gas contains The error is large for the hydrogen gas concentration to be measured by the hydrogen gas sensor B. For example, a heat conduction type hydrogen gas sensor, which is a heat conduction type hydrogen gas sensor B that is difficult to measure for low hydrogen gas concentrations of 1000 ppm or less, is a specified value where the hydrogen gas concentration in the test gas is a predetermined value (Switching reference concentration) Judged by using the judgment circuit that it is less than or equal to the switching reference concentration, switching to measurement with the hydrogen gas sensor A having high sensitivity even to low hydrogen gas concentration of 1000 ppm or less The concentration of hydrogen gas in the

図5には、水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを備えた本発明の水素ガスセンサ装置としての水素ガス濃度計測装置の構成ブロック図を示す。図1に示した本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法のフローチャートを説明する水素ガス濃度計測装置の構成とその動作の説明を図示したものである。水素ガス濃度計測装置の電源を入れると、先ず、水素ガスセンサBの被検ガス中の水素ガス濃度の計測が、水素ガスセンサBのヒータ駆動により始まり、その出力信号を増幅回路にて増幅して、水素ガスセンサBからの信号の大きさ、すなわち、上述の規定値に対応する飽和出力電圧Vcよりも大きな出力電圧Vmであるか、それとも小さな出力電圧Vmであるか、を判断回路で判断させる。そして、飽和出力電圧Vcよりも小さな出力電圧Vmである場合(水素ガス濃度が切替基準濃度より大きく、ΔVが大きい)は、必要に応じて増幅回路を利用して増幅し、校正データなどを利用して、演算回路で処理をして、水素ガスセンサBの出力結果を利用して、水素ガス濃度を表示する。また、飽和出力電圧Vcよりも大きな出力電圧Vmである場合(ΔVが小さい)は、水素ガスセンサAのヒータ駆動回路に切り替え、水素ガスセンサAでの低濃度水素ガス計測により、必要に応じて増幅回路を利用して増幅し、校正データなどを利用して、演算回路で処理をして、水素ガスセンサAの出力結果を利用して、水素ガス濃度を表示するものである。もちろん、リークディテクタなどの応用で、被検ガス中、水素吸収物質を傷め劣化変質してヒステリシス現象が起こらない程度の極めて低濃度の水素ガスしかに存在していないことが明らかな場合は、高速応答性を重視して最初から水素ガスセンサAの動作だけで行わせることもできるようにしても良い。また、逆に、高水素ガス濃度である被検ガスである場合は、水素ガスセンサAの動作が行われないようにセットできるようにしても良い。   FIG. 5 shows a block diagram of a hydrogen gas concentration measuring device as a hydrogen gas sensor device of the present invention provided with a hydrogen gas sensor A and a hydrogen gas sensor B. FIG. 4 illustrates the configuration of a hydrogen gas concentration measuring device and the description of the operation thereof, which illustrates a flowchart of a method of driving a hydrogen gas sensor device according to the present invention shown in FIG. When the hydrogen gas concentration measuring apparatus is turned on, first, the measurement of the hydrogen gas concentration in the test gas of the hydrogen gas sensor B starts by the heater drive of the hydrogen gas sensor B, and its output signal is amplified by the amplifier circuit, The determination circuit determines whether the magnitude of the signal from the hydrogen gas sensor B, that is, whether the output voltage Vm is larger or smaller than the saturation output voltage Vc corresponding to the above-described prescribed value. When the output voltage Vm is smaller than the saturation output voltage Vc (hydrogen gas concentration is larger than the switching reference concentration, ΔV is large), amplification is performed using an amplification circuit as necessary, and calibration data and the like are used. Then, processing is performed by the arithmetic circuit, and the output result of the hydrogen gas sensor B is used to display the hydrogen gas concentration. If the output voltage Vm is larger than the saturation output voltage Vc (ΔV is small), switch to the heater drive circuit of the hydrogen gas sensor A, and measure the low concentration hydrogen gas with the hydrogen gas sensor A as needed. The signal is amplified by using the signal, processed by the arithmetic circuit using calibration data and the like, and the hydrogen gas concentration is displayed by using the output result of the hydrogen gas sensor A. Of course, in applications such as leak detectors, if it is clear that hydrogen gas absorbing substances are damaged and degraded and degraded in the test gas and hydrogen gas is present only in a very low concentration where hysteresis does not occur. It may be made to be able to be performed only by the operation of the hydrogen gas sensor A from the beginning with emphasis on responsiveness. Also, conversely, in the case of the test gas having a high hydrogen gas concentration, the hydrogen gas sensor A may be set so as not to operate.

水素ガスセンサAの動作に関して、ここでは、水素ガスセンサAとして、水素吸収発熱型の例を用いて説明する。この場合、図2と図3に示す水素感応物質5として、ここでは、水素吸収物質であるパラジウム(Pd)を主体とした薄膜(Pd膜という)を用いた場合についての例を示す。Pd膜は、スパッタリング堆積により容易に1マイクロメートル(μm)程度の膜厚に形成することができる。Pd膜は水素だけを透過する金属膜として多用されており、水素ガスの高純度化にも使用されている。Pd膜は、水素吸収時に発熱反応を起こし、温度上昇する。低温である程、水素の吸収量が多く、高温に加熱すると吸収していた水素を放出して、平衡状態に達する。したがって、ある温度で水素ガスを吸収するとその温度での平衡状態になるまで水素を吸収するが、平衡状態になり飽和すると、それ以上吸収しないので、発熱反応も止み、したがって、温度上昇も止む。継続的に発熱作用を引き起こすには、Pd膜から水素ガスを追い出す必要があり、サイクリックなヒータ加熱により、加熱・冷却のサイクルを続けることが重要である。加熱時に、Pd膜に吸収されている水素を放出させ、冷却時に水素吸収をして発熱させ、この時の温度上昇を計測すると良い。   The operation of the hydrogen gas sensor A will be described here using an example of a hydrogen absorption / heat generation type as the hydrogen gas sensor A. In this case, an example in which a thin film (referred to as a Pd film) mainly composed of palladium (Pd) which is a hydrogen-absorbing material is used as the hydrogen-sensitive material 5 shown in FIGS. The Pd film can be easily formed to a film thickness of about 1 micrometer (μm) by sputtering deposition. The Pd film is widely used as a metal film that transmits only hydrogen, and is also used for high purification of hydrogen gas. The Pd film causes an exothermic reaction when absorbing hydrogen and the temperature rises. The lower the temperature is, the larger the amount of absorbed hydrogen, and when heated to a high temperature, the absorbed hydrogen is released to reach an equilibrium state. Therefore, when hydrogen gas is absorbed at a certain temperature, it absorbs hydrogen until it is in equilibrium at that temperature, but when it is in equilibrium and saturates, it does not absorb any more, so the exothermic reaction also stops, and hence the temperature rise also stops. In order to cause the exothermic action continuously, it is necessary to drive out hydrogen gas from the Pd film, and it is important to continue the heating / cooling cycle by cyclic heater heating. It is preferable to release hydrogen absorbed in the Pd film at the time of heating, absorb hydrogen at the time of cooling to generate heat, and measure the temperature rise at this time.

図6には、図2及び図3に示す水素ガスセンサAとしてのセンシング領域7Aに形成してある水素感応物質5としての水素吸収物質であるPd膜をそのヒータ25Aにより加熱・冷却のサイクルでヒータ加熱した場合の水素ガスセンサAからの応答波形の概略図を示す。たとえば、被検ガス中に、100ppmの水素ガス濃度があった場合を示し、更に、被検ガス中には、水素ガス濃度が0%(例えば、純粋の空気)の場合の水素ガスセンサAからの応答波形の概略も示している。被検ガス中に、100ppmの水素ガス濃度があった場合は、Pd膜中に吸収されていた水素ガスは、加熱サイクル(例えば、160℃のヒータ加熱)では、水素ガスとして周囲に放出されて平衡状態になるが、100ppmの水素ガス濃度に晒されているので、冷却サイクルでは、低温になるにつれてこれを吸収して発熱反応が生じている。したがって、センシング領域7Aの冷却時の温度は、緩やかな曲線で低下する。この温度を、水素ガスセンサAのセンシング領域7Aに形成されている温度センサ20Aとしての温度差センサの薄膜熱電対センサで計測する。ヒータ25Aの加熱は、電極バッド71aと電極バッド71c間に電流を流し、温度センサ20Aは、温度センサ20A用の電極パッド70aと共通電極パッド75間で熱起電力を計測する。しかしながら、被検ガス中の水素ガス濃度が0%(例えば、純粋の空気)の場合は、水素吸収に伴う発熱がないので、センシング領域7Aは、ヒータ加熱を止めると本来の熱時定数τで急速に指数関数的に冷却される。一般に、その熱時定数τの数倍になる時間経過後(例えば、τの4倍の時間経過後の時点)には、周囲温度との温度差は完全にゼロになるから、そのような時点で、被検ガス中の水素ガス濃度を計測すると、温度センサ20Aの出力が観測されるので、この出力値ΔVは、被検ガス中の水素ガスによる発熱反応に依るものであり、これを計測して予め用意してある校正用データに基づき水素ガス濃度を求めるものである。前記出力値ΔVをコンデンサに充電するなどで時間積分することにより、さらに高感度化させることができる。   In FIG. 6, a Pd film as a hydrogen-absorbing material as the hydrogen-sensitive material 5 formed in the sensing area 7A as the hydrogen gas sensor A shown in FIGS. 2 and 3 is heated by the heater 25A in the heating / cooling cycle. The schematic diagram of the response waveform from the hydrogen gas sensor A at the time of heating is shown. For example, it shows the case where there is a hydrogen gas concentration of 100 ppm in the test gas, and further, in the test gas, the hydrogen gas from the hydrogen gas sensor A when the hydrogen gas concentration is 0% (for example, pure air) The outline of the response waveform is also shown. If there is a hydrogen gas concentration of 100 ppm in the test gas, the hydrogen gas absorbed in the Pd film is released to the environment as hydrogen gas in the heating cycle (for example, heater heating at 160 ° C.) Although it is in an equilibrium state, since it is exposed to a hydrogen gas concentration of 100 ppm, in the cooling cycle, as it gets cold, it absorbs this and an exothermic reaction occurs. Therefore, the temperature at the time of cooling of sensing area 7A falls by a gentle curve. This temperature is measured by the thin film thermocouple sensor of the temperature difference sensor as the temperature sensor 20A formed in the sensing area 7A of the hydrogen gas sensor A. In heating the heater 25A, a current flows between the electrode pad 71a and the electrode pad 71c, and the temperature sensor 20A measures the thermoelectromotive force between the electrode pad 70a for the temperature sensor 20A and the common electrode pad 75. However, if the hydrogen gas concentration in the test gas is 0% (for example, pure air), there is no heat generation associated with hydrogen absorption, so the sensing region 7A has the original thermal time constant τ when the heater heating is stopped. It is rapidly cooled exponentially. Generally, the temperature difference with the ambient temperature is completely zero after a time that is several times its thermal time constant τ (for example, a time after 4 times τ) Then, when the hydrogen gas concentration in the test gas is measured, the output of the temperature sensor 20A is observed, so this output value ΔV depends on the exothermic reaction by the hydrogen gas in the test gas, and this is measured The hydrogen gas concentration is determined on the basis of calibration data prepared in advance. The sensitivity can be further enhanced by time integration of the output value ΔV by charging the capacitor or the like.

ここでは、水素ガスセンサAとして、半導体式ガスセンサを使用した場合について説明する。本発明の水素ガスセンサ装置での水素ガスセンサBとしては、上述と同様、熱伝導型水素ガスセンサを用いることができる。図7には、このような水素ガスセンサAとして、半導体式ガスセンサを使用し、水素ガスセンサBとして、熱伝導型水素ガスセンサのそれぞれのセンシング領域7A, 7Bを、同一SOI層を有する基板1に形成したセンサチップ100の一実施例の概略図を示し、同図(A)は、その平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。上述の実施例では、センシング領域7A, 7Bをカンチレバ状の場合であったが、ここでは、どちらも架橋構造にした場合であり、カンチレバ構造では、その支持部が1個であるから、ヒータや温度センサの配線、更に半導体式ガスセンサの水素感応物質5としての水素吸収物質である金属薄膜である酸化錫薄膜などの抵抗計測用の配線が基板1側への導入の際は非常に込み合うが、架橋構造にした場合は、その支持部が2個であるから、配線の基板1側への導入は楽になるという利点がある。しかし、その代わりに、基板1への熱伝導による放熱も大きくなるからセンシング領域7A, 7Bの長さを長くする必要があり、センサチップ100の寸法が大きくしなければならない。   Here, the case where a semiconductor gas sensor is used as the hydrogen gas sensor A will be described. As the hydrogen gas sensor B in the hydrogen gas sensor device of the present invention, a heat conduction hydrogen gas sensor can be used as described above. In FIG. 7, a semiconductor gas sensor is used as such hydrogen gas sensor A, and the sensing regions 7A and 7B of the heat conduction hydrogen gas sensor are formed on the substrate 1 having the same SOI layer as the hydrogen gas sensor B. The schematic diagram of one Example of the sensor chip 100 is shown, the figure (A) is the plane | planar schematic, and the figure (B) is a cross-sectional schematic. In the above-described embodiment, the sensing areas 7A and 7B are cantilever-shaped, but here, both are cross-linked structures, and in the cantilever structure, since there is one supporting portion, the heater or the Wiring for temperature sensor and wiring for measuring resistance such as tin oxide thin film which is a metal thin film which is a hydrogen absorbing material as hydrogen sensitive substance 5 of semiconductor type gas sensor, etc. are very crowded when introduced on the substrate 1 side. In the case of the crosslinked structure, since there are two supporting portions, there is an advantage that the introduction of the wiring to the substrate 1 side becomes easy. However, since the heat radiation by the heat conduction to the substrate 1 also increases, the length of the sensing regions 7A and 7B needs to be increased, and the size of the sensor chip 100 must be increased.

水素ガスセンサBのヒータ25Bは、例えば、ニクロム(NiCr)薄膜で形成される。また、温度センサ20Bは、前記実施例1,2と同様、SOI層とニクロム膜の薄膜熱電対の場合である。ヒータ25Bは、電極パッド73aと電極パッド73bとの間に電流を流すことによりヒータ加熱ができる。また、温度センサ20Bは、センシング領域7Bがヒータ加熱されたときに電極パッド74aと電極パッド74b間に熱起電力が生じる。また、水素ガスセンサAのヒータ25Aは、ここでは、センシング領域7AのSOI層を用いている。さらに、温度センサ20Aは、ヒータ25Aの抵抗温度計数を利用して測温抵抗体として使用している。水素ガスセンサAとしての半導体式ガスセンサは、例えば、水素感応物質5としての水素吸収物質である酸化錫薄膜を400℃程度に加熱しておき、水素ガスである還元性ガスが表面から吸着吸収されたときに、酸化錫薄膜を還元して、金属リッチな酸化錫薄膜になり電気抵抗が小さくなることで、この電気抵抗変化から予め用意している校正データを利用して被検ガス中の水素ガス濃度を算定するものである。すなわち、水素感応物質5としての水素吸収物質である酸化錫薄膜の電気抵抗の計測は、図7に示す水素感応物質5の電極80a、80bを介して電極パッド70aと電極パッド70bとの間の抵抗変化を計測して被検ガス中の水素ガス濃度を計測するものである。水素ガスセンサBの被検ガス中の水素ガス濃度を計測して、その値を規定値と比較して、判断回路を用いて水素ガスセンサAで低水素ガス濃度域を計測するなどの判断機能を有する本発明の水素ガスセンサの駆動方法は、上述の実施例と同様であるので、ここでの説明は省略する。   The heater 25B of the hydrogen gas sensor B is formed of, for example, a nichrome (NiCr) thin film. The temperature sensor 20B is a thin film thermocouple of an SOI layer and a nichrome film as in the first and second embodiments. The heater 25B can perform heater heating by passing a current between the electrode pad 73a and the electrode pad 73b. Further, in the temperature sensor 20B, a thermoelectromotive force is generated between the electrode pad 74a and the electrode pad 74b when the sensing area 7B is heated by the heater. Also, here, the heater 25A of the hydrogen gas sensor A uses the SOI layer of the sensing area 7A. Furthermore, the temperature sensor 20A is used as a temperature measuring resistor by using the resistance temperature count of the heater 25A. The semiconductor gas sensor as the hydrogen gas sensor A, for example, heats a tin oxide thin film which is a hydrogen absorbing substance as the hydrogen sensitive substance 5 to about 400 ° C., and a reducing gas which is a hydrogen gas is adsorbed and absorbed from the surface. When the tin oxide thin film is reduced to form a metal-rich tin oxide thin film and the electric resistance is reduced, the hydrogen gas in the test gas is prepared using calibration data prepared in advance from the change in the electric resistance. The concentration is calculated. That is, the measurement of the electrical resistance of the tin oxide thin film which is a hydrogen absorbing substance as the hydrogen sensitive substance 5 is carried out between the electrode pad 70a and the electrode pad 70b through the electrodes 80a and 80b of the hydrogen sensitive substance 5 shown in FIG. The change in resistance is measured to measure the hydrogen gas concentration in the test gas. The hydrogen gas concentration in the test gas of the hydrogen gas sensor B is measured, the value is compared with the specified value, and the judgment circuit is used to have a judgment function such as measuring the low hydrogen gas concentration region with the hydrogen gas sensor A The method of driving the hydrogen gas sensor according to the present invention is the same as that of the above-described embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施例では、単独の水素ガスセンサAに近接配置した単独の水素ガスセンサBを用いて、本発明の水素ガスセンサ装置の駆動方法を実施した場合の例を示す。単独の水素ガスセンサBとして、図8に示す熱伝導型の水素ガスセンサBを用いた場合の例を示す。この図8に示す熱伝導型水素ガスセンサBの平面概略図を図8(A)に示し、その断面概略図を図8(B)に示しているが、図8(A)に示しているように、実施例1で示した図2の平面概略図のうちの一方のセンシング領域7Aを独立にした形である。したがって、その動作は、実施例1で示した場合と同様であるからここでの説明は省略する。本実施例では、単独の水素ガスセンサAとして、図9は、カンチレバ状のセンシング領域7Aを有する場合の一実施例を示し、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。その水素感応物質5として、水素吸収発熱型としてのPdなどの水素吸収物質の薄膜を形成してある時は、実施例1の場合と同様で同様である。   In the present embodiment, an example is shown in which the driving method of the hydrogen gas sensor device of the present invention is implemented using a single hydrogen gas sensor B disposed close to a single hydrogen gas sensor A. As an independent hydrogen gas sensor B, an example in the case of using the heat conduction type hydrogen gas sensor B shown in FIG. 8 is shown. A schematic plan view of the heat conduction type hydrogen gas sensor B shown in FIG. 8 is shown in FIG. 8 (A), and a schematic sectional view thereof is shown in FIG. 8 (B), but as shown in FIG. In the first embodiment, one sensing area 7A in the plan view of FIG. 2 shown in the first embodiment is independent. Therefore, the operation is the same as the case shown in the first embodiment, and the description thereof is omitted here. In this embodiment, as a single hydrogen gas sensor A, FIG. 9 shows an embodiment in the case of having cantilever-like sensing regions 7A, in which (A) is a schematic plan view and (B) is a schematic view. FIG. When a thin film of a hydrogen-absorbing material such as Pd as a hydrogen-absorbing and heat-generating type is formed as the hydrogen-sensitive material 5, the same process as in Example 1 is performed.

図10は、水素ガスセンサにおいて、単独の水素ガスセンサAとして実現し、かつ、ヒータ25Aと温度センサ20Aとを兼用にした場合のセンサチップ100の一実施例で、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。また、カンチレバ状のセンシング領域7Aを有する場合を示し、図11は、水素ガスセンサにおいて、単独の水素ガスセンサAとして実現したセンサチップ100で、架橋構造のセンシング領域7Aを有し、かつ、ヒータ25Aと温度センサ20Aとを兼用にした場合の一実施例であり、同図(A)は、平面概略図、同図(B)は、断面概略図である。本実施例でのヒータ25Aと温度センサ20Aとを兼用にした場合は、水素感応物質5として、水素吸収発熱型としてのPdなどの水素吸収物質の薄膜を形成した場合に好適である。水素吸収発熱型の場合は、水素吸収物質に吸収された水素を追い出すためにヒータ加熱するが、実施例1に示したように、水素吸収発熱は、冷却サイクル時にその温度計測を行うので、水素の追い出しのヒータ25Aとしての作用であるヒータ加熱サイクルと温度センサ20Aとしての温度上昇分の温度(差)計測作用の冷却サイクルとは、時系列で異なるので、好都合である。ヒータ25Aと温度センサ20Aとを兼用にすることにより、配線等の電気的分離が単純になり製作工程が少なく、また、単純な構造のコンパクトな水素ガスセンサのセンサチップ100が提供できる。   FIG. 10 shows an embodiment of the sensor chip 100 in the case where the hydrogen gas sensor is realized as a single hydrogen gas sensor A and the heater 25A and the temperature sensor 20A are used together, and FIG. The figure and the figure (B) are cross-sectional schematic views. FIG. 11 shows a sensor chip 100 realized as a single hydrogen gas sensor A in a hydrogen gas sensor, having a sensing area 7A of a cross-linked structure, and a heater 25A and a hydrogen gas sensor. It is one Example at the time of making it use the temperature sensor 20A, and the figure (A) is a plane schematic, and the figure (B) is a cross-sectional schematic. In the case where the heater 25A and the temperature sensor 20A are used in the present embodiment, it is preferable to form a thin film of a hydrogen absorbing material such as Pd as a hydrogen absorbing and heat generating type as the hydrogen sensitive material 5. In the case of the hydrogen absorption heat generation type, the heater is heated to drive out the hydrogen absorbed by the hydrogen absorption material, but as shown in Example 1, since the hydrogen absorption heat generation measures its temperature during the cooling cycle, The heater heating cycle, which is the action as the heater 25A for the expulsion, and the cooling cycle for the temperature (difference) measurement action as the temperature sensor 20A differ from each other in time series, which is advantageous. By combining the heater 25A and the temperature sensor 20A, electrical separation of wiring and the like is simplified, the number of manufacturing steps is reduced, and a compact hydrogen gas sensor chip 100 with a simple structure can be provided.

本実施例では、これらの単独の水素ガスセンサAと単独の水素ガスセンサBとを、近接配置して水素ガスセンサ装置である水素ガス濃度測定装置を構成するもので、上記実施例の同一の基板1に形成した場合と動作は本質的に同等であるので、その説明は省略する。   In the present embodiment, the single hydrogen gas sensor A and the single hydrogen gas sensor B are disposed close to each other to constitute a hydrogen gas concentration measuring device which is a hydrogen gas sensor device, and the same substrate 1 of the above embodiment is used. Since the operation and the formation are essentially the same, the description is omitted.

上述の実施例では、水素濃度計測にヒータの加熱を行っているので、空気中の水素の引火温度が低く、爆発性があることから金属メッシュでの覆いを付けるなどして、防爆型にして使用することが求められる。   In the above-mentioned embodiment, since the heater is heated to measure the hydrogen concentration, the ignition temperature of hydrogen in the air is low, and it is explosive-proof, for example, by covering it with a metal mesh because it is explosive. It is required to use.

上述の実施例は、それぞれ一実施例に過ぎず、本願発明の主旨と作用および効果が同様でありながら、種々の変形があることは当然である。   The above-described embodiments are merely examples, and it goes without saying that there are various modifications while the gist, operation and effects of the present invention are similar.

水素ガスは、燃料として使用したり、物質の水素還元工程、燃料電池や二次電池に使用されたり、プローブガスとして水素ガスを微量混入させて、リークディテクタに採用されるなど、極めて広範囲に使用されている。しかし、空気中での爆発の危険性があるなど、その管理には、水素ガスの濃度を知る必要があり、必要に応じて、1ppm程度の極めて低水素ガス濃度の計測から、100%までの高水素濃度計測など、極めて広範囲の濃度計測が必要になっている。特に、高感度水素濃度計測には、ヒータ加熱が必要なことが多く、しかも、低水素ガス濃度計測では、水素感応物質5としての水素吸収物質は、高温での高濃度水素ガスへの暴露により、水素感応物質5が急速に劣化変質することが知られており、これらの対策が必要になっていた。本発明の水素ガスセンサの駆動方法により、これらの問題点が解消されるので、コンパクトで、長寿命かつ広範囲の水素ガス濃度計測ができる水素ガスセンサ装置が提供できる。   Hydrogen gas is used in a very wide range, such as being used as a fuel, used in hydrogen reduction processes for substances, used in fuel cells and secondary batteries, or mixed with trace amounts of hydrogen gas as a probe gas, and adopted in leak detectors It is done. However, there is a risk of explosion in the air, etc., so it is necessary to know the concentration of hydrogen gas, and if necessary, measurement of extremely low hydrogen gas concentration of about 1 ppm, up to 100% A very wide range of concentration measurement is required, such as high hydrogen concentration measurement. In particular, heater heating is often required for high-sensitivity hydrogen concentration measurement. Furthermore, in low-hydrogen gas concentration measurement, the hydrogen-absorbing substance as the hydrogen-sensitive substance 5 is exposed to high-concentration hydrogen gas at high temperatures. The hydrogen-sensitive substance 5 is known to deteriorate and deteriorate rapidly, and these measures have been required. Since these problems are eliminated by the method of driving a hydrogen gas sensor of the present invention, it is possible to provide a compact, long-life hydrogen gas sensor device capable of measuring a wide range of hydrogen gas concentration.

1 基板
5 水素感応物質
7A, 7B センシング領域
10A、10B 薄膜
11 SOI層
12 SOI層の島
13 BOX層
15 下地基板
20A, 20B 温度センサ
23 絶対温度センサ
25A, 25B ヒータ
26 測定点(温接点)
27 基準点(冷接点)
40 空洞
41 溝
50 絶縁膜
60 オーム性コンタクト
70a、70b 電極パッド
71a、71b、71c 電極パッド
72a、72b 電極パッド
73a、73b 電極パッド
74a、74b 電極パッド
75 共通電極パッド
80a、80b 電極
100 センサチップ
120 熱電対
120a, 120b 熱電導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 substrate 5 hydrogen sensitive substance 7A, 7B sensing area 10A, 10B thin film 11 SOI layer 12 island of SOI layer 13 BOX layer 15 base substrate 20A, 20B temperature sensor 23 absolute temperature sensor 25A, 25B heater 26 measurement point (warm contact)
27 reference point (cold junction)
40 cavity 41 groove 50 insulating film 60 ohmic contact 70a, 70b electrode pad 71a, 71b, 71c electrode pad 72a, 72b electrode pad 73a, 73b electrode pad 74a, 74b electrode pad 75 common electrode pad 80a, 80b electrode 100 sensor chip 120 Thermocouple 120a, 120b Thermoconductor

Claims (15)

計測領域が水素ガスセンサBと比較して相対的に低濃度である水素ガスセンサAと、
計測領域が前記水素ガスセンサAと比較して相対的に高濃度である水素ガスセンサBと、
を組み合わせて水素ガス濃度を計測する水素ガスセンサ装置の駆動方法であって、所定の基準値である切替基準濃度を測定雰囲気が下回っているか判断可能に構成してある水素ガスセンサ装置の駆動方法において、水素ガスセンサBは、ヒータBと温度センサBとを備え、100%近い高濃度水素ガスに晒されても劣化しない構造である熱伝導型センサであること、前記水素ガスセンサAは、その水素感応物質として、水素吸収物質とし、吸収した水素を放出させるヒータAと温度センサAとを備えたこと、前記所定の基準値である切替基準濃度は、水素ガスセンサAの高濃度側での水素ガスの吸収と放出を伴う加熱・冷却サイクルにより、水素吸収物質を傷め劣化変質してヒステリシス現象が起こらない程度の安全限界センス濃度であること、
水素ガス濃度の計測を開始する時に、水素ガスセンサAを測定雰囲気に晒した状態で、しかもヒータ加熱しない状態で、
最初に水素ガスセンサBを駆動し、該水素ガスセンサBの水素ガス濃度の計測により、測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断し、判断結果が切替基準濃度を下回っていると判断される場合には、水素ガスセンサAで、前記加熱・冷却サイクルを行い、前記ヒータAで加熱する加熱サイクルで水素を放出させ、冷却サイクルで水素ガス濃度を計測するようにし、前記切替基準濃度が1%濃度である水素ガスセンサ装置の駆動方法。
A hydrogen gas sensor A whose measurement region has a relatively low concentration compared to the hydrogen gas sensor B,
A hydrogen gas sensor B having a relatively high concentration as compared with the hydrogen gas sensor A,
A driving method of a hydrogen gas sensor device for measuring a hydrogen gas concentration by combining the hydrogen gas sensor device, the hydrogen gas sensor device driving method being configured to be able to judge whether the measurement reference concentration is lower than a predetermined reference value . The hydrogen gas sensor B is a heat conduction type sensor having a heater B and a temperature sensor B and having a structure that does not deteriorate even when exposed to high concentration hydrogen gas close to 100%, and the hydrogen gas sensor A has its hydrogen sensitive substance as, the hydrogen-absorbing material, further comprising a heater a and a temperature sensor a to release the absorbed hydrogen, the switching reference density said a predetermined reference value, the absorption of hydrogen gas at the high concentration side of the hydrogen gas sensor a and the heating and cooling cycle with the release, Dearuko safety limit sense concentration of a degree that does not cause hysteresis deteriorated deteriorated to damage the hydrogen-absorbing material ,
When the hydrogen gas sensor A is exposed to the measurement atmosphere when the measurement of the hydrogen gas concentration is started , and the heater is not heated,
First, the hydrogen gas sensor B is driven, and by measuring the hydrogen gas concentration of the hydrogen gas sensor B, it is judged whether the measurement atmosphere is lower than the switching reference concentration, and it is judged that the judgment result is lower than the switching reference concentration. The hydrogen gas sensor A performs the heating / cooling cycle, releases the hydrogen in the heating cycle heated by the heater A, and measures the hydrogen gas concentration in the cooling cycle, and the switching reference concentration is 1% concentration Method of driving a hydrogen gas sensor device
水素ガスセンサBを駆動して水素ガス濃度の計測中に、
測定雰囲気が切替基準濃度を下回っているか判断し、判断結果が切替基準濃度を下回っていないと判断される場合には継続して水素ガスセンサBで水素ガス濃度を計測するようにした請求項1記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。
While measuring hydrogen gas concentration by driving the hydrogen gas sensor B,
Measurement atmosphere is determined whether the below the switching reference density, the judgment result according to claim 1, wherein which is adapted to measure the hydrogen gas concentration in the hydrogen gas sensor B to continue if it is determined that not less than the switching reference density Method of driving hydrogen gas sensor device
水素ガスセンサAは水素ガス濃度が切替基準濃度を超えるおそれがある水素濃度である切替限界濃度を上回っていないか判断可能に構成されており、
水素ガスセンサAを駆動して水素ガス濃度の計測中に、
測定雰囲気が切替限界濃度を上回っていないか判断し、判断結果が切替限界濃度を上回っていると判断される場合には水素ガスセンサBに切り替えて水素ガス濃度を計測するようにした請求項1もしくは2のいずれか一に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。
The hydrogen gas sensor A is configured to be able to determine whether the hydrogen gas concentration does not exceed the switching limit concentration, which is the hydrogen concentration that may exceed the switching reference concentration,
While measuring hydrogen gas concentration by driving the hydrogen gas sensor A,
Measurement atmosphere is determined whether does not exceed the switching limit concentration, claim 1 or was to measure the hydrogen gas concentration by switching the hydrogen gas sensor B in the case where the determination result is determined to be greater than the switching limit concentration The driving method of the hydrogen gas sensor device according to any one of 2 .
切替限界濃度と切替基準濃度とは等しい値である請求項に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The method according to claim 3 , wherein the switching limit concentration and the switching reference concentration are equal to each other. 前記水素吸収物質への水素吸収発熱に基づく温度上昇を計測することにより水素ガス濃度を計測するようにした請求項1から4のいずれか一に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The method for driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogen gas concentration is measured by measuring a temperature rise based on the heat of hydrogen absorption into the hydrogen absorbing substance. 前記水素感応物質として、半導体ガスセンサの水素ガス吸着吸収による電気抵抗の変化を利用する物質とした請求項1から5のいずれか一に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The method for driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen sensitive substance is a substance utilizing a change in electric resistance due to hydrogen gas adsorption and absorption of a semiconductor gas sensor. 前記水素吸収物質として、パラジウム(Pd)を含む物質とした請求項1から6のいずれか一に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The method of driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydrogen absorbing material is a material containing palladium (Pd). 水素ガスセンサAのヒータAと温度センサAと、水素ガスセンサBのヒータBと温度センサBとは、どちらも基板から熱分離した薄膜上に備えてある請求項1から7のいずれかに記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The hydrogen according to any one of claims 1 to 7 , wherein the heater A and the temperature sensor A of the hydrogen gas sensor A, and the heater B and the temperature sensor B of the hydrogen gas sensor B are both provided on a thin film thermally separated from the substrate. Method of driving a gas sensor device. 前記ヒータAの加熱により前記水素吸収物質から水素を放出させるようにし、前記ヒータAの加熱を停止させた後、前記ヒータの水素が存在していないときの前記薄膜の熱時定数τ以上の所定の時間経過時点もしくは、それ以降での前記温度センサAの出力を利用し、その雰囲気ガス中での水素ガス濃度を知るようにした請求項に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 After hydrogen is released from the hydrogen absorbing material by the heating of the heater A and the heating of the heater A is stopped, the thermal time constant τ of the thin film when hydrogen of the heater A does not exist is 9. The method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 8 , wherein the output of the temperature sensor A at or after a predetermined time elapses is used to know the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas. 前記ヒータAの加熱停止後、水素が存在していないときの前記薄膜の熱時定数τ以上の所定の時間経過時点以降において、前記温度センサAを利用して、雰囲気ガスの温度と前記温度センサAの位置の温度との温度差の出力を時間積分して出力し、該出力を利用して水素ガス濃度を知るようにした請求項に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 After the heating of the heater A is stopped, the temperature sensor A is used to measure the temperature of the atmosphere gas and the temperature sensor after a predetermined time has elapsed, which is equal to or more than the thermal time constant τ of the thin film when hydrogen is not present. 10. The method of driving a hydrogen gas sensor device according to claim 9 , wherein the output of the temperature difference with the temperature at A is integrated over time and output, and the output is used to know the hydrogen gas concentration. 前記ヒータB所定のサイクルで加熱・冷却できるようにした請求項1から10のいずれかに記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法。 The method for driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 10 , wherein the heater B can also be heated and cooled in a predetermined cycle. 請求項1から11のいずれか一に記載の水素ガスセンサ装置の駆動方法を用いるように構成したことを特徴とする水素ガスセンサ装置。 A hydrogen gas sensor device configured to use the method for driving a hydrogen gas sensor device according to any one of claims 1 to 11 . 前記水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを近接して設けてある請求項12に記載の水素ガスセンサ装置。 The hydrogen gas sensor device according to claim 12 , wherein the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are provided in proximity to each other. 前記水素ガスセンサAと水素ガスセンサBとを同一の基板に形成した請求項12又は13のいずれかに記載の水素ガスセンサ装置。 14. The hydrogen gas sensor device according to claim 12, wherein the hydrogen gas sensor A and the hydrogen gas sensor B are formed on the same substrate. 少なくとも、増幅回路、演算回路、ヒータ駆動回路、水素ガスセンサBの出力を利用した判断回路を搭載した請求項12から14のいずれかに記載の水素ガスセンサ装置。 The hydrogen gas sensor device according to any one of claims 12 to 14 equipped with at least an amplifier circuit, an arithmetic circuit, a heater drive circuit, and a judgment circuit using the output of the hydrogen gas sensor B.
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