Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7203663B2 - gas sensor - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7203663B2 - gas sensor - Google Patents

gas sensor Download PDF

Info

Publication number
JP7203663B2
JP7203663B2 JP2019065566A JP2019065566A JP7203663B2 JP 7203663 B2 JP7203663 B2 JP 7203663B2 JP 2019065566 A JP2019065566 A JP 2019065566A JP 2019065566 A JP2019065566 A JP 2019065566A JP 7203663 B2 JP7203663 B2 JP 7203663B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
catalyst
acetone
temperature
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019065566A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020165756A (en
Inventor
暁士 傳寳
久男 大西
篤 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP2019065566A priority Critical patent/JP7203663B2/en
Publication of JP2020165756A publication Critical patent/JP2020165756A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7203663B2 publication Critical patent/JP7203663B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

本発明は、特定条件で対象ガスと接触することにより、ガス検知部の電気的特性が変化することを利用したガスセンサに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas sensor that utilizes changes in the electrical characteristics of a gas detection part due to contact with a target gas under specific conditions.

対象ガスと接触することにより、対象ガスに応じた態様で電気的特性が変化するガスセンサと、ガスセンサを加熱するヒータ部位と、ヒータ部位による加熱を制御する加熱制御部と、ガスセンサの電気的特性を測定して対象ガスを検出するガス検出部とを有するガス検知装置が知られている。このようなガス検知装置においては、加熱制御部によりヒータ部位を制御することにより、対象ガスの種類に応じた適切な温度にガスセンサを加熱して、ガスセンサの電気的特性(電気抵抗値、電圧値など)に基づいて対象ガスを検出する。具体的には、複数の対象ガスそれぞれについて、特定の測定温度に加熱後、特定の時間経過後の電気抵抗値等の電気的特性を、対象ガスと関連付けてあらかじめ記憶しておき、温度を順に変更した際の電気的特性を測定し、温度に対する測定値と合致する対象ガスを検出する。 A gas sensor whose electrical characteristics change in a manner corresponding to the target gas upon contact with the target gas, a heater portion that heats the gas sensor, a heating control section that controls heating by the heater portion, and the electrical characteristics of the gas sensor. A gas detection device is known that has a gas detection unit that measures and detects a target gas. In such a gas detection device, the heater portion is controlled by the heating control section to heat the gas sensor to an appropriate temperature according to the type of target gas, and the electrical characteristics (electric resistance value, voltage value) of the gas sensor are measured. etc.). Specifically, for each of a plurality of target gases, after heating to a specific measurement temperature, the electrical characteristics such as the electrical resistance value after a specific time has passed are stored in advance in association with the target gas, and the temperatures are stored in order. Measure the electrical properties when changed, and detect the target gas that matches the measured value for temperature.

ガスセンサは、半導体基板上に設けられるガス検知部と、ガス検知部を加熱するヒータ部と、ガス検知部を覆う触媒部(ガス選択燃焼部)とを備える。ここで、触媒部は、7%のパラジウムが触媒として担持されたアルミナ焼結材である。 The gas sensor includes a gas detection section provided on a semiconductor substrate, a heater section that heats the gas detection section, and a catalyst section (gas selective combustion section) that covers the gas detection section. Here, the catalyst portion is an alumina sintered material supporting 7% palladium as a catalyst.

特開2011-27752号公報JP 2011-27752 A

しかしながら、対象ガスとしてアセトン等の揮発性有機化合物(VOC)を低濃度で検知する場合、従来のガスセンサでは十分な感度が得られない場合がある。これは、貴金属触媒が高濃度に担持される触媒部を用いると、揮発性有機化合物が触媒部で燃焼しやすくなり、ガス検知部で検知することが困難になるためであると思われるとの知見を得るに至った。 However, when detecting low concentrations of volatile organic compounds (VOCs) such as acetone as the target gas, there are cases where sufficient sensitivity cannot be obtained with conventional gas sensors. This is thought to be because volatile organic compounds are more likely to burn in the catalyst part when a catalyst part carrying a high concentration of precious metal catalyst is used, making it difficult to detect with the gas detection part. I have come to know.

本発明は、対象ガスとして低濃度の揮発性有機化合物としてのアセトンを高感度に検出することを目的とする。 An object of the present invention is to detect acetone as a low-concentration volatile organic compound as a target gas with high sensitivity.

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るガスセンサは、所定の測定温度に加熱された際に対象ガスであるアセトンとの接触により電気的特性が変化するガス検知部と、前記ガス検知部を加熱するヒータ部と、前記ガス検知部を覆う触媒部とを備え、前記触媒部は、触媒金属として、パラジウム、イリジウム、白金、およびロジウムのうちの1または複数が組み合わされて担持され、前記触媒部における前記触媒金属の合計含有率が、0.1質量%以上3質量%以下である。 In order to achieve the above object, a gas sensor according to one embodiment of the present invention comprises a gas detection part whose electrical characteristics change upon contact with acetone, which is a target gas, when heated to a predetermined measurement temperature; A heater unit that heats a gas detection unit and a catalyst unit that covers the gas detection unit, and the catalyst unit supports a combination of one or more of palladium, iridium, platinum, and rhodium as a catalyst metal. and the total content of the catalyst metals in the catalyst portion is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less.

このような構成により、触媒部での対象ガスのアセトンの燃焼が抑制され、対象ガスのアセトンの検出感度が向上し、低濃度の対象ガスを検出することが可能となる。 With such a configuration, the combustion of acetone , which is the target gas, is suppressed in the catalyst section, the detection sensitivity for acetone , which is the target gas, is improved, and it becomes possible to detect a low-concentration target gas.

また、前記触媒金属として、白金とイリジウムとが担持されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that platinum and iridium are supported as the catalyst metal.

このような構成により、対象ガスとしてアセトンを検出する場合、効率的にアセトンの検出感度が向上し、低濃度のアセトンを検出することが可能となる。 With such a configuration, when detecting acetone as the target gas, the detection sensitivity of acetone is efficiently improved, and low-concentration acetone can be detected.

また、前記触媒部の担体は、遷移金属酸化物であることが好ましい。 Further, it is preferable that the carrier of the catalyst part is a transition metal oxide.

このような構成により、対象ガスの検出感度が効率的に向上し、低濃度の対象ガスを検出することが可能となる。 With such a configuration, the detection sensitivity of the target gas is efficiently improved, and it becomes possible to detect a low-concentration target gas.

ガス検知装置の概要を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the outline|summary of a gas detection apparatus. 本実施形態におけるアセトンの検出感度を説明する図である。It is a figure explaining the detection sensitivity of acetone in this embodiment. 比較例1におけるアセトンの検出感度を説明する図である。4 is a diagram for explaining the detection sensitivity of acetone in Comparative Example 1. FIG. 比較例2におけるアセトンの検出感度を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the detection sensitivity of acetone in Comparative Example 2; 比較例3におけるアセトンの検出感度を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the detection sensitivity of acetone in Comparative Example 3;

本実施形態に係るガス検知装置100を図1に基づいて説明する。ガス検知装置100は、センサ素子20(ガスセンサの一例)と、加熱制御部12と、ガス検出部13(制御部の一例)と、温度検出部14(環境測定部の一例)とを有する。センサ素子20は、ガス検知部10と、触媒部11と、ヒータ部6とを少なくとも有している。 A gas detection device 100 according to this embodiment will be described with reference to FIG. The gas detection device 100 has a sensor element 20 (an example of a gas sensor), a heating control section 12, a gas detection section 13 (an example of a control section), and a temperature detection section 14 (an example of an environment measurement section). The sensor element 20 has at least a gas detection section 10 , a catalyst section 11 and a heater section 6 .

ガス検知装置100は、加熱制御部12によりヒータ部6への通電を行うことにより、ガス検知部10を対象ガスの種類に応じた適切な温度にまで加熱して、ガス検知部10の電気的特性(電気抵抗値、電圧値など)に基づいて、低濃度の揮発性有機化合物(VOC)を含む対象ガスを検出する。対象ガスに含まれる揮発性有機化合物は、アセトンである。また、対象ガスにおける揮発性有機化合物の濃度は、0.1ppm以上2.0ppm以下である。以下は、対象ガスとしてアセトンを検出する実施形態を例とした説明である。まず、具体的なセンサ素子20の構成が説明される。 The gas detection device 100 heats the gas detection unit 10 to an appropriate temperature according to the type of the target gas by energizing the heater unit 6 with the heating control unit 12 , thereby electrically heating the gas detection unit 10 . Target gases containing low concentrations of volatile organic compounds (VOCs) are detected based on their characteristics (electrical resistance, voltage, etc.). A volatile organic compound contained in the target gas is acetone . Moreover, the concentration of the volatile organic compound in the target gas is 0.1 ppm or more and 2.0 ppm or less . The following description is based on an example embodiment in which acetone is detected as the target gas. First, a specific configuration of the sensor element 20 will be described.

(センサ素子)
センサ素子20は、シリコン基板1に支持されてダイアフラムを構成する。センサ素子20は、支持部5と、絶縁部7と、ガス検知部10と、触媒部11を有する。支持部5はシリコン基板1上に形成され、支持部5上にヒータ部6が形成される。絶縁部7は、ヒータ部6の全体を覆って支持部5上に形成される。絶縁部7の上に一対の接合部8が形成され、接合部8の上に電極部9が形成されている。絶縁部7の上の、一対の電極部9の間に、ガス検知部10が形成される。絶縁部7の上に、ガス検知部10を覆う形態にて、触媒部11が形成される。なお、センサ素子20は、ブリッジ構造をとっても良く、ヒータ部6は、電極として兼用されても良い。
(sensor element)
The sensor element 20 is supported by the silicon substrate 1 and constitutes a diaphragm. The sensor element 20 has a support portion 5 , an insulating portion 7 , a gas detection portion 10 and a catalyst portion 11 . A support portion 5 is formed on the silicon substrate 1 , and a heater portion 6 is formed on the support portion 5 . The insulating portion 7 is formed on the support portion 5 so as to cover the entire heater portion 6 . A pair of joint portions 8 are formed on the insulating portion 7 , and an electrode portion 9 is formed on the joint portions 8 . A gas detection part 10 is formed between a pair of electrode parts 9 on the insulating part 7 . A catalyst portion 11 is formed on the insulating portion 7 so as to cover the gas detection portion 10 . The sensor element 20 may have a bridge structure, and the heater section 6 may also be used as an electrode.

支持部5は、熱酸化膜2と、Si膜3と、SiO膜4とが順に積層されて形成されている。ヒータ部6は通電により発熱して、ガス検知部10および触媒部11を加熱する。 The support portion 5 is formed by laminating a thermal oxide film 2, a Si 3 N 4 film 3, and a SiO 2 film 4 in this order. The heater section 6 generates heat when energized, and heats the gas detection section 10 and the catalyst section 11 .

ガス検知部10は、金属酸化物を主成分とする半導体の層である。例えば、ガス検知部10は、酸化スズ(SnO)を主成分とする混合物である。ガス検知部10は、対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化する。ガス検知部10は、厚さが0.2~1.6μm程度の薄膜としても良いし、1.6μmを越える厚さを有する膜(厚膜)としても良い。 The gas detection unit 10 is a semiconductor layer containing metal oxide as a main component. For example, the gas detection unit 10 is a mixture containing tin oxide (SnO 2 ) as a main component. The gas detection unit 10 changes its electrical resistance value upon contact with the target gas. The gas detector 10 may be a thin film with a thickness of about 0.2 to 1.6 μm, or a film (thick film) with a thickness exceeding 1.6 μm.

触媒部11は、ヒータ部6により加熱されて高温となり、その温度において活性のある(燃焼する)ガスを燃焼させる。さらに、その温度では、対象ガスである不活性な可燃性ガスが透過・拡散されてガス検知部10へ到達される。これにより、加熱温度を適切に制御することによって可燃性ガスの検出精度が高められている。換言すれば触媒部11は、可燃性ガスであるアセトンを検出する際に、可能な限り対象ガス以外の水素ガス、アルコールガスなどの還元性ガス(非対象ガス)を燃焼させてガス検知部10に到達しないようにし、さらに、非対象ガスが到達したとしても、ガス検知部10における反応(燃焼)特性の温度依存性の相違による加熱時の電気特性の違いを利用してガス検知装置100にガス選択性を持たせる機能を有する。そのため、ガス検知部10は、触媒部11を透過・拡散した対象ガスである可燃性ガスとしてのアセトンを効率的に検出することができる。 The catalyst section 11 is heated by the heater section 6 to a high temperature, and burns the active (combustible) gas at that temperature. Furthermore, at that temperature, an inert combustible gas, which is the target gas, is permeated and diffused to reach the gas detection unit 10 . Accordingly, the detection accuracy of combustible gas is enhanced by appropriately controlling the heating temperature. In other words, when detecting acetone , which is a combustible gas, the catalyst unit 11 burns a reducing gas (non-target gas) such as hydrogen gas or alcohol gas other than the target gas as much as possible to detect the gas detection unit. 10, and even if a non-target gas reaches the gas detection device 100, the gas detection device 100 utilizes the difference in the electrical characteristics during heating due to the difference in the temperature dependence of the reaction (combustion) characteristics in the gas detection unit 10. has the function of giving gas selectivity to Therefore, the gas detection unit 10 can efficiently detect acetone as a combustible gas that is a target gas that has permeated and diffused through the catalyst unit 11 .

触媒部11は、金属酸化物を主成分とする担体に、触媒金属を担持させて構成される。具体的には、触媒金属を担持した金属酸化物が、バインダーを介して互いに結合されて形成される。 The catalyst part 11 is configured by supporting a catalyst metal on a carrier whose main component is a metal oxide. Specifically, metal oxides carrying catalyst metals are bonded to each other via a binder.

燃性ガスとしてのアセトンを検知する際には、触媒金属は、適切な加熱温度とすることによって対象ガスに対しては酸化除去能が小さく、対象ガスの検知に際して誤検知を引き起こし得る干渉ガス(エタノールやH2(水素)等の還元性ガスその他の雑ガス)に対する、酸化除去能が大きい触媒となる金属が用いられる。可燃性ガスとしてのアセトンを検知する際には、触媒金属としてパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)等が使用可能であるが、例えば、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウムのうち少なくとも一つを含むものが用いられる。 When detecting acetone as a combustible gas, the catalyst metal has a low oxidation removal ability for the target gas when heated to an appropriate heating temperature, and is an interference gas that can cause false detection when detecting the target gas. A metal is used as a catalyst having a high oxidation removal ability against (reducing gases such as ethanol and H2 (hydrogen) and other miscellaneous gases) . When detecting acetone as a combustible gas, palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), etc. can be used as catalyst metals. A material containing at least one of iridium and rhodium is used.

触媒金属を担持する担体としては、遷移金属酸化物等が用いられ、例えば、アルミナ(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(CeO)、酸化ランタン(La)、酸化チタン(TiO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化ニオブ(Nb)、または酸化タンタル(Ta)が用いられる。 As the carrier for supporting the catalyst metal, transition metal oxides and the like are used, such as alumina ( Al2O3 ) , zirconium oxide ( ZrO2), yttrium oxide ( Y2O3 ), and cerium oxide ( CeO2). , lanthanum oxide (La 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) are used.

担体を結合させるバインダーとしては、金属酸化物の微粉末、例えば酸化ジルコニウム、シリカ微粉末、シリカゾル、マグネシア等が用いられる。バインダーとしての微量の使用であれば、触媒部11の機能を阻害しない範囲で、アルミナ微粉末またはアルミナゾルを用いることも可能である。また、上述した触媒金属、担体としての金属酸化物、バインダーはいずれも、1種類を単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。 As the binder for binding the carrier, fine powders of metal oxides such as zirconium oxide, fine silica powder, silica sol, magnesia and the like are used. Alumina fine powder or alumina sol can also be used as long as it does not impede the function of the catalyst portion 11 as long as it is used in a very small amount as a binder. Moreover, each of the above-described catalyst metal, metal oxide as a carrier, and binder may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

触媒部11に含有される触媒金属の量は、触媒金属と担体の合計質量に対して3質量%以下することが好ましく、例えば1質量%以上3質量%以下、2質量%以上3質量%以下、0.1質量%以上3質量%以下、0.1質量%以上1質量%以下とすることがより好ましい。この場合、触媒金属として、白金とイリジウムとを用いることが好ましい。 The amount of the catalytic metal contained in the catalyst part 11 is preferably 3% by mass or less with respect to the total mass of the catalytic metal and the carrier, for example, 1% by mass or more and 3% by mass or less, or 2% by mass or more and 3% by mass or less. , 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less. In this case, it is preferable to use platinum and iridium as catalyst metals.

(加熱制御部)
加熱制御部12は、ヒータ部6に対する通電制御を行い、ヒータ部6に通電してガス検知部10を加熱する加熱動作と、ヒータ部6に通電しない非加熱動作(ガス検知部10の加熱を停止する非加熱動作)とを行う。また加熱制御部12は、ヒータ部6に対する通電電圧または通電電流を制御することにより、ヒータ部6を設定された任意の温度に加熱することができる。
(heating controller)
The heating control unit 12 controls the energization of the heater unit 6, and includes a heating operation in which the heater unit 6 is energized to heat the gas detection unit 10, and a non-heating operation in which the heater unit 6 is not energized (the gas detection unit 10 is heated). non-heating operation to stop). Further, the heating control section 12 can heat the heater section 6 to an arbitrary set temperature by controlling the voltage or current applied to the heater section 6 .

具体的には加熱制御部12は、図示しない電池等の電源から電源供給を受け、センサ素子20のヒータ部6に通電して、センサ素子20を加熱する。加熱する温度、すなわちガス検知部10および触媒部11の到達温度は、例えばヒータ部6に印可する電圧を変更することにより制御される。 Specifically, the heating control unit 12 receives power supply from a power source such as a battery (not shown) and energizes the heater unit 6 of the sensor element 20 to heat the sensor element 20 . The heating temperature, that is, the temperature reached by the gas detection unit 10 and the catalyst unit 11 is controlled by changing the voltage applied to the heater unit 6, for example.

(ガス検出部)
ガス検出部13は、ガス検知部10の電気的特性を測定して対象ガスを検出する。例えば、ガス検出部13は、一対の電極部9の間の電気抵抗値(電気的特性)を測定することにより、ガス検知部10の抵抗値を測定して、その変化から対象ガスの存在と対象ガスの濃度とを検出する。
(Gas detector)
The gas detection unit 13 measures the electrical characteristics of the gas detection unit 10 to detect the target gas. For example, the gas detection unit 13 measures the electrical resistance value (electrical characteristics) between the pair of electrode units 9 to measure the resistance value of the gas detection unit 10, and the presence of the target gas can be determined from the change in the resistance value. Detect the concentration of the target gas.

温度検出部14は、ガス検知部10、または、ガス検知部10とその周辺の温度(以下、周辺温度と総称する)とを検出する。具体的には温度検出部14は、サーミスタ等の温度センサである。また、ヒータ部6の抵抗値を計測することによってヒータ部6の温度(ガス検知部10の温度とほぼ同等)を検出することもできる。温度検出部14によって検出された温度は、加熱制御部12へ送られる。 The temperature detection unit 14 detects the gas detection unit 10, or the temperature of the gas detection unit 10 and its surroundings (hereinafter collectively referred to as the ambient temperature). Specifically, the temperature detection unit 14 is a temperature sensor such as a thermistor. Also, by measuring the resistance value of the heater section 6, the temperature of the heater section 6 (substantially equivalent to the temperature of the gas detection section 10) can be detected. The temperature detected by the temperature detector 14 is sent to the heating controller 12 .

(対象ガスの検出)
以上の様に構成されたガス検知装置100における、対象ガスの検出の際の動作について説明する。以下に説明するガス検知装置では、アセトン検出用加熱動作が行われる。
(Detection of target gas)
The operation of the gas detection device 100 configured as described above when detecting a target gas will now be described. In the gas detection device described below, a heating operation for detecting acetone is performed.

アセトン検出用加熱動作は、加熱制御部12が、周辺温度に基づいてヒータ部6への通電を制御してヒータ部6を発熱させ、ガス検知部10および触媒部11をアセトンの測定温度であるアセトン検出用温度に加熱する動作である。アセトン検出用加熱動作は、アセトンの検出と共に、ガス検知部10の表面吸着物(水分、よごれなど)を加熱除去することができる。アセトン検出用温度は、150℃以上350℃以下の所定の温度である。例えばアセトン検出用温度は、300℃であり、この温度でアセトンの存在およびその濃度が検出される。 In the acetone detection heating operation, the heating control unit 12 controls energization of the heater unit 6 based on the ambient temperature to cause the heater unit 6 to generate heat, and the gas detection unit 10 and the catalyst unit 11 are set at the measured temperature of acetone. This is the operation of heating to the temperature for acetone detection. The heating operation for detecting acetone can detect acetone and heat and remove substances adsorbed on the surface of the gas detection unit 10 (moisture, dirt, etc.). The acetone detection temperature is a predetermined temperature between 150°C and 350°C. For example, the acetone detection temperature is 300° C., at which the presence and concentration of acetone is detected.

具体的には、加熱制御部12が、ヒータ部6への通電を制御して、ガス検知部10および触媒部11をアセトン検出用温度にし、0.05秒~0.5秒の間温度を保持する。この間にガス検出部13がガス検知部10の抵抗値を測定して、その値からアセトンの存在とその濃度とを検出する。また、この動作により、水素や一酸化炭素等が燃焼され、水分等のガス検知部10の表面吸着物が除去されて表面がクリーニングされ、周囲環境による表面の汚れによるアセトンの検出感度の変動が抑制される。 Specifically, the heating control unit 12 controls the energization of the heater unit 6, sets the gas detection unit 10 and the catalyst unit 11 to the acetone detection temperature, and maintains the temperature for 0.05 to 0.5 seconds. Hold. During this time, the gas detector 13 measures the resistance value of the gas detector 10 and detects the presence and concentration of acetone from the value. In addition, this operation burns hydrogen, carbon monoxide, etc., removes substances adsorbed on the surface of the gas detection unit 10, such as moisture, etc., and cleans the surface. Suppressed.

アセトン検出用加熱動作において、加熱制御部12によるヒータ部6への通電は、温度検出部14が検出した周辺温度に基づいて行われる。具体的には加熱制御部12は、周辺温度に基づいてヒータ部6へ印加するヒータ駆動電圧VHを制御する。例えば、周辺温度20℃を基準温度として、周辺温度が高くなると相対的にヒータ駆動電圧VHが低く設定され、周辺温度が低くなると相対的にヒータ駆動電圧VHが高く設定される。つまり、周辺温度20℃を基準温度として、周辺温度が高くなると相対的にヒータ駆動のための電力が低くなるように制御され、周辺温度が低くなると相対的にヒータ駆動のための電力が高くなるように制御される。 In the acetone detection heating operation, the heating control section 12 energizes the heater section 6 based on the ambient temperature detected by the temperature detection section 14 . Specifically, the heating control section 12 controls the heater drive voltage VH applied to the heater section 6 based on the ambient temperature. For example, with an ambient temperature of 20° C. as a reference temperature, heater drive voltage VH is set relatively low when the ambient temperature is high, and heater drive voltage VH is set relatively high when the ambient temperature is low. That is, with the ambient temperature of 20° C. as the reference temperature, control is performed so that the higher the ambient temperature, the lower the power for driving the heater, and the lower the ambient temperature, the higher the power for driving the heater. controlled as

本実施形態では、アセトン検出用加熱動作は、休止動作(ヒータ部6への通電を停止する動作)を挟んで繰り返し行われる。なお、それぞれの動作の時間は適宜設定・変更が可能であり、休止動作は省略することも可能である。 In this embodiment, the heating operation for detecting acetone is repeatedly performed with a resting operation (an operation of stopping the energization of the heater section 6). Note that the time for each operation can be appropriately set/changed, and the pause operation can be omitted.

上述のように、触媒部11における触媒金属の合計含有率を3質量%以下とすることにより、可燃性ガスとしてのアセトンの検出感度が向上し、低濃度の可燃性ガスを検出することが可能となる。鋭意研究の結果、これは、貴金属触媒が高濃度に担持されていると、対象ガスである可燃性ガスが触媒部11で燃焼しやすくなり、ガス検知部10による対象ガスの検知が困難となるためであるとの知見に至った。 As described above, by setting the total content of catalyst metals in the catalyst portion 11 to 3% by mass or less, the detection sensitivity for acetone as a combustible gas is improved, and low-concentration combustible gas can be detected. It becomes possible. As a result of intensive research, when a noble metal catalyst is supported at a high concentration, the combustible gas, which is the target gas, is likely to burn in the catalyst unit 11, making it difficult for the gas detection unit 10 to detect the target gas. I came to the knowledge that it was for the sake of

以下、触媒金属の組み合わせと、組み合わされた1または複数の触媒金属の合計含有率による、アセトンの検出感度の差異について、図2~図5を用いて説明する。図2~図5は、触媒金属の種類と触媒金属の合計含有率とが異なる触媒部11を用いた場合に、濃度が1ppmのアセトン含有ガスとアセトンを含有しない(アセトン濃度が0ppm)ガスにおける、測定温度を300℃で保持した状態でのガス検知部10の電気抵抗値の時間変化を示す。なお、この場合の触媒部11の担体は、酸化ジルコニウム(ZrO)である。 Differences in acetone detection sensitivity depending on the combination of catalytic metals and the total content of one or more combined catalytic metals will be described below with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. 2 to 5 are graphs of acetone-containing gas with a concentration of 1 ppm and gas without acetone (acetone concentration of 0 ppm) when catalyst parts 11 having different types of catalyst metals and different total contents of catalyst metals are used. 4 shows the change over time of the electrical resistance value of the gas detection unit 10 when the measurement temperature is held at 300°C. In this case, the carrier of the catalyst part 11 is zirconium oxide (ZrO 2 ).

まず、触媒部11における触媒金属として、1質量%の白金と2質量%のイリジウムとを含有する場合、図2に示すように、濃度が1ppmのアセトン含有ガスとアセトンを含有しないガスとの電気抵抗値の時間変化は、十分に差異があり、所定の経過時間における電気抵抗値からアセトンを検出することができる。 First, when 1% by mass of platinum and 2% by mass of iridium are contained as catalyst metals in the catalyst part 11, as shown in FIG. There is a sufficient difference in resistance value change over time, and acetone can be detected from the electrical resistance value at a predetermined elapsed time.

これに対して、図3~図5に示すように、触媒部11における触媒金属として、2質量%の白金と2質量%のイリジウムとを含有する場合(比較例1:図3)、3質量%の白金と2質量%のイリジウムとを含有する場合(比較例2:図4)、従来一般的に用いられることが多い7質量%のパラジウムを含有する場合(比較例3:図5)、濃度が1ppmのアセトン含有ガスとアセトンを含有しないガスとの電気抵抗値の時間変化は、ほぼ同じとなる。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 to 5, when 2% by mass of platinum and 2% by mass of iridium are contained as catalyst metals in the catalyst portion 11 (Comparative Example 1: FIG. 3), 3% by mass % of platinum and 2% by mass of iridium (Comparative Example 2: FIG. 4), and 7% by mass of palladium, which is commonly used in the past (Comparative Example 3: FIG. 5), The change over time in the electrical resistance value of the acetone-containing gas with a concentration of 1 ppm and the gas not containing acetone are approximately the same.

以上の結果、触媒部11における触媒金属の合計含有率を3質量%以下とすることにより、対象ガスとしてのアセトンの検出感度が向上し、測定温度を低くしても、低濃度の対象ガスを検出することが可能となる。 As a result of the above, by setting the total content of the catalyst metals in the catalyst part 11 to 3% by mass or less, the detection sensitivity of acetone as the target gas is improved, and even if the measurement temperature is lowered, low-concentration target gas can be detected.

また、上記実施形態では、半導体からなるセンサ素子により対象ガスを検知する構成を例示したが、対象ガスの検知は、様々な構成のガスセンサにより行うことが可能である。 Further, in the above-described embodiments, the configuration in which the target gas is detected by the sensor element made of semiconductor was exemplified, but the target gas can be detected by gas sensors having various configurations.

6 ヒータ部
10 ガス検知部
11 触媒部
12 加熱制御部
13 ガス検出部
14 温度検出部
20 センサ素子(ガスセンサ)
100 ガス検知装置
6 heater section 10 gas detection section 11 catalyst section 12 heating control section 13 gas detection section 14 temperature detection section 20 sensor element (gas sensor)
100 gas detector

Claims (3)

所定の測定温度に加熱された際に対象ガスであるアセトンとの接触により電気的特性が変化するガス検知部と、
前記ガス検知部を加熱するヒータ部と、
前記ガス検知部を覆う触媒部とを備え、
前記触媒部は、触媒金属として、パラジウム、イリジウム、白金、およびロジウムのうちの1または複数が組み合わされて担持され、前記触媒部における前記触媒金属の合計含有率が、0.1質量%以上3質量%以下であるガスセンサ。
a gas detector whose electrical characteristics change upon contact with the target gas, acetone, when heated to a predetermined measurement temperature;
a heater unit that heats the gas detection unit;
a catalyst unit covering the gas detection unit;
The catalyst part supports a combination of one or more of palladium, iridium, platinum, and rhodium as a catalyst metal, and the total content of the catalyst metal in the catalyst part is 0.1% by mass or more3 A gas sensor that is less than or equal to % by mass.
前記触媒金属として、白金とイリジウムとが担持される請求項1に記載のガスセンサ。 2. The gas sensor according to claim 1, wherein platinum and iridium are supported as said catalyst metal. 前記触媒部の担体は、遷移金属酸化物である請求項1または2に記載のガスセンサ。 3. The gas sensor according to claim 1, wherein the carrier of said catalyst portion is a transition metal oxide.
JP2019065566A 2019-03-29 2019-03-29 gas sensor Active JP7203663B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019065566A JP7203663B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 gas sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019065566A JP7203663B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 gas sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020165756A JP2020165756A (en) 2020-10-08
JP7203663B2 true JP7203663B2 (en) 2023-01-13

Family

ID=72715282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019065566A Active JP7203663B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7203663B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160349201A1 (en) 2014-02-11 2016-12-01 Ams Sensor Solutions Germany Gmbh Method and sensor system for measuring gas concentrations
JP2018031658A (en) 2016-08-24 2018-03-01 フィガロ技研株式会社 Acetone sensor and acetone detector
JP2018054593A (en) 2016-09-21 2018-04-05 大阪瓦斯株式会社 Gas sensor and gas detection device
JP2019152566A (en) 2018-03-05 2019-09-12 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Gas sensor group and method for analyzing combustible gas

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6438641A (en) * 1987-08-03 1989-02-08 Fuji Electric Co Ltd Gas sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160349201A1 (en) 2014-02-11 2016-12-01 Ams Sensor Solutions Germany Gmbh Method and sensor system for measuring gas concentrations
JP2018031658A (en) 2016-08-24 2018-03-01 フィガロ技研株式会社 Acetone sensor and acetone detector
JP2018054593A (en) 2016-09-21 2018-04-05 大阪瓦斯株式会社 Gas sensor and gas detection device
JP2019152566A (en) 2018-03-05 2019-09-12 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Gas sensor group and method for analyzing combustible gas

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020165756A (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3786627B1 (en) Mems type semiconductor gas detection element
CN108061746B (en) Output degradation suppression method for gas sensor
JP3146111B2 (en) Gas detection method and gas detection device
CN112585453B (en) Gas detection device
JP7057629B2 (en) Gas sensor and gas detector
JP5143591B2 (en) Gas detection device and gas detection method
JP7038472B2 (en) Gas sensor and gas detector
JP7203663B2 (en) gas sensor
JP6731283B2 (en) Gas sensor
JP2018194434A (en) Gas detection device
JP7203662B2 (en) Temperature control method and temperature control device
JP2021004851A (en) Gas detector
JP6925146B2 (en) Gas sensor and gas detector
JP6873803B2 (en) Gas detector
WO2020053982A1 (en) Gas detection device
JP7634354B2 (en) Temperature control method for gas detection device and temperature control device for gas detection device
JP6391520B2 (en) Gas detector
TW202012902A (en) Gas sensing device
JP6436835B2 (en) Gas detector
JP2022064475A (en) Method and device for controlling temperature of gas detection device
JP7550687B2 (en) Gas Detection Devices
TW202011020A (en) Gas detection device having exceptional humidity resistance and exceptional sensitivity
JP3065182B2 (en) Catalyst purification rate detector
JP7527188B2 (en) Gas Detection Devices
JPH06148112A (en) Hydrogen gas detecting element

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210402

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220831

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220906

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7203663

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150