JPS6237338B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属酸化物半導体よりなるガス感応
素子を用いたガス検出方法に関する。

一般に、金属酸化物半導体よりなるガス感応素
子は、温度、電圧等により各種のガスに対する感
度、選択性が異なるため、ガス感応素子の材料、
製造条件の外に、対象とするガスによつて温度、
電圧を変えて使用している。しかしながら、ガス
濃度の変化に対するガス感応素子出力の追従速度
は、概して、低温、低電圧の場合に遅くなりやす
い。例えば、150〜250℃、20Vで使用した時の応
答特性について説明すると、第１図に示すよう
に、ガス濃度が急に増加した場合ガス感応素子Ｓ
の出力は、比較的急速に（例えば20秒以下）出現
するが、ガス濃度が急に減少した場合の出力電圧
Ｖの低下は極めて徐々である。従つて、第１図ａ
のＡ―Ｂ間では実線で示した出力電圧に相当する
ガス濃度以下のガスが存在しても、或いは、ガス
濃度が零であつても、出力にはあまり変りがない
こととなり、即ち、追従性が悪いのである。この
ことは、第１図ａにおけるＯ―Ａ間のガス濃度に
相当する程度に金属酸化物半導体に生じるガス吸
着等による変化が、ガスの除去又はガス濃度の減
少に応じてガス脱着し復元するのに時間がかかる
ことによるのが原因と考えられる。（第１図ｂは
測定回路図である。） このガスの脱着は、ガス感応素子の温度をあげ
ることによつて促進され、 (1) 常時使用状態では、両電極の内一方のみをヒ
ーターとして使用している場合は、両電極とも
ヒーターとして使用し、ガス感応素子温度を上
昇させる。

(2) ヒーター電圧を一時的に上昇させる。

(3) 両電極間の電圧を上昇させる。

(4) 外部ヒーターにより加熱する。

などの手段がある。これらの手段を併用してもよ
いことは勿論である。例えば、上記第１図におい
て説明したガス感応素子によれば、上記(1)の手段
による場合、数10時間以上濃いガスに接していた
素子でも１〜５分間で充分であり、１時間程度濃
いガスに接した素子では数10秒でよく、このよう
なガス脱着を積極的に行なう操作をリセツトと称
する。

このように、リセツトを行なつた場合に、リセ
ツト直後のガス感応素子は、正常の使用状態より
も温度が高く、素子の表面状態も変化しているの
で第２図ａ，ｂに示すように普通出力電圧はオー
バーシユートしガス感応特性が正常状態に回復す
るのに若干の時間（例えば10秒から10数分）を要
する。これを安定時間Toという。第２図ｂはガ
ス濃度が急に零となつた場合におけるリセツトし
た場合としない場合の出力電圧のグラフである。
Ｔ_Rはリセツト時間を示す。一般に、リセツトは
ガス感応素子の初期使用時、あるいは停電等で長
時間使用停止した場合の使用再開時に行なわれる
ことがあるが、これは、使用していない時間中に
空気中の水分などの吸着しているのを脱着するの
が主なねらいである。

いままで説明したようなことから、従来のガス
警報器は濃いガスにより警報した場合に、そのガ
スが減少または除去されても警報が止まらず、ガ
ス濃度測定器の場合は、何時までも高い濃度を指
示する等、各種のガス感応素子の応用装置におい
て、該素子のガス濃度変化に対する追従性が鈍い
という問題が存在していたのである。

本発明は、ガス感応素子の特性に適合した一定
のタイムスケジユールにより、リセツトとガス感
応特性を正常状態にする安定時間と測定、検出等
のガス感応素子の応用動作を繰返すことにより、
ガス濃度を正確に反映した機能を発揮させるよう
にしたガス感応素子を用いたガス検出方法であ
り、即ち、リセツト機構を有し、且つ、そのリセ
ツト機構及び出力取出機構を夫々定められたタイ
ムスケジユールに基づき一定時間の加熱リセツト
後加熱により普通出力電圧はオーバーシユートし
ガス感応特性が正常に回復する所定の安定時間経
過後ガス測定を開始し所定時間後にガス濃度を検
出することを特徴とする金属酸化物半導体よりな
るガス感応素子を用いたガス検出方法である。

本発明に係るガス検出方法においては、金属酸
化物半導体ガス感応素子を用い、リセツト機構、
出力、警報、測定、制御などの手法を一定のタイ
ムスケジユールによつて動作させる時間制御機構
を適宜連結したものである。

第３図は本発明に係るガス検出方法の１例を示
すブロツクダイヤグラムである。金属酸化物半導
体ガス感応素子は、電源装置からの電力供給によ
り所定の温度に加熱されると共に、その抵抗変化
は出力装置によつて出力電圧として取出される。
ガス感応素子の出力は、端末の測定、警報装置に
伝達されるが、その出力は必要に応じて、時間制
御装置によつて所定のタイムスケジユールにもと
づいて制御された出力断続装置並びに記憶、出力
選択装置を経て測定、警報装置に伝達させてもよ
い。更に、ガス感応素子はリセツト装置によつて
リセツト操作を施すことが出来るが、このリセツ
ト操作も時間制御装置によつて、タイムスケジユ
ール通りに制御されている。また時間制御装置及
び出力装置等へも電源装置から電力が供給される
のはいうまでもない。

本発明に係る装置において、タイムスケジユー
ルとは、 (1) 一定時間リセツトを行なう（Ｔ_R秒とする） (2) 正常回路状態に戻し、或る時間測定回路は計
測器を動作させない。（安定時間To秒とす
る。） (3) 安定時間To秒経過後、Tm秒間計測器を動作
させる。

(4) 再び一定時間リセツトを行なう。

を行なうことであり、即ち、このタイムスケジユ
ールの一サイクルは（Ｔ_R＋To＋Tm）秒であ
る。

次に本発明に係る装置を使用した場合の実施例
について説明する。

第４図はガス濃度が一定で且つリセツトのみ一
定の時間間隔で行なわれる場合を示し、計器の指
示は、リセツト以外の計器動作を時間制御しなけ
れば、ABHIJDEKLMGの形に相当する出力を指
示するが、時間制御を行なえば、ACIJDFLMG
の形に相当する出力を指示する。HI，KLはリセ
ツトによるオーバーシユート分を示している。

第５図はガス濃度が低下する場合を示し、ガス
濃度は、ABCDのように変るものとすると、２度
目のリセツトを行なわず連続的に測定を行なう
と、計器の指示（出力電圧）はA′B′Eのように変
化し、B′E間は実際の濃度CDよりもはるかに高
い濃度を指示する。しかし、リセツトのみを時間
制御した場合には計器の指示は、
DFGHB′JKLMPQとなり、計器を時間制御すれ
ばDIHB′JNMPQとなつてオーバーシユート分は
除去される。この第５図において、計器として打
点式記録計を用いＨ―B′，Ｍ―Ｐ間の各点を記録
させれば、略連続した記録チヤートが得られる。
また、測定回路に記憶回路を用いてHB′RMPの如
く指示または記録することもできる。指示計を用
いてB′R間をB′間の指示に固定も可能である。こ
れらの場合、（リセツト時間Ｔ_R＋安定時間To）
だけ指示に遅れを生じることになるが、指示の空
白時間を除くことができる。この指示計器はデジ
タル表示でもよく、また連続式記録計器を用いて
もよいのは勿論である。

上記の説明では、ガス濃度の測定や記録の場合
の例を説明したが、測定器の指示に相当する回路
出力は、警報、換気扇の制御等の各装置に利用す
ることができる。

以上説明したように、本発明に係るガス検出方
法によれば、ガス濃度に対する追従性が極めて優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス濃度、出力と時間との関係を示す
グラフ及びその測定回路図、第２図はガス濃度、
出力と時間との関係を示すグラフ、第３図は本発
明に係る装置のブロツクダイヤグラム、第４図、
第５図は本発明に係る装置を使用した場合の出力
と時間との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属酸化物半導体よりなるガス感応素子を用
   いたガス検出方法において、上記ガス感応素子を
   一定時間加熱リセツトし、その後加熱により該素
   子の出力電圧はオーバーシユートしガス感応特性
   が正常状態に回復する所定の安定時間経過後ガス
   測定を開始し、所定時間後ガス濃度を検出するこ
   とを特徴とするガス検出方法。