DE102020102080A1

DE102020102080A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102020102080A1
Application number: DE102020102080.5A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Matsukura; Shoji Kitanoya; Masaya Watanabe; Daisuke Ichikawa
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-08-06
Also published as: JP2020122731A; CN111505061B; US20200249184A1; US11428655B2; JP7084886B2; CN111505061A

Abstract

Gassensor (1) umfassend, ein erstes Gasdetektionselement (2) vom Wärmeleitungstyp und ein zweites Gasdetektionselement (3) vom Wärmeleitungstyp, einen ersten Speicherabschnitt (4) mit einem ersten Innenraum (4A) und mit einer ersten Öffnung (4B), welche eine Verbindung zwischen dem ersten Innenraum (4A) und dem Außenraum bildet, der einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist, einen zweiten Speicherabschnitt (5) mit einem zweiten Innenraum (5A) und mit einer zweiten Öffnung (5B), welche eine Verbindung zwischen dem zweiten Innenraum (5A) und dem Außenraum bildet, eine erste Membran (4C), welche eine Permeation von Wasserdampf zulässt und im Wesentlichen eine Permeation eines Detektionszielgases nicht zulässt und die erste Öffnung (4B) bedeckt, und eine Berechnungseinheit (12), um eine in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltene Konzentration des Detektionszielgases zu berechnen, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale des ersten bzw. des zweiten Gasdetektionselements (3).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor.
Beschreibung des Stands der Technik
Bekannt ist ein Gassensor zur Detektion eines brennbaren Gases wie Wasserstoff oder Methan, bei dem der Einfluss durch Feuchtigkeit (d. h. durch Luftfeuchtigkeit) unterbunden wird (siehe Patentliteratur 1). In dem Gassensor aus Patentliteratur 1 ist ein Gasdetektionselement in einem ersten Raum angeordnet, der zu der zu erfassenden Atmosphäre (Detektionszielgas) hin geöffnet ist, und ein Referenzgasdetektionselement ist in einem zweiten Raum angeordnet, der eine mit einer Membran bedeckte Öffnung aufweist. Die Membran ermöglicht es Wasserdampf, welcher in der zu erfassenden Atmosphäre enthalten ist, diese zu durchdringen, jedoch nicht dem Detektionszielgas. Da die beiden Gasdetektionselemente denselben Luftfeuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt sind, wird davon ausgegangen, dass der Gassensor in der Lage ist, das Detektionszielgas zu erfassen, ohne durch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst zu werden.
[Patentliteratur 1] Offengelegte, japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2001-124716
Von der Erfindung zu lösendes Problem
In einem bestimmten Anwendungsumfeld des voranstehenden Gassensors wird eine große Wasserdampfmenge erzeugt, wodurch ein starker Anstieg der Luftfeuchtigkeit entsteht. In dem Gassensor kann sich bei einer großen Luftfeuchtigkeitsänderung in der zu erfassenden Atmosphäre, die Luftfeuchtigkeit in dem Raum, der zu der zu erfassenden Atmosphäre geöffnet ist, als Reaktion auf die Luftfeuchtigkeitsänderung in der zu erfassenden Atmosphäre, schlagartig ändern. Dagegen wird Wasserdampf in den Raum, dessen Öffnung mit der Membran bedeckt ist, durch die Membran geleitet. Gemäß der Luftfeuchtigkeit in dem Raum, dessen Öffnung mit der Membran bedeckt ist, ändert sich diese nicht schlagartig als Reaktion auf die Luftfeuchtigkeitsänderung in der zu erfassenden Atmosphäre, sondern ändert sich eher, als Reaktion auf die Luftfeuchtigkeitsänderung in der zu erfassenden Atmosphäre, mit einer Verzögerung. Als Folge der Luftfeuchtigkeit davon entsteht in einigen Fällen ein großer Unterschied (d. h. die Wasserdampfkonzentration) zwischen den beiden Räumen, in denen die beiden Gasdetektionselemente jeweils angeordnet sind. In einer Zeitspanne, in der solch ein großer Luftfeuchtigkeitsunterschied vorhanden ist, muss der Einfluss des durch das Gasdetektionselement detektierten Wasserdampfes zur Erfassung berücksichtigt werden. Infolgedessen misst der Gassensor die Konzentration des Detektionszielgases nicht ordnungsgemäß.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, einen Gassensor bereitzustellen, der in der Lage ist, die Konzentration eines Detektionszielgases selbst bei einer großen Änderung der Luftfeuchtigkeit innerhalb einer zu erfassenden Atmosphäre präzise zu messen.
Das obige Ziel wurde durch die Bereitstellung (1) eines Gassensors erreicht, der Folgendes umfasst: Paarweise erste und zweite Gasdetektionselemente vom Wärmeleitungstyp; einen ersten Speicherabschnitt mit einem ersten Innenraum, in dem das erste Gasdetektionselement angeordnet ist, und mit einer ersten Öffnung, die eine Verbindung zwischen dem ersten Innenraum und einem Außenraum, der einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist, bildet; einen zweiten Speicherabschnitt mit einem zweiten Innenraum, in dem das zweite Gasdetektionselement angeordnet ist, und mit einer zweiten Öffnung, die eine Verbindung zwischen dem zweiten Innenraum und dem Außenraum bildet; eine erste Membran, die aus einem Material gebildet ist, welches eine Permeation von Wasserdampf zulässt und im Wesentlichen eine Permeation eines Detektionszielgases nicht zulässt und so angeordnet ist, dass sie die erste Öffnung bedeckt; und eine Berechnungseinheit, um eine in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltene Konzentration des Detektionszielgases, das in den zweiten Innenraum eingeleitet wurde, zu berechnen, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale des ersten bzw. des zweiten Gasdetektionselements; wobei der Gassensor ferner eine zweite Membran umfasst, die aus dem gleichen Material, welches zur Bildung der ersten Membran verwendet wird, sowie einer größeren Dicke als der der ersten Membran gebildet ist, und die so angeordnet ist, dass sie die zweite Öffnung bedeckt; wobei die zweite Membran ein Verbindungsloch aufweist, das in einer Dickenrichtung dahindurch verläuft, um eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem zweiten Innenraum zu bilden; und wobei der Gassensor eine Reaktionszeit von 3 Sekunden oder weniger aufweist, um die Konzentration des Detektionszielgases zu detektieren, wenn sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgases bei einer Temperatur von 25 °C plötzlich von 0 Vol.-% auf 2 Vol.-%, in einen Zustand, in dem die zu erfassende Atmosphäre eine Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% aufweist, ändert und ein Wasserdampfkonzentrationsunterschied von 7 Vol.-% oder weniger zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum entsteht, wenn sich die Konzentration des in der zu der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Wasserdampfes bei einer Temperatur von 60 °C plötzlich von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, in einen Zustand, in dem das Detektionszielgas nicht in der zu erfassenden Atmosphäre enthalten ist, ändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform (2) des Gassensors (1) ist Wasserstoff das Detektionszielgas und der Unterschied der Wasserdampfkonzentration zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum beträgt bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration 6300 ppm oder weniger.
In einer bevorzugten Ausführungsform (3) des Gassensors (2) wird der Unterschied der Wasserdampfkonzentration durch die Berechnungseinheit, bei einem Wert von 6300 ppm durch Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration, berechnet.
Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann einen Gassensor bereitstellen, der in der Lage ist, die Konzentration eines Detektionszielgases, selbst bei einer großen Änderung der Luftfeuchtigkeit innerhalb einer zu erfassenden Atmosphäre, präzise zu messen.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Gassensors gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
2 ist eine fragmentarische, vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau eines Abschnitts des Gassensors, der einen ersten Speicherabschnitt, einen zweiten Speicherabschnitt und dessen Umgebung umfasst, schematisch darstellt.
3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines ersten Gasdetektionselements des Gassensors schematisch darstellt.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 3.
5 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm des Gassensors.
6 zeigt ein Erläuterungsdiagramm, das die Konfiguration (vor der Durchführung) eines Detektionszielgas-Ansprechversuchs schematisch darstellt.
7 zeigt ein Erläuterungsdiagramm, das die Konfiguration (nach der Durchführung) des Detektionszielgas-Ansprechversuchs schematisch darstellt.
8 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Detektionszielgas-Ansprechversuchs darstellt.
9 ist eine fragmentarische, vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau des ersten Speicherabschnitts und den des zweiten Speicherabschnitts eines Gassensors bei einem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch schematisch darstellt.
10 zeigt ein Erläuterungsdiagramm, das die Bedingungen des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs schematisch darstellt.
11 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs darstellt.
12 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs unter Bezug auf die Versuche Nr. 1 bis 4 darstellt.
13 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs (bei Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration) unter Bezug auf die Versuche Nr. 1 bis 4 darstellt.
14 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs unter Bezug auf die Versuche Nr. 2 und 5 darstellt.
15 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs (bei Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration) unter Bezug auf die Versuche Nr. 2 und 5 darstellt.
16 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs unter Bezug auf die Versuche Nr. 3 und 6 darstellt.
17 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs (bei Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration) unter Bezug auf die Versuche Nr. 3 und 6 darstellt.
18 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs unter Bezug auf die Versuche Nr. 7 bis 11 darstellt.
19 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs (bei Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration) unter Bezug auf die Versuche Nr. 7 bis 11 darstellt.
20 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse eines Wasserstoffgas-Ansprechversuchs unter Bezug auf die Versuche Nr. 7 bis 11 darstellt. Beschreibung der Bezugszeichen

Bezugszeichen, welche zum Erkennen verschiedener Merkmale in den Figuren verwendet wurden, werden nachfolgend aufgeführt.
1: Gassensor; 2: erstes Gasdetektionselement; 3: zweites Gasdetektionselement; 4: erster Speicherabschnitt; 4A: erster Innenraum; 4B: erste Öffnung; 4C: erste Membran; 5: zweiter Speicherabschnitt; 5A: zweiter Innenraum; 5B: zweite Öffnung; 5C: zweite Membran; 5C1: Verbindungsloch; 6: Gehäuse; 7: Untersatz; 8: Abdeckkappe; 10: Leiterplatte; 11: Dichtungselement; und 12: Berechnungseinheit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren detaillierter beschrieben. Allerdings sollte die vorliegende Erfindung so verstanden werden, dass sie nicht darauf beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Gassensors 1, gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt und 2 ist eine fragmentarische, vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau eines Abschnitts des Gassensors 1, der einen ersten Speicherabschnitt 4, einen zweiten Speicherabschnitt 5 und dessen Umgebung umfasst, schematisch darstellt. Der Gassensor 1 ist ein Gerät, um Wasserstoffgas (Detektionszielgas), das in einer zu erfassenden Atmosphäre enthalten ist, zu detektieren. Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst der Gassensor 1 im Wesentlichen ein erstes Gasdetektionselement 2 und ein zweites Detektionselement 3, einen ersten Speicherabschnitt 4 und einen zweiten Speicherabschnitt 5, ein Gehäuse 6, eine Leiterplatte 10 und eine Berechnungseinheit 12.
Das erste Gasdetektionselement 2 ist ein Detektionselement vom Wärmeleitungstyp, mit einem wärmeerzeugenden Widerstand, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit seiner Widerstandstemperatur ändert. Das erste Gasdetektionselement 2 fungiert als ein Detektionselement im Referenzbetrieb, das keinem Detektionszielgas ausgesetzt ist. 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines ersten Gasdetektionselements 2 des Gassensors 1 schematisch darstellt und 4 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 3. Wie in den 3 und 4 dargestellt, besitzt das erste Gasdetektionselement 2 einen wärmeerzeugenden Widerstand 20, eine Isolierungsschicht 21, eine Verdrahtung 22, ein Paar aus ersten Elektronenpads 23A und 23B, und einem Substrat 26.
Der wärmeerzeugende Widerstand 20 ist ein spiralförmiger elektrischer Leiter, der in einem zentralen Bereich der Isolierungsschicht 21 eingebracht ist. Der wärmeerzeugende Widerstand 20 ist über die Verkabelung 22 mit den ersten Elektrodenpads 23A und 23B elektrisch verbunden.
Die ersten Elektrodenpads 23A und 23B des ersten Gasdetektionselements 2 werden auf der Oberfläche der Isolierungsschicht 21 gebildet. Eines der ersten Elektrodenpads 23A und 23B ist mit einem der zweiten Elektrodenpads (nicht dargestellt) verbunden, welche an dem zweiten Gasdetektionselement 3, das nachfolgend beschrieben wird, vorgesehen sind. Wie in 4 dargestellt, wird das aus Silikon gebildete Substrat 26 auf eine Isolierungsschichtoberfläche 21, auf einer zu den ersten Elektrodenpads 23A und 23B gegenüberliegenden Seite, aufgetragen. Das Substrat 26 ist in einem Bereich, in dem der wärmeerzeugende Widerstand 20 eingebracht ist, nicht vorhanden. Dieser Bereich nimmt die Form einer Vertiefung 27 an, in der die Isolierungsschicht 21 freiliegt, um dadurch eine Membranstruktur bereitzustellen.
Der wärmeerzeugende Widerstand 20 ist ein Bauteil, dessen Widerstand sich mit seiner Widerstandstemperatur ändert und der aus einem elektrisch leitfähigen Material, das einen hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist, gebildet ist. Zum Beispiel wird Platin (Pt) als Material für den wärmeerzeugenden Widerstand 20 verwendet.
Die Isolierungsschicht 21 kann aus einem einzelnen Material gebildet werden oder aus einer Vielzahl verschiedenartiger Beschichtungsmaterialien zusammengesetzt sein. Beispiele für elektrisch isolierende Materialien, die zur Bildung der Isolierungsschicht 21 verwendet werden, sind Siliziumdioxid (SiO₂) und Siliziumnitrid (Si₃N₄).
Ähnlich wie das erste Gasdetektionselement 2, ist das zweite Gasdetektionselement 3 ein Detektionselement vom Wärmeleitungstyp, mit einem wärmeerzeugenden Widerstand 30 (vgl. 5) dessen Widerstand sich mit seiner Widerstandstemperatur ändert. Das zweite Gasdetektionselement 3 wird verwendet als ein detektorseitiges Gasdetektionselement, welches dem Detektionszielgas ausgesetzt ist, und welches das Detektionszielgas detektiert. Obwohl nicht dargestellt, besitzt das zweite Gasdetektionselement 3, ähnlich wie das erste Gasdetektionselement 2, den wärmeerzeugenden Widerstand 30, eine Isolierungsschicht, eine Verdrahtung, ein Paar aus zweiten Elektrodenpads und ein Substrat. Eines der zweiten Elektrodenpads ist geerdet. Vorzugsweise weisen der wärmeerzeugende Widerstand 20 des ersten Gasdetektionselements 2 und der wärmeerzeugende Widerstand 30 des zweiten Gasdetektionselements 3 (vgl. 5) denselben Widerstand auf.
Der erste Speicherabschnitt 4 ist ein kastenförmiger Teil, der aus einem Untersatz 7 und einer Schutzkappe 8 besteht und in eine Richtung geöffnet ist. Der erste Speicherabschnitt 4 hat einen ersten Innenraum 4A, in dem das erste Gasdetektionselement 2 angeordnet ist, und eine erste Öffnung 4B, welche eine Verbindung zwischen dem ersten Innenraum 4A und einem Raum, der außerhalb des ersten Speicherabschnitts 4 (ein Innenraum 6C wird nachfolgend beschrieben) einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist, bildet. Ähnlich wie der erste Speicherabschnitt 4, ist der zweite Speicherabschnitt 5 ein kastenförmiger Teil, der aus dem Untersatz 7 und der Schutzkappe 8 (nachfolgend beschrieben) zusammengesetzt ist und sich in eine Richtung öffnet. Der zweite Speicherabschnitt 5 hat einen zweiten Innenraum 5A, in dem das zweite Gasdetektionselement 3 angeordnet ist, und eine zweite Öffnung 5B, welche eine Verbindung zwischen dem zweiten Innenraum 5A und einem Raum, der außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 (der Innenraum 6C wird nachfolgend beschrieben) einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist, bildet. Der erste Speicherabschnitt 4 und der zweite Speicherabschnitt 5 werden durch das überdeckende Aufstecken der Schutzkappe 8 auf den Untersatz 7 gebildet.
Der Untersatz 7 hat eine Vertiefung 7a mit einer Öffnung 7a1, die in eine Richtung öffnet und in der das erste Gasdetektionselement 2 angeordnet ist, und einer Vertiefung 7b mit einer Öffnung 7b1, die in eine Richtung öffnet und in der das zweite Gasdetektionselement 3 angeordnet ist. Die beiden Vertiefungen 7a und 7b sind nebeneinander angeordnet. Der Untersatz 7, der solch eine Struktur besitzt, wird auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 montiert. Der Untersatz 7 wird aus einer isolierenden Keramik gebildet. Beispiele für bevorzugte Isolierkeramiken, die zur Bildung des Untersatzes 7 verwendet werden, umfassen Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Zirkoniumdioxid. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Untersatz 7 aus der gleichen Isolierkeramik wie die, welche zur Bildung der Schutzkappe 8 verwendet wurde, gebildet.
Die Schutzkappe 8 ist so mit dem Untersatz 7 verbunden, dass sie das erste Gasdetektionselement 2 und das zweite Gasdetektionselement 3, welche entsprechend in den beiden Vertiefungen 7a und 7b angeordnet sind, abdeckt.
Die Schutzkappe 8 wird aus einer Isolierkeramik gebildet. Ein Beispiel für eine bevorzugte Isolierkeramik, die zur Bildung der Schutzkappe 8 verwendet wird, ist Aluminiumoxid. Wie vorstehend genannt, werden der Untersatz 7 und die Schutzkappe 8 in der vorliegenden Ausführungsform aus der gleichen Isolierkeramik gebildet.
Der Untersatz 7 und die Schutzkappe 8 sind mit einem Isolierkleber miteinander verbunden. Der Isolierkleber enthält als Hauptkomponente ein duroplastisches Harz, ein thermoplastisches Harz, ein ultravioletthärtendes Harz oder dergleichen. Um die Haftfestigkeit zwischen dem Untersatz 7 und der Schutzkappe 8 zu verbessern, wird ein Isolierkleber bevorzugt, der ein duroplastisches Harz als Hauptkomponente enthält. Ein spezifisches Beispiel für ein duroplastisches Harz ist ein Epoxidharz. Insbesondere bezeichnet der hier verwendete Begriff „Hauptkomponente“ eine im Isolierkleber enthaltene Komponente, die einem Massenanteil von 80 % oder mehr entspricht.
Die Schutzkappe 8 besitzt die erste Öffnung 4B, die als ein Gaseinlass in den ersten Speicherabschnitt 4 oder als ein Gasauslass aus dem ersten Speicherabschnitt 4 fungiert und die zweite Öffnung 5B, die als ein Gaseinlass in den zweiten Speicherabschnitt 5 oder als ein Gasauslass aus dem zweiten Speicherabschnitt 5 fungiert. Die Schutzkappe 8 umfasst Abschnitte mit einer gleichbleibenden Dicke und einem Gehäuseabschnitt 8A, der über der Öffnung 7a1 der Vertiefung 7a und der Öffnung 7b1 der Vertiefung 7b, angebracht ist. Die erste Öffnung 4B und die zweite Öffnung 5B verlaufen durch den Gehäuseabschnitt 8A in eine Dickenrichtung des Gehäuseabschnitts 8A.
Die erste Öffnung 4B verläuft mit gleichbleibender Größe zwischen der Außenseite und der Innenseite (auf Seite der Vertiefung 7a) des ersten Gehäuseabschnitts 4. Ähnlich wie die erste Öffnung 4B, verläuft die zweite Öffnung 5B mit gleichbleibender Größe zwischen der Außenseite und der Innenseite (auf Seite der Vertiefung 7b) des zweiten Gehäuseabschnitts 5. Die erste Öffnung 4B und die zweite Öffnung 5B besitzen dieselbe Öffnungsfläche.
In der vorliegenden Beschreibung besteht der erste Innenraum 4A des ersten Speicherabschnitts 4 aus einem Raum, der durch die Vertiefung 7a des Untersatzes 7 und dem Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 definiert ist, und einem Raum, der mit besagtem Raum verbunden ist und innerhalb der ersten Öffnung 4B liegt. Der zweite Innenraum 5A des zweiten Speicherabschnitts 5 besteht aus einem Raum, der durch die andere Vertiefung 7b des Untersatzes 7 und dem Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 definiert ist und, einem Raum, der mit besagtem Raum verbunden ist und innerhalb der zweiten Öffnung 5B liegt. In der vorliegenden Ausführungsform besitzen der erste Innenraum 4A und der zweite Innenraum 5A dieselbe Größe (Volumen).
Wie in 2 dargestellt, werden der erste Speicherabschnitt 4 und der zweite Speicherabschnitt 5 zueinander angrenzend, mit einer gemeinsamen Wand, bereitgestellt. Der erste Innenraum 4A in dem ersten Speicherabschnitt 4 und der zweite Innenraum 5A in dem zweiten Speicherabschnitt 5 liegen unmittelbar nebeneinander. Dementsprechend wird ein Temperaturunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A gemindert. Aufgrund dieses Aufbaus appliziert der Gassensor 1 kleine, durch Temperaturänderungen verursachte Schwankungen des Ausgangssignals, wodurch ein Fehler im Sensorausgangssignal unterbunden wird.
Eine erste Membran 4C wird aus einem Material (fester Polymerelektrolyt) gebildet, welches eine Permeation von Wasserdampf zulässt und eine Permeation des Detektionszielgases (entflammbares Gas, wie z. B. Wasserstoffgas oder Methangas) im Wesentlichen nicht zulässt. Insbesondere ist der in der vorliegenden Spezifikation verwendete Ausdruck „eine Permeation im Wesentlichen nicht zulässt“ so zu verstehen, das die volumenbezogene Menge des durchdringenden Detektionszielgases (Wasserstoffgas, usw.) 1/50 oder weniger ist, als die des Wasserdampfes. Wie in 2 dargestellt, besitzt die erste Membran 4C eine vorab bestimmte Dicke (gleichbleibende Dicke) und ist an dem Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 durch die Nutzung eines Klebstoffes oder dergleichen befestigt, so dass sie die erste Öffnung 4B vollständig abdeckt. Der Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 besitzt zwei Vertiefungen 8a und 8b, welche in diesem gebildet wurden und welche nach außen geöffnet sind (der Innenraum 6C wird nachfolgend beschrieben) und, die erste Membran 4C ist an dem Gehäuseabschnitt 8A befestigt, wobei sie in der Vertiefung 8a platziert wird.
Als erste Membran 4C wird vorzugsweise eine Ionenaustauschmembran aus Fluorharz verwendet. Bestimmte Beispiele für die Ionenaustauschmembran sind Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Ebenso kann eine Hohlfasermembran, die in der Lage ist, das Detektionszielgas und den Wasserdampf zu trennen, als erste Membran 4C verwendet werden.
Die erste Membran 4C gestattet die Permeation von Wasser (Wasserdampf), das in der zu erfassenden Atmosphäre, welche in dem Raum außerhalb des ersten Speicherabschnitts 4 (der Innenraum 6C wird nachfolgend beschrieben) in Richtung des ersten Innenraums 4A herrscht, enthalten ist. Ebenfalls gestattet die erste Membran 4C die Permeation von Wasser (Wasserdampf), das in dem ersten Innenraum 4C, in Richtung des Raums außerhalb des ersten Speicherabschnitts 4, enthalten ist.
Insbesondere besitzt die erste Membran 4C der vorliegenden Ausführungsform eine laminierte Katalysatorschicht 14, zur Oxidation des Detektionszielgases (Wasserstoffgas, usw.). Die Katalysatorschicht 14 ist auf die Oberfläche der ersten Membran 4C laminiert, die in Richtung des ersten Innenraums angebracht ist. Die Katalysatorschicht 14 erlaubt insbesondere die Permeation von Wasserdampf.
Die zweite Membran 5C wird aus einem Material (fester Polymerelektrolyt) derselben Art, wie das der ersten Membran 4C, gebildet. Die Dicke der zweiten Membran 5C ist größer als die der ersten Membran 4C. Die zweite Membran besitzt eine gleichbleibende Dicke. Ein spezifisches Material der zweiten Membran 5C kann eines der oben erläuterten Materialien für die erste Membran 4C sein. Ähnlich wie die erste Membran 4C, lässt die zweite Membran 5C ebenfalls die Permeation von Wasserdampf zu und im Wesentlichen keine Permeation des Detektionszielgases (entflammbares Gas, wie z. B. Wasserstoffgas oder Methangas).
Die zweite Membran 5C besitzt ebenfalls eine luftfeuchtigkeitsregulierende Funktion zur Absorption und Emission von Wasser (Wasserdampf), entsprechend der Luftfeuchtigkeit. Je größer die Dicke der zweiten Membran 5C ist, desto stärker ist die Wirkung (luftfeuchtigkeitsregulierende Wirkung). Da die zweite Membran 5C dicker als die erste Membran 4C ist, erhöht sich die Wirkung der luftfeuchtigkeitsregulierenden Funktion deutlich.
Wie in 2 dargestellt, wird die zweite Membran 5C an dem Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 durch die Nutzung eines Klebstoffes oder dergleichen befestigt, so dass sie die zweite Öffnung 5B vollständig abdeckt. Die zweite Membran 5C ist an dem Gehäusestück 8A befestigt, wobei sie in der anderen Vertiefung 8b platziert wird.
Die zweite Membran 5C weist ein Verbindungsloch auf, das in einer Dickenrichtung dahindurch verläuft, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Innenraum 5A und dem Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 (der Innenraum 6C wird nachfolgend beschrieben), der einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist, zu bilden. Die zweite Membran 5C wird so an dem Gehäuseabschnitt 8A der Schutzkappe 8 befestigt, dass das Verbindungsloch 5C1 mit der zweiten Öffnung 5B verbunden ist. Die Größe des Verbindungsloches 5C1 wird so bemessen, dass der zweite Innenraum 5A des zweiten Speicherabschnitts 5 von außen sichtbar ist, und die direkte Einleitung des Detektionszielgases und des Wasserdampfes, die in der zu erfassenden Atmosphäre enthalten sind, aus dem Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 in den zweiten Innenraum 5A, erlaubt. Ebenso erlaubt das Verbindungsloch 5C1 die Entladung des Detektionszielgases und des Wasserdampfes, welche in dem zweiten Innenraum 5A enthalten sind, in den Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Öffnungsbereich des Verbindungsloches 5C1 kleiner als das der zweiten Öffnung 5B. In der Draufsicht besitzt das Verbindungsloch 5C1 in der vorliegenden Ausführung eine kreisrunde Öffnung, und ist entlang der Dickenrichtung gleich groß. In der Draufsicht ist das Verbindungsloch 5C1 etwa im Mittelpunkt der zweiten Öffnung 5B angeordnet. In der Draufsicht überlappt ein Abschnitt der zweiten Öffnung 5B, der nicht das Verbindungsloch 5C1 überlappt, die zweite Membran 5C.
Insbesondere im Fall der zweiten Membran 5C wird Wasserdampf zwischen dem zweiten Innenraum 5A und dem Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5, durch das oben genannte Verbindungsloch 5C1 und durch Durchdringen der zweiten Membran 5C, geleitet. Das heißt, die zweite Membran 5C erlaubt es dem Wasserdampf, der im Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 vorhanden ist, in Richtung des zweiten Innenraums 5A durchzudringen und erlaubt es dem Wasserdampf, der im zweiten Innenraum 5A vorhanden ist, in Richtung des Raums außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 durchzudringen.
Das Gehäuse 6 umschließt den ersten Speicherabschnitt 4 und den zweiten Speicherabschnitt 5. Das Gehäuse 6 hat zur Einleitung der zu erfassenden Atmosphäre, welche das Detektionszielgas enthält, eine Öffnung 6A und einen Filter 6B, der an der Unterseite der Öffnung 6A angeordnet ist.
Insbesondere sind der erste Speicherabschnitt 4 und der zweite Speicherabschnitt 5 (d. h., der Untersatz 7 und die Schutzkappe 8) in dem Innenraum 6C, der zwischen dem Gehäuse 6 und der Leiterplatte 10 zur Verfügung steht, platziert. Der Innenraum 6C wird durch die Fixierung der Leiterplatte 10 mittels eines Dichtungselements 11 an einem nach innen überstehenden Innenrahmen 6D des Gehäuses 6 gebildet. Das heißt, der Innenraum 6C ist von dem Gehäuse 6, der Leiterplatte 10 und dem Dichtungselement 11, das zur gegenseitigen Fixierung des Gehäuses 6 und der Leiterplatte 10 verwendet wird, umgeben.
Die Öffnung 6A wird so geformt, dass sie eine Verbindung zwischen der zu erfassenden Atmosphäre und dem Innenraum 6C bildet. Das heißt, dass der Raum außerhalb des ersten Speicherabschnitts 4 und des zweiten Speicherabschnitts 5, der zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Die durch die Öffnung 6A in den Innenraum 6C eingeleitete, zu erfassende Atmosphäre, wird sowohl in den ersten Innenraum 4A als auch in den zweiten Innenraum 5A, zugeführt.
Der Filter 6B ist ein wasserabweisender Filter, der es dem Detektionszielgas oder dergleichen erlaubt, hindurchzudringen und der es flüssigem Wasser nicht erlaubt, hindurchzudringen (d. h., der Filter entfernt Wassertröpfchen, die in dem Detektionszielgas enthalten sind). Der Filter 6B schränkt das Eindringen von Wassertröpfchen und anderer Fremdkörper in den Innenraum 6C durch die Öffnung 6A ein. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Filter 6B so an der Innenfläche des Gehäuses 6 angebracht, dass er die Öffnung 6A bedeckt.
5 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm des Gassensors 1. Die Leiterplatte 10 ist eine plattenförmige Platine, die innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet ist und die die in 5 dargestellte Schaltung aufweist. Die Schaltung ist mit den ersten Elektrodenpads 23A und 23B des ersten Gasdetektionselements 2 und mit den ersten Elektrodenpads des zweiten Gasdetektionselements 3, elektrisch verbunden.
Die Berechnungseinheit 12 berechnet die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgases, das in den zweiten Innenraum 5A eingeleitet wurde, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale, des ersten Gasdetektionselements 2 und des zweiten Gasdetektionselements 3. Genaugenommen berechnet die Berechnungseinheit 12, wie in 5 dargestellt, die Konzentration aus einem elektrischen Potential, das zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstand 20 des ersten Gasdetektionselements 2 und dem wärmerzeugenden Widerstand 30 des zweiten Gasdetektionselements 3 vorhanden ist, wenn eine konstante Spannung V_cc, an den wärmeerzeugenden Widerstand 20 des ersten Gasdetektionselements 2 und den in Reihe geschalteten wärmeerzeugenden Widerstand 30 des zweiten Gasdetektionselements 3, angelegt wird.
Genauer gesagt, bezieht die Berechnungseinheit 12 von einer Operationsverstärkerschaltung ein Ausgangssignal einer elektrischen Potentialdifferenz V_d, welches (i) eine elektrische Potentialdifferenz zwischen einem elektrischen Potential an einem Punkt verstärkt, der zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstand 20 des ersten Gasdetektionselements 2 und dem wärmeerzeugenden Widerstand 30 des zweiten Gasdetektionselements 3, liegt und (ii) ein elektrisches Potential an einem Punkt verstärkt, der zwischen einem Festwiderstand R3 und einem Festwiderstand R4, die parallel zu den wärmeerzeugenden Widerständen 20 und 30 angeordnet sind, liegt. Die Berechnungseinheit 12 berechnet die Konzentration D des Detektionszielgases (Wasserstoffgas) anhand der elektrischen Potentialdifferenz V_d und gibt die Konzentration D als Ausgangssignal aus.
Eine Gleichstromquelle 40 versorgt die Berechnungseinheit 12 und die Leiterplatte 10 mit Strom. Die Gleichstromquelle 40 legt Spannung an den wärmeerzeugenden Widerstand 20 des ersten Gasdetektionselements 2 und an den wärmeerzeugenden Widerstand 30 des zweiten Gasdetektionselements 3 an.
Der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist so eingestellt, dass seine Reaktionszeit auf das Detektionszielgas während des Detektionszielgas-Ansprechversuchs drei Sekunden oder kürzer ist. Während des Detektionszielgas-Ansprechversuchs wird die Reaktionszeit Y (s) des Gassensors 1 für das Detektionszielgas gemessen, sobald sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgases (z. B. die Wasserstoffkonzentration), bei einer Temperatur von 25 °C plötzlich von 0 Vol.-% auf 2 Vol.-% in einen Zustand ändert, in dem die zu erfassende Atmosphäre eine Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% aufweist. In dem Gassensor 1 wird zum Beispiel die Größe des Verbindungslochs 5C1 (insbesondere des Öffnungsbereichs) der zweiten Membran 5C, usw., entsprechend justiert, so dass die Reaktionszeit Y (s) drei Sekunden oder kürzer ist. Der Detektionszielgas-Ansprechversuch wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Der Gassensor 1 ist ebenfalls so eingestellt, dass der Wasserdampfkonzentrationsunterschied (maximaler Wasserdampfkonzentrationsunterschied X) während eines Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs, zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, gleich viel wie oder weniger als 7 Vol.-% beträgt. In dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A gemessen, in dem sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Wasserdampfes, bei einer Temperatur von 60 °C plötzlich von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, in einen Zustand ändert, in dem die zu erfassende Atmosphäre das Detektionszielgas (z. B. Wasserstoffgas) nicht enthält. Im Gassensor 1 wird zum Beispiel die Dicke der zweiten Membran 5C, die Größe des Verbindungslochs 5C1 (insbesondere des Öffnungsbereichs) der zweiten Membran 5C, die Dicke der ersten Membran 4C, usw., entsprechend justiert, so dass der Wasserdampfkonzentrationsunterschied (maximaler Wasserdampfkonzentrationsunterschied X) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, 7 Vol.-% oder weniger, beträgt. Der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Handelt es sich bei dem Detektionszielgas um Wasserstoff, beträgt der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration, vorzugsweise 6300 ppm oder weniger. Der Wert bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration ist ein von der Berechnungseinheit 12 ausgegebener Wert, wenn diese den Wasserdampfkonzentrationsunterschied berechnet.
Der auf diese Weise konfigurierte Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, kann die Detektionszielgaskonzentration (Wasserstoffgaskonzentration, usw.) sogar dann präzise messen, wenn sich die Luftfeuchtigkeit in der zu erfassenden Atmosphäre bedeutend von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau ändert, zum Beispiel durch die Entwicklung einer großen Menge Wasserdampf, die den Gassensor 1 umgibt. Das Prinzip dieser Funktion wird nachfolgend beschrieben.
Im Fall einer großen Änderung der Wasserdampfkonzentration in der zu erfassenden Atmosphäre, von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau (z. B., eine Änderung der Wasserdampfkonzentration in der zu erfassenden Atmosphäre von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, bei einer Temperatur von 60 °C), dringt der in der zu erfassenden Atmosphäre, die in dem Raum außerhalb des ersten Speicherabschnitts 4 vorhanden ist, enthaltene Wasserdampf durch die erste Membran 4C und durchströmt ebenfalls die erste Öffnung 4B, um so in den ersten Innenraum 4A des ersten Speicherabschnitts 4, zu gelangen. Im ersten Speicherabschnitt 4 ist das erste Gassensorelement 2, welches als Referenzgerät genutzt wird, untergebracht. Daraus resultiert, dass die Wasserdampfkonzentration des ersten Innenraums 4A, verglichen mit dessen Gegebenheiten vor Einströmen des Wasserdampfes, ansteigt. Andererseits gelingt es dem in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgas im Wesentlichen nicht, die erste Membran 4C zu durchdringen, und wird daher am Einströmen in den ersten Innenraum 4A gehindert.
Im oben genannten Fall einer größeren Änderung der Wasserdampfkonzentration in der zu erfassenden Atmosphäre von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau, dringt der in der zu erfassenden Atmosphäre, die in dem Raum außerhalb des zweiten Speicherabschnitts 5 vorhanden ist, enthaltene Wasserdampf größtenteils durch das Verbindungsloch 5C1 der zweiten Membran 5C und durch die zweite Öffnung 5B, um dadurch direkt in den zweiten Innenraum 5A des zweiten Speicherabschnitts 5 einzuströmen. Im Innenraum 5A ist das zweite Gasdetektionselement 3, welches zur Detektion genutzt wird, untergebracht. Es wird davon ausgegangen, dass die Wasserdampfmenge, die durch das Verbindungsloch 5C1 strömt, verglichen mit der Wasserdampfmenge, die durch die erste Membran 4C strömt, groß sein wird. Da jedoch, wie oben erwähnt, die zweite Membran 5C in der vorliegenden Ausführung eine feuchtigkeitsregulierende Funktion besitzt, die gemäß ihrer Dicke variiert, wird der in den zweiten Innenraum 5A eingeleitete Wasserdampf oder dergleichen, durch Absorption usw., der zweiten Membran 5C, entsprechend reguliert. Folglich wird die Wasserdampfkonzentration des zweiten Innenraums 5A, verglichen mit der des ersten Innenraums 4A, nicht allzu hoch. Andererseits durchströmt das in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltene Detektionszielgas das Verbindungsloch 5C1 der zweiten Membran 5C und durch die zweite Öffnung 5B, um so direkt in den zweiten Innenraum 5A vorzudringen.
Wie vorstehend genannt, kann der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, die Detektionszielgaskonzentration (Wasserstoffgaskonzentration, usw.) selbst dann präzise messen, wenn sich die Luftfeuchtigkeit in der zu erfassenden Atmosphäre, von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau bedeutend ändert, zum Beispiel als Folge bei Erzeugung einer großen Wasserdampfmenge, die den Gassensor 1 umgibt. Außerdem kann der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, die Detektionszielgaskonzentration (Wasserstoffgaskonzentration, usw.) selbst dann präzise messen, wenn sich die Luftfeuchtigkeit in der zu erfassenden Atmosphäre von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau stark ändert.
Der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, ist zum Beispiel für den Betrieb innerhalb des Motorraums (unter der Motorhaube) eines Autos vorgesehen.
Nun wird der Detektionszielgas-Ansprechversuch unter Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben. Während des Detektionszielgas-Ansprechversuchs wird die Reaktionszeit Y des Gassensors 1 für das Detektionszielgas gemessen, in der sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgases (z. B. die Wasserstoffkonzentration) bei einer Temperatur von 25 °C, plötzlich von 0 Vol.-% auf 2 Vol.-%, in einen Zustand ändert, in dem die zu erfassende Atmosphäre eine Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% aufweist. Der Detektionszielgas-Ansprechversuch nutzt den Gassensor 1, bei dem die referenzseitige Öffnungsfläche der ersten Öffnung 4B, sowie die detektorseitige Öffnungsfläche der zweiten Öffnung 5B, auf 3,4 mm² (1,7 mm × 2,0 mm) eingestellt sind. Ferner wird das Volumen des ersten referenzseitigen Innenraums 4A, sowie das Volumen des zweiten detektorseitigen Innenraums 5A, auf 8,1 mm³ eingestellt. Eine detaillierte Beschreibung der Versuchsmethode ist nachfolgend geschildert.
Die 6 und 7 sind erläuternde Diagramme, die die Konfiguration des Detektionszielgas-Ansprechversuchs schematisch darstellen. Die 6 und 7 zeigen den in einer vorgegebenen Messkammer 100 angeordneten Gassensor 1, zwei Leitungen L1 und L2, um der Messkammer 100 das entsprechende Gas zuzuführen und zwei Dreiwegeventile 101 und 102 (elektromagnetische Ventile), um das Gas, welches der Messkammer 100 zugeführt werden soll, zu wechseln. Die Leitung L1 führt Luft mit einer Detektionszielgaskonzentration (hier: Wasserstoffgas) von 0 Vol.-% zu. Dagegen führt die Leitung L2, Luft mit der Detektionszielgaskonzentration (hier: Wasserstoffgas) von 2 Vol.-%, zu. 6 zeigt einen Zustand, in dem der Messkammer 100 Luft über die Leitung L1 zugeführt wird, die kein Detektionszielgas (Wasserstoffgas mit einer Konzentration von 0 Vol.-%) enthält. 7 zeigt einen Zustand, in dem der Messkammer 100 Luft über die Leitung L2 mit einer Detektionszielgaskonzentration von 2 Vol.-% zugeführt wird. Die der Messkammer 100 zugeführte Luft wird entsprechend freigesetzt.
Der Detektionszielgas-Ansprechversuch misst die Reaktionszeit Y (s) für das Detektionszielgas zu dem Zeitpunkt, zu dem die beiden Dreiwegeventile 101 und 102 betätigt werden, um von dem in 6 dargestellten Zustand, in dem der Messkammer 100 über die Leitung L1 vorher festgelegte Luft (Detektionszielgaskonzentration: 0 Vol.-%) zugeführt wird, in den in 7 dargestellten Zustand zu wechseln, in dem der Messkammer 100 über die Leitung L2 vorher festgelegte Luft, die das Detektionszielgas (Detektionszielgaskonzentration: 2 Vol.-%) enthält, zugeführt wird.
Während des Detektionszielgas-Ansprechversuchs wird die Wasserdampfkonzentration (absolute Luftfeuchtigkeit) in der Messkammer 100 auf 2 Vol.-% gehalten. Die Gasvolumenströme durch die Leitungen L1 und L2 werden auf 5 L/min eingestellt.
8 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse des Detektionszielgas-Ansprechversuchs zeigt. Die vertikale Achse in 8 zeigt das Ausgangssignal (H₂, [ppm]) des Gassensors 1 an, und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem Wasserstoffgas das Detektionszielgas ist. Wie in 8 gezeigt, wird die Reaktionszeit Y (s) durch einen Startpunkt a (s) und einen Endpunkt b (s), die nachstehend definiert werden, erhalten. Der Startpunkt a (s) ist der Zeitpunkt, bei dem der Gassensor 1 damit beginnt, nach einem Wechsel von Leitung L1 zu Leitung L2 mithilfe der Dreiwegeventile 101 und 102, auf das Wasserstoffgas (Detektionszielgas) zu reagieren (Zeitpunkt, zu dem das Sensorausgangssignal anfängt zu steigen). In einem Zustand, nach dem Wechsel mithilfe der Dreiwegeventile 101 und 102, wird der Messkammer 100 über die Leitung L2 vorher festgelegte Luft (Wasserstoffkonzentration: 2 Vol.-%) zugeführt und das Sensorausgangssignal des Gassensors 1 nimmt einen festen Wert (Festpunkt S) an. Der Endpunkt b (s) ist ein Zeitpunkt, bei dem das Sensorausgangssignal 90 % des festen Werts (S × 0,9) erreicht. Ein Wert, der durch Subtrahieren des Startpunkts a (s) vom Endpunkt b (c) erhalten wird, ist die Reaktionszeit Y (s) des Gassensors 1 für Wasserstoffgas (Detektionszielgas).
Als Nächstes wird der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch unter Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben. In dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A gemessen, in dem sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Wasserdampfes, bei einer Temperatur von 60 °C plötzlich, von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, in einen Zustand ändert, in dem die zu erfassende Atmosphäre das Detektionszielgas nicht enthält (enthält z.B. kein Wasserstoffgas). 9 zeigt eine fragmentarische, vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau des ersten Speicherabschnitts 4 und den des zweiten Speicherabschnitts 5 eines Gassensors 1T, der für den Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch vorgesehen ist, schematisch darstellt. Der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch nutzt den Gassensor 1T, der die Temperatur-Feuchtigkeitssensoren 2T und 3T anstelle des ersten bzw. des zweiten Gasdetektionselements 3 des oben genannten Gassensors 1 besitzt. Die Temperatur-Feuchtigkeitssensoren 2T und 3T werden aus einem bekannten, kapazitiven Halbleiterelement zur Detektion der relativen Luftfeuchtigkeit, usw., zusammengesetzt. Der Gassensor 1T und der Gassensor 1 sind im Grundaufbau, abgesehen von den Temperatur-Feuchtigkeitssensoren 2T und 3T, identisch. In 9 sind strukturelle Bauteile des Gassensors 1T, die mit denen des Gassensors 1 identisch sind, durch dieselben Bezugszeichen, wie denen des Gassensors 1 gekennzeichnet und eine erneute Beschreibung davon entfällt.
Ähnlich wie bei dem Gassensor 1 im oben genannten Detektionszielgas-Ansprechversuch, wird der Gassensor 1T für den Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch so konfiguriert, dass die referenzseitige Öffnungsfläche der ersten Öffnung 4B sowie, die detektorseitige Öffnungsfläche der zweiten Öffnung 5B, auf 3,4 mm² (1,7 mm × 2,0 mm) eingestellt sind. Ferner wird das Volumen des ersten referenzseitigen Innenraums 4A, sowie das Volumen des zweiten detektorseitigen Innenraums 5A, auf 8,1 mm³ eingestellt.
10 zeigt ein erläuterndes Diagramm, das die Bedingungen des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs schematisch darstellt. 10 zeigt den Gassensor 1T für den Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch, welcher in einer vorher festgelegten Messkammer 200 angeordnet ist, eine in der Messkammer 200 angeordnete thermostatische Kammer 201 zur Unterbringung des Gassensors 1T für den Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs, eine Leitung L3, um Luft in die Messkammer 200 zuzuführen, eine Leitung L4, um wasserdampfhaltige Luft in die Messkammer 200 zuzuführen, einen in der Leitung L3 vorgesehenen Strömungsmengenregler 202, der dazu geeignet ist, die Strömungsmenge der durch die Leitung L3 zugeführten Luft zu regeln und einen in der Leitung L4 vorgesehenen Strömungsmengenregler 203, der dazu geeignet ist, die Strömungsmenge der durch die Leitung L4 zugeführten wasserdampfhaltigen Luft zu regeln.
Die Temperatur in der thermostatischen Kammer 201 ist auf 60 °C eingestellt. Die Leitungen L3 und L4 sind miteinander an einer Position verbunden, die sich unterhalb von den Strömungsmengenreglern 202 und 203, befindet. Luft, die durch die Leitung L3 zugeführt und dessen Volumenstrom durch den Strömungsmengenregler 202 geregelt wird, und wasserdampfhaltige Luft, die durch die Leitung 4 zugeführt und dessen Volumenstrom durch den Strömungsmengenregler 203 geregelt wird, wird zusammengeführt und das resultierende Luftgemisch wird der Messkammer 200 zugeführt. Die Wasserdampfkonzentration, die in der Luft enthalten ist, welche der Messkammer 200 zugeführt wird, kann durch die entsprechende Regelung der Volumenströme in den Leitungen L3 und L4 durch den Betrieb der Strömungsmengenregler 202 und 203 justiert werden. In dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird das Detektionszielgas (Wasserstoffgas) nicht in die Messkammer 200 zugeführt; daher liegt die Detektionszielgaskonzentration (Wasserstoffkonzentration) bei 0 Vol.-%. Der Volumenstrom der Luft, die der Messkammer 200 zugeführt wird, ist auf einen festen Wert von 5 L/min eingestellt. Die in die Messkammer 200 zugeführte Luft wird entsprechend freigesetzt.
In dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird zunächst wasserdampfhaltige Luft der Messkammer 200, welche in der thermostatischen Kammer 201 platziert ist, zugeführt. Die Messkammer 200 wird konstant auf 60 °C gehalten, um so die Wasserdampfkonzentration (absolute Luftfeuchtigkeit) in der Messkammer 200 bei 2 Vol.-% zu stabilisieren. Danach wird der Volumenstrom der durch die Leitung L4 zugeführten wasserdampfhaltigen Luft, durch den Betrieb des Strömungsmengenreglers 203 so verändert, dass Luft mit einer Wasserdampfkonzentration (absolute Luftfeuchtigkeit) von 18 Vol.-% in die Messkammer 200 zugeführt wird. In dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch wird die Wasserdampfkonzentration, zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A des Gassensors 1T, bei einer plötzlichen Änderung der Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-% gemessen.
11 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs darstellt. Die vertikale Achse in 11 zeigt die Wasserdampfkonzentration (Vol.-%) in der zu erfassenden Atmosphäre an und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. 11 zeigt die Wasserdampfkonzentration (Vol.-%) der in die Messkammer 200 zugeführten Luft (d. h., die zu erfassende Atmosphäre). 11 stellt auch den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen beiden Innenräumen (dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A) durch eine gekrümmte Linie W dar. 11 stellt auch einen maximalen Wasserdampfkonzentrationsunterschied X zwischen den beiden Innenräumen (dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A) dar. Wie vorstehend genannt, wird in dem Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, bei einer plötzlichen Änderung der Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, der in die Messkammer 200 zugeführten Luft (d. h. die zu erfassende Atmosphäre), bei einer Temperatur von 60 °C, gemessen. Basierend auf den Messergebnissen, wird der maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X (Vol.-%) erhalten.
Prüfung des Einflusses der Dicke der zweiten Membran

Als Nächstes wird der Einfluss der Dicke der zweiten Membran des Gassensors 1, unter Bezug auf den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, überprüft. Genau genommen wird der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch an den Gassensoren 1T zu Versuchszwecken durchgeführt, wobei die ersten Membranen und die zweiten Membranen unter den Bedingungen der Versuche 1 bis 4, bzw. wie in Tabelle 1 dargestellt, ausgelegt werden. Die 12 und 13 stellen die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs dar. [Tabelle 1]

VERSUCHS-Nr.	ERSTE MEMBRAN (REFERENZSEITIG)		ZWEITE MEMBRAN (DETEKTORSEITIG)		REAKTIONSZEIT Y [s]
VERSUCHS-Nr.	TYP	DICKE [µm]	TYP	DICKE [µm]	REAKTIONSZEIT Y [s]
1	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	15	2,3
2	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	30	2,4
3	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	2,3
4	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	120	2,4

Der in Tabelle 1 angegebene „Typ“ zeigt den Materialtyp, der verwendet wurde, um die erste Membran und die zweite Membran zu bilden. Der in Tabelle 1 angegebene „Typ A“ ist eine Perfluorsulfonsäure-Membran (Handelsprodukt), die ein erweiterbares Teflon®-Gerüst und eine Sulfonat-Gruppe beinhaltet. „Typ A (mit Katalysatorschicht)“ ist die Perfluorsulfonsäure-Membran, auf der eine Katalysatorschicht gebildet wird (Handelsprodukt). Der Materialtyp, der genutzt wird, um die erste Membran und die zweite Membran zu bilden, wird auch in anderen Tabellen, ähnlich wie in Tabelle 1, gekennzeichnet.
In den Gassensoren 1 mit den ersten Membranen und den zweiten Membranen, die unter den Bedingungen der Versuche 1 bis 4 vorbereitet wurden, bzw. die Größen der Verbindungslöcher, welche in den jeweiligen zweiten Membranen gebildet und so bestimmt wurden, dass die Reaktionszeit Y, die durch die Durchführung des Detektionszielgas-Ansprechversuchs unter Verwendung von Wasserstoff als Detektionszielgas erhalten wurde, drei Sekunden oder kürzer ist. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Reaktionszeitmessung Y aus den Versuchen 1 bis 4.
Die 12 und 13 zeigen Graphen, die die Versuchsergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs 1 bis 4, darstellen. Die vertikale Achse in 12 zeigt den Wasserdampfkonzentrationsunterschied (Vol.-%) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A an und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Die vertikale Achse in 13 zeigt das Sensorausgangssignal (H₂, [ppm]) an, das den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration anzeigt und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Wie in den 12 und 13 dargestellt, wird im Fall, dass die Dicke der detektorseitigen zweiten Membran größer ist als die der referenzseitigen ersten Membran, bei steigendem Dickenunterschied zwischen den ersten und zweiten Membranen, der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem referenzseitigen ersten Innenraum 4A und dem detektorseitigen zweiten Innenraum 5A im Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch verringert.
Prüfung des Einflusses des Materials der ersten Membran

Als Nächstes wird der Einfluss der Dicke der ersten Membran des Gassensors 1, unter Bezug auf den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, überprüft. Genau genommen wird der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch an den Gassensoren 1T zu Versuchszwecken durchgeführt, wobei die ersten Membranen und die zweiten Membranen unter den Bedingungen der Versuche 2 und 5, bzw. wie in Tabelle 2 dargestellt, ausgelegt werden. Die 14 und 15 zeigen die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs. [Tabelle 2]

VERSUCHS-Nr.	ERSTE MEMBRAN (REFERENZSEITIG)		ZWEITE MEMBRAN (DETEKTORSEITIG)		REAKTIONS ZEIT Y [s]
VERSUCHS-Nr.	TYP	DICKE [µm]	TYP	DICKE [µm]	REAKTIONS ZEIT Y [s]
2	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	30	2,4
5	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	30	2,4

Der in Tabelle 2 angegebene „Typ B“ ist eine Perfluorsulfonsäure-Membran, die von DuPont (Nafion®) hergestellt wird.
In den Gassensoren 1 mit den ersten Membranen und den zweiten Membranen, die unter den Bedingungen der Versuche 2 und 5 vorbereitet wurden, bzw. die Größen der Verbindungslöcher, welche in den jeweiligen zweiten Membranen gebildet und so bestimmt wurden, dass die Reaktionszeit Y, die durch die Durchführung des Detektionszielgas-Ansprechversuchs unter Verwendung von Wasserstoff als Detektionszielgas erhalten wurde, drei Sekunden oder kürzer ist. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Reaktionszeitmessung Y aus den Versuchen 2 und 5.
Die 14 und 15 zeigen Graphen, die die Versuchsergebnisse der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuche 2 und 5, darstellen. Die vertikale Achse in 14 zeigt den Wasserdampfkonzentrationsunterschied (Vol.-%) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A an und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Die vertikale Achse in 15 zeigt das Sensorausgangssignal (H₂, [ppm]) an, das den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration anzeigt und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. In den Versuchen 2 und 5, hatten die ersten und zweiten Membranen dieselbe Dicke. Die Versuche 2 und 5 unterscheiden sich hinsichtlich der Materialart, die verwendet wurde, um die detektorseitige zweite Membran zu bilden. Da jedoch die zweite Membran 5C vom Typ A in Versuch 2 und die zweite Membran 5C vom Typ B in Versuch 5, jeweils Fluorharz-Ionenaustausch-Membran-Typen sind, wie in den 14 und 15 dargestellt, werden für die Feuchtigkeits-Übergangsversuche 2 und 5 annähernd die gleichen Ergebnisse angezeigt.
Prüfung des Einflusses der Dicke der ersten Membran

Als Nächstes wird der Einfluss der Dicke der ersten Membran 4C des Gassensors 1, unter Bezug auf den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, überprüft. Genau genommen wird der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch an den Gassensoren 1T zu Versuchszwecken durchgeführt, wobei die ersten Membranen und die zweiten Membranen unter den Bedingungen der Versuche 3 und 6, bzw. wie in Tabelle 3 dargestellt, ausgelegt werden. Insbesondere ist Versuch 3 derselbe, wie der vorher genannte Versuch 3. Die 16 und 17 zeigen die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs. [Tabelle 3]

VERSUCHS-Nr.	ERSTE MEMBRAN (REFERENZSEITIG)		ZWEITE MEMBRAN (DETEKTORSEITIG)		REAKTIONS ZEIT Y [s]
VERSUCHS-Nr.	TYP	DICKE [µm]	TYP	DICKE [µm]	REAKTIONS ZEIT Y [s]
3	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	2,3
6	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	7,5	TYP A	60	2,3

In den Gassensoren 1 mit den ersten Membranen und den zweiten Membranen, die unter den Bedingungen der Versuche 3 und 6 vorbereitet wurden, bzw. die Größen der Verbindungslöcher, welche in den jeweiligen zweiten Membranen gebildet und so bestimmt wurden, dass die Reaktionszeit Y, die durch die Durchführung des Detektionszielgas-Ansprechversuchs unter Verwendung von Wasserstoff als Detektionszielgas erhalten wurde, drei Sekunden oder kürzer ist. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Reaktionszeitmessung Y aus den Versuchen 3 und 6.
Die 14 und 15 zeigen Graphen, die die Versuchsergebnisse der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuche 2 und 5 darstellen. Die vertikale Achse in 14 zeigt den Wasserdampfkonzentrationsunterschied (Vol.-%) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A an und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Die vertikale Achse in 15 zeigt das Sensorausgangssignal (H₂, [ppm]) an, das den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration anzeigt und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Wie in den 16 und 17 dargestellt, wird im Fall, dass die detektorseitigen zweiten Membranen im Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch dieselbe Dicke aufweisen, der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten referenzseitigen Innenraum 4A und dem zweiten detektorseitigen Innenraum 5A, durch eine Reduzierung der Dicke der ersten referenzseitigen Membran verringert. Dies liegt daran, dass eine Reduzierung der Dicke der ersten Membran die Zeit, die für die Wasserdampfbewegung (Wassermoleküle) durch die erste Membran benötigt wird, verringert.
Prüfung des Einflusses des Durchmessers des Verbindungsloches der zweiten Membran
Als Nächstes wird der Größeneinfluss des Verbindungsloches (Durchmesser des Verbindungsloches) der zweiten Membran des Gassensors 1, hinsichtlich des Wasserdampfkonzentrationsunterschieds zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A überprüft. Genau genommen wird der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch an den Gassensoren 1T zu Versuchszwecken durchgeführt, wobei die ersten Membranen und die zweiten Membranen unter den Bedingungen der Versuche 7 bis 11, bzw. wie in Tabelle 4 dargestellt, ausgelegt werden. Die 18 und 19 zeigen die Ergebnisse des Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuchs.

Der Detektionszielgas-Ansprechversuch (Wasserstoffgas-Ansprechversuch) wurde durchgeführt unter Anwendung von Wasserstoffgas als Detektionszielgas, an den Gassensoren 1 mit den ersten Membranen und den zweiten Membranen, welche jeweils unter den Bedingungen der Versuche 7 bis 11 ausgelegt wurden, um dadurch die Reaktionszeit Y zu messen. Tabelle 5 und 20 zeigen die Ergebnisse der Reaktionszeitmessung Y aus den Versuchen 7 bis 11. [Tabelle 4]

VERSUCHS-Nr.	ERSTE MEMBRAN (REFERENZSEITIG)		ZWEITE MEMBRAN (DETEKTORSEITIG)
VERSUCHS-Nr.	TYP	DICKE [µm]	TYP	DICKE [µm]	DURCHMESSER VERBINDUNGSLOCH [mm]
7	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	0,4
8	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	0,3
9	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	0,2
10	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	0,1
11	TYP A (MIT KATALYSATORSCHICHT)	15	TYP A	60	0,01

[Tabelle 5]

VERSUCHS-Nr.	DURCHMESSER VERBINDUNGSLOCH [mm]	REAKTIONSZEIT Y [s]	WASSERDAMPF-KONZENTRATIONSUNTERSCHIED X (Vol.-%)
7	0,4	1,3	8,0
8	0,3	1,4	6,7
9	0,2	2,3	5,5
10	0,1	3,3	4,3
11	0,0	7,5	1,4

Die 18 und 19 zeigen Graphen, die die Versuchsergebnisse der Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuche 7 bis 11, darstellen. Die vertikale Achse in 18 zeigt den Wasserdampfkonzentrationsunterschied (Vol.-%) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A an und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. Die vertikale Achse in 19 zeigt das Sensorausgangssignal (H₂, [ppm]) an, das den Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A, bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration anzeigt und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an. 20 ist ein Graph, der die Versuchsergebnisse des Wasserstoffgas-Ansprechversuchs 7 bis 11 darstellt. Die vertikale Achse in 20 zeigt das Sensorausgangssignal (H₂, [ppm]) des Gassensors 1 an und die horizontale Achse zeigt die Zeit (s) an.
Wie in Tabelle 5 und den 19 und 20 dargestellt, wurde das Folgende nachgewiesen: Je größer die Verbindungslochgröße (Durchmesser des Verbindungsloches) der zweiten detektorseitigen Membran ist, desto größer ist das Bestreben des Wasserstoffgases in den zweiten detektorseitigen Innenraum 5A einzudringen und desto kürzer ist die Reaktionszeit Y des Wasserstoffgases. Dahingegen, je größer die Verbindungslochgröße ist, desto größer ist der Wasserdampfkonzentrationsunterschied (maximaler Wasserdampfkonzentrationsunterschied X) im Luftfeuchtigkeits-Übergangsversuch zwischen dem ersten referenzseitigen Innenraum 4A und dem zweiten detektorseitigen Innenraum 5A. Das heißt, es wurde erkannt, dass die Reaktionszeit Y für Wasserstoffgas und der maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X, in einer sogenannten Trade-Off-Beziehung stehen.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel umfasst der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ebenso die folgenden Ausführungsformen.

(1) In dem Gassensor 1 der vorstehenden ersten Ausführungsform, hat das Verbindungsloch 5C1, das in der zweiten Membran 5C gebildet wurde, in der Draufsicht eine kreisrunde Form. Es gibt jedoch keine besondere Beschränkung, die die Form des Verbindungslochs vorschreibt, solange der Zweck der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Auch gibt es keine besondere Beschränkung, die die Anzahl der in der zweiten Membran 5C gebildeten Verbindungslöcher vorschreibt. Die Anzahl der Verbindungslöcher kann zum Beispiel zwei oder mehr sein.
(2) In dem Gassensor 1 der vorstehenden ersten Ausführungsform wird die Katalysatorschicht auf der ersten Membran 4C gebildet. Jedoch kann die erste Membran, welche die Katalysatorschicht 14 nicht aufweist, in anderen Ausführungsformen verwendet werden.
(3) In der vorstehenden ersten Ausführungsform wird der Wasserdampfkonzentrationsunterschied (maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X) zwischen dem ersten Innenraum 4A und dem zweiten Innenraum 5A auf 7 % oder weniger eingestellt. In anderen Ausführungsformen kann der maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X jedoch optional auf 6,5 Vol.-% oder weniger, sowie auf 6 Vol.-% oder weniger eingestellt werden. Wenn der maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X bei 6,5 Vol.-% oder weniger liegt, kann die Detektionszielgaskonzentration noch präziser gemessen werden, da der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration 5900 ppm oder weniger beträgt. Auch wenn der maximale Wasserdampfkonzentrationsunterschied X bei 6 Vol.-% oder weniger liegt, kann die Detektionszielgaskonzentration noch weitaus präziser gemessen werden, da der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration 5400 ppm oder weniger beträgt.

Die Erfindung wurde im Detail, unter Bezug auf die voranstehenden Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung soll jedoch nicht so ausgelegt werden, dass sie darauf beschränkt ist. Für den Fachmann sollte es außerdem offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen der Ausgestaltung und der Erfindungsdetails, wie sie voranstehende dargestellt und beschrieben sind, vorgenommen werden können. Es ist vorgesehen, dass derartige Änderungen in den Geist und den Umfang der hier beigefügten Ansprüche aufgenommen werden.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2019-015445 , welche am 31. Januar 2019 eingereicht wurde und hierin, unter Bezug auf ihren vollem Umfang, berücksichtigt wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001124716 [0003]
JP 2019015445 [0082]

Claims

Gassensor, umfassend: Ein Paar von ersten und zweiten Gasdetektionselementen vom Wärmeleitungstyp; einen ersten Speicherabschnitt mit einem ersten Innenraum, in dem das erste Gasdetektionselement angeordnet ist, und mit einer ersten Öffnung, welche eine Verbindung zwischen dem ersten Innenraum und einem Außenraum bildet, der einer zu erfassenden Atmosphäre ausgesetzt ist; einen zweiten Speicherabschnitt mit einem zweiten Innenraum, in dem das zweite Gasdetektionselement angeordnet ist, und mit einer zweiten Öffnung, welche eine Verbindung zwischen dem zweiten Innenraum und dem Außenraum bildet; eine erste Membran, die aus einem Material gebildet ist, welches eine Permeation von Wasserdampf zulässt und im Wesentlichen eine Permeation eines Detektionszielgases nicht zulässt, und so angeordnet ist, dass sie die erste Öffnung bedeckt; und eine Berechnungseinheit, um eine in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltene Konzentration des Detektionszielgases, das in den zweiten Innenraum eingeleitet wird, zu berechnen, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale des ersten Gasdetektionselements bzw. des zweiten Gasdetektionselements; wobei der Gassensor ferner eine zweite Membran umfasst, welche aus dem gleichen Material gebildet ist, das zur Bildung der ersten Membran verwendet wird, sowie einer größeren Dicke als der der ersten Membran gebildet ist, und die so angeordnet ist, dass sie die zweite Öffnung bedeckt; wobei die zweite Membran ein Verbindungsloch aufweist, das in einer Dickenrichtung dahindurch verläuft, um eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem zweiten Innenraum zu bilden; und wobei der Gassensor eine Reaktionszeit von drei Sekunden oder weniger aufweist, um die Konzentration des Detektionszielgases zu detektieren, wenn sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Detektionszielgases bei einer Temperatur von 25 °C plötzlich von 0 Vol.-% auf 2 Vol.-%, in einen Zustand, in dem die zu erfassende Atmosphäre eine Wasserdampfkonzentration von 2 Vol.-% aufweist, ändert und ein Wasserdampfkonzentrationsunterschied von 7 Vol.-% oder weniger zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum entsteht, wenn sich die Konzentration des in der zu erfassenden Atmosphäre enthaltenen Wasserdampfes bei einer Temperatur von 60 °C plötzlich von 2 Vol.-% auf 18 Vol.-%, in einen Zustand, in dem das Detektionszielgas nicht in der zu erfassenden Atmosphäre enthalten ist, ändert.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei Wasserstoff das Detektionszielgas ist und der Wasserdampfkonzentrationsunterschied zwischen dem ersten Innenraum und dem zweiten Innenraum bei der Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration 6300 ppm oder weniger beträgt.
Gassensor nach Anspruch 2, wobei der Wasserdampfkonzentrationsunterschied, bei einem Wert von 6300 ppm, von der Berechnungseinheit durch Umrechnung in die Wasserstoffkonzentration berechnet wird.