DE2065023A1 - Gas detector - Google Patents

Description

Ga.qspürgerät Die Erfindung betrifft ein Gasspürgerät mit einem Metalloxid-Halbleiterkörper und einem elektrischen Heizelement zur Erwärmung des Halbleiterkörpers. Ga.qspürgerät The invention relates to a gas detector with a metal oxide semiconductor body and an electrical heating element for heating the semiconductor body.

Es ist bekannt, daß einige Metalloxid-Halbleitermaterialien die Eigenschaft haben, ihre elektrische Leitfähigkeit bei Adsorption von Gasen und Rauch zu ändern. Es sind auch Gasspürgeräte bekannt, die als gasspürendes Element einen Körper aus einem solchen Halbleitermaterial aufweisen. Bei solchen Gasspürgeräten empfiehlt es sich, den Halbleiterkörper auf etwa 150 bis 2500 C zu erwärmen, um die Empfindlichkeit beim AufspUren von Gas zu erhöhen und die Betriebskennlinie zu stabilisieren. Gasspürgerite enthalten daher gewöhnlich ein elektrisches Heizelement, welches um den Halbleiterkörper gewickelt oder in ihn eingebettet ist, um seine Temperatur auf elektrische Weise zu erhöhen.It is known that some metal oxide semiconductor materials have the property have to change their electrical conductivity when gases and smoke are adsorbed. There are also known gas detection devices which have a body as a gas-detecting element have such a semiconductor material. Recommended for such gas detectors it is important to heat the semiconductor body to around 150 to 2500 C in order to increase the sensitivity to increase when gas is detected and to stabilize the operating characteristic. Gas detection therefore usually contain an electrical heating element which surrounds the semiconductor body wrapped or embedded in it to maintain its temperature in an electrical manner to increase.

Wenn sich der Halbleiterkörper jedoch in einer Umgebung mit jährlichen Temperaturschwankungen von 400 a oder mehr befindet, dann läßt sich mit den herkömmlichen Heizeinrichtungen die Temperatur des Halbleiterkörpers im Gasspürgerät nicht mehr Uber das ganze Jahr hindurch konstant halten, so daß seine Empfindlichkeit beim AufspUren von Gas im Verlauf eines Jahres schwankt.However, if the semiconductor body is in an environment with annual Temperature fluctuations of 400 a or more, then can be with the conventional Heating devices no longer control the temperature of the semiconductor body in the gas detector Keep constant throughout the year, so that its sensitivity when Detection of gas varies over the course of a year.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes GaspUrgerät anzugeben, welches eine Einrichtung zur automatischen Temperaturkompensation enthält.It is therefore the object of the invention to provide an improved gas purifier specify which device contains a device for automatic temperature compensation.

Bei einem Gasspürgerat der eingangs beschriebenen Art wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizelement aus elektrisch leitendem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandswertes besteht und in Reihe mit einem festen Widerstand geschaltet ist.In the case of a gas detector of the type described at the outset, the said The object of the invention is achieved in that the heating element is made of electrically conductive Material with a negative temperature coefficient of its resistance value and connected in series with a fixed resistor.

Einzelheiten und die Fonctionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert.Details and the Fonctionsweise of the device according to the invention are explained below using an exemplary embodiment with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Gasspurelement in Seitenansicht; Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung.Fig. 1 shows an embodiment of the invention with a gas trace element in side view; Fig. 2 is a diagram for explaining the operation of the Invention.

Fig. 1 zeigt einen stabförmigen Metalloxid-Halbleiter-Spürkörper 84 und einen Halbleiterstab 86, der mit ihm thermisch gekoppelt ist und als Heizer wirkt. Das Material des Halbleiterstabes 86, welcher als Heizer dient, kann nicht nur anderer Art ala der Gasspur-Halbleiter 84 sein, sondern er kann auch von der gleichen Art sein und beispielsweise aus gesinterten SnO2 bestehen, das einen Körper mit ihm bildet. Die Elektroden 88, 90 und 92 stellen den elektrischen Kontakt zu beiden Halbleiterstäben her.1 shows a rod-shaped metal oxide semiconductor sensing body 84 and a semiconductor rod 86 thermally coupled thereto and as a heater works. The material of the semiconductor rod 86, which serves as a heater, cannot only of a different type than the gas trace semiconductor 84, but it can also be of the be of the same type and consist, for example, of sintered SnO2, that form a body forms with him. The electrodes 88, 90 and 92 make the electrical contact both semiconductor rods.

Die Zeichnung läßt erkennen, daß due Elektroden 88 und 90 über eine Hupe oder ein Relais 14 mit einer Sp ann ungsquelle verbunden sind und daß die Elektroden so und 92 über einen Stabilisierwiderstand 94 mit einem Wert r0 ebenfalls an die Spannungsquelle geschaltet sind. Der Widerstand R des Halbleiter-Heizstabes 86 ist ausreichend höher als der Widerstand rO des Stabilisierwiderstandes 94. Zunächst wird daher der größte Teil der Spannung V0 dem Halbleiterheizer 86 zu dessen Aufheizung zugeführt. Mit steigender Temperatur des Halbleiterheizers 86 erniedrigt sich sein Widerstand, wobei sich die Menge der erzeugten Wärmeenergie verändert.The drawing shows that the electrodes 88 and 90 have a Horn or a relay 14 are connected to a voltage source and that the electrodes so and 92 via a stabilizing resistor 94 with a value r0 also to the Voltage source are switched. The resistance R of the semiconductor heating rod 86 is sufficiently higher than the resistance r0 of the stabilizing resistor 94. First of all therefore, most of the voltage V0 becomes the semiconductor heater 86 to heat it fed. As the temperature of the semiconductor heater 86 rises, it is lowered Resistance, whereby the amount of heat energy generated changes.

Fig. 2 veranschaulicht den Zussammenhang von Änderungen der Wärmemenge mit dem Widerstand des Halbleiterheizers 86. Wie die Zeichnung klar erkennen läßt, wird die maximale Erwärmung (V02)/4rO erhalten, wenn der Widerstand R des Halbleiter-Heisstabes 86 gleich dem Widerstand rO des Stabilisierungswiderstandes 94 ist. Wenn daher der Widerstand rO des Stabilisierungswiderstandes 94 und die Temperaturkennlinie des Widerstandes des Halbleitermaterials des Heizstabes 86 so gewählt wird, daß am Punkt R1 eine bestimmte Wärmemenge erzeugt wird, wo R1 kleiner ist, dann wird der Widerstand R des Heizstabes 86 kleiner als R1, so daß die Wärmeienge niedriger wird, wenn die Umgebungstemperatur steigt und umgekehrt R größer als R1 wird, wenn die Umgebungstemperatur fällt, so daß die Wärmemenge ansteigt. Auf diese Weise wird die Temperatur des Gasspür-Halbleiterkörpers 84 praktisch konstant gehalten ohne RUcksicht auf Umgebungstemperaturänderungen, und ein Vorhandensein von Gas kann stets mit der gleichen Empfindlichkeit festgestellt werden.Fig. 2 illustrates the relationship between changes in the amount of heat with the resistance of the semiconductor heater 86. As the drawing clearly shows, the maximum heating (V02) / 4rO is obtained when the resistance R of the semiconductor hot rod 86 is equal to the resistance rO of the stabilization resistor 94. So if the Resistance rO of the stabilization resistor 94 and the temperature characteristic of the Resistance of the semiconductor material of the heating rod 86 is chosen so that at the point R1 a certain amount of heat is generated where R1 is smaller then the resistance R of the heating rod 86 is smaller than R1, so that the amount of heat is lower when the Ambient temperature rises and conversely R becomes greater than R1 when the ambient temperature falls so that the amount of heat increases. In this way, the temperature of the gas-sensing semiconductor body 84 kept practically constant regardless of changes in ambient temperature, and the presence of gas can always be detected with the same sensitivity will.

Weiterhin kann der Halbleiterheizer unmittelbar über den Stabilisierungswiderstand 94 an eine übliche Stromquelle nach Fig. 1 angeschlossen werden, da er im Vergleich zu normalen Metallheizdrähten einen sehr hohen Widerstand hat. Die Verwendung eines Halbleiterheizers hat daher den zusätzlichen Vorteil, daß ein teuerer Transformator für den Heizer eingespart werden kann und das gesamte Gasspürgerät billiger wird.Furthermore, the semiconductor heater can be used directly via the stabilization resistor 94 can be connected to a conventional power source according to FIG. 1, since in comparison has a very high resistance to normal metal heating wires. Using a Semiconductor heater therefore has the additional advantage of being an expensive transformer can be saved for the heater and the entire gas detector is cheaper.

Nit den beschriebenen Naßnahaen kann gemäß der Erfindung die Temperatur des gastdhlenden Halbleiterkörpers auch bei Schwankannen der Umgebungstemperatur konstant gehalten werden, so daß sich die Zuverlässigkeit des Gasapürgeräts hiermit erhöht.According to the invention, the temperature of the gas-radiating semiconductor body even if the ambient temperature fluctuates are kept constant, so that the reliability of the Gasapürgeräts hereby elevated.

Claims (2)

PatentansprUcheClaims 1.Gasspürgerät mit einem Netalloxid-Halbleiterkörper und einem elektrischen Heizelement zur Erwärmung des Halbleiterkörpers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Heizelement (86) aus elektrisch leitendem Naterial mit negativem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandswertes besteht und in Reihe mit einem festen Widerstand (94) geschaltet ist.1. Gas detector with a netalloxid semiconductor body and an electrical one Heating element for heating the semiconductor body, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the heating element (86) made of electrically conductive material with negative Temperature coefficient of its resistance value and in series with a fixed resistor (94) is connected. 2. GasspUrgerWt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des festen Widerstandes (94) und die Temperaturkennlinie des als Heizelement verwendeten elektrisch leitenden Materials (86) so aufeinander abgestimmt sind, daß eine vorbestimmte Heizleistung abgegeben wird, wenn der Widerstandswert des Heizelements geringer ist als derjenige des festen Widerstandes (94).2. GasspUrgerWt according to claim 1, characterized in that the resistance value of the fixed resistor (94) and the temperature characteristic of the one used as the heating element electrically conductive material (86) are coordinated so that a predetermined Heating power is delivered when the resistance value of the heating element is lower is than that of fixed resistance (94).