DE7625250U

DE7625250U - Gasdetektor

Info

Publication number: DE7625250U
Application number: DE19767625250
Authority: DE
Original assignee: Nohmi Bosai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1976-08-11
Publication date: 1977-06-08

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N

Dipl.Ing. K. Fuchsie

D-8Ö00 MÖNCHEN Rl · ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE)

G 76 25 250.1 26.August 1976

NOHMI BOSAI KOGYO CO., LTD., Tokyo / Japan

Gerät zum Feststellen des Vorhandenseins von einem Gas

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Feststellen des Vorhandenseins von einem Gas. Dabei wird bei dem Gerät von der Verwendung von Metalloxidhalbleitern ausgegangen.

Um das Vorhandensein von Reduktionsgasen festzustellen, ist es bekannt, von der Widerstandsänderung eines einzelnen Metalloxidhalbleiters Gebrauch zu machen, der auf bestimmte Temperaturen erwärmt wird. Der mit diesem Gaserfassungsgerät verbundene Nachteil liegt in dem hohen Energieverbrauch zu seiner Erwärmung. Ausserdem ist ein recht komplizierter elektrischer Schaltkreis für die Auswertung erforderlich. Bekannt ist auch ein Gaserfassungsgerät mit einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden eines Metall- oder Metalloxidhalbleiters, wobei das Vorhandensein von Gas durch eine impulsartige elektromotorische Kraft bestimmt wird, die bei der Adsorption von Gas entsteht.

Um die Temperaturdifferenz zu erhalten, erfordert dieses Gerät jedoch eine aufwendige Konstruktion.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Gaserfassungsgerät geschaffen werden, das ohne spezielles Vorsehen einer derartigen Temperaturdifferenz das Vorhandensein von Gas durch die entstehende elektromotorische Kraft feststellen kann, einen einfachen Aufbau hat und mit einem geringen Energiebedarf sowie einem ziemlich einfachen Auswertungsschaltkreis auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Gerät einen Grundkörper aufweist, der durch die Kombination von mehreren Metalloxidhalbleitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen gebildet ist -.ind mit Elektroden ausgerüstet ist, die die Änderung der elektromotorischen Kraft erfassen, die durch Adsorption und Desadsorption von Gas entsteht.

Weiterbildungen des erfindungsgemässen Gerätes sind in den

Die Erfindung geht davon aus, dass eine elektromotorische Kraft entsteht, wenn der Grundkörper eines durch die Verbindung von zwei Arten von Metalloxidhalbleitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen gebildeten Geräten gleichmässig erwärmt wird und Reduktionsgas an der Oberfläche des Grundkörpers absorbiert wird. Bei einem aus der Verbindung von speziellen Halbleitern gebildeten Gerät ist die elektromotorische Kraft gezielt auf Kohlenmonoxid abgestellt. Das Element braucht nicht erwärmt zu werden, insbesondere nicht auf eine hohe Temperatur erwärmt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemässes Gerät,

Fig. 2 grafische Darstellungen bezüglich der Ausgangs- und Ansprechcharakteristika von erfindungsgemässen Geräten.

Mit dem Bezugszeichen 1 sind Platindrähte, dem Bezugszeichen ein Aluminiumoxidkeramikrohr und den Bezugszeichen A, B Metalloxidhalbleiter gekennzeichnet.

Die Erfindung wurde anhand von folgenden Ausführungsbeispielen untersucht: Beispiel 1, Kombination eines N-Typ-Halbleiters, der Zinn(IV)-Oxid aufwies und eines N-Typ-Halbleiters, der Zinn(IV)-Oxid mit Palladiumchlorid als Katalysator aufwies; Beispiel 2, Kombination von N-Typ-Halbleiter, die Zinn(IV)-Oxid und Mangandioxid aufwiesen; Beispiel 3, Kombination eines N-Typhalbleiters,der Zinn(IV)-Oxid aufwies und eines P-Typ-Halbleiters, der Kvpfer(I)-Oxid aufwies, Beispiel 4, Kombination eines N-Typ-Halbleiters. der Zinn(IV)-Oxid aufwies und eines P-Typ-

nation eines N-Typ-Halbleiters, der Zinn(IV)-Oxid aufwies und eines N-Typ-Halbleiters, der Zinn(IV)-Oxid mit Platin als Katalysator aufwies. Die Versuche zeigten gute Ergebnisse.

Beispiel 1:

Zinn(IV)-Oxid, Antimonsesquioxid, Palladiumchlorid und Alum*niumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 80:8:2:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste A verrührt. Zinn(IV)-Oxid, Antimonsesquioxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 82:8:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste B verrührt. Dann wird die Paste A gleichmässig über eine Hälfte der Oberfläche eines

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aluminiumoxidkeramischen Rohres 2, an dessen beidan Enden gemäss Fig. 1 Platindrähte 1 als Elektroden aufgewickelt waren, aufgegeben, natürlich getrocknet und bei einer Temperatur von 500° C 10 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert. Die verbleibende Hälfte der Oberfläche des Rohres wird mit der Paste B in der gleichen Weise, wie zuvor beschrieben, beschichtet, natürlich getrocknet und bei einer Temperatur von 850° C 30 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert. Dann wird ein Chromnickeldraht 3 (Nichromdraht) in das keramische Rohr 2 als Heizdraht eingesetzt und durch Aluminiumoxidzement 4 fixiert.

Beispiel 2:

Zinn(IV)-Oxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis \on 90:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste A verrührt. Mangandioxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in eins™ Verhältnis von 9O:1O Gswichtstsilsn vsnsischt

bei Beispiel 1, wird die Paste A gleichmässig auf die eine Hälfte der Oberfläche des Aluminiumoxidkeramikrohres 2 mit den darum gewickelten Platindrähten 1 aufgegeben und natürlich getrocknet. Die verbleibende Hälfte der Oberfläche des Rohres 2 wird gleichmässig mit der Paste B beschichtet und natürlich getrocknet. Dann werden die Pasten bei einer Temperatur von 850° C 30 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert. Nach dem Sintern wird ein Chromnickeldraht 3 in das Rohr 2 als Heizdraht eingesetzt und durch Aluminiumoxidzement 4 fixiert.

Beispiel 3:

Zinn(IV)-Oxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 90:10 Gewichtsteilen vermischt und mit

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einer geringen Menge Wasser zu einer Paste A verrührt. Kupfer(I)-Oxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 90:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste B verrührt. Wie bei Beispiel 1, wird die Paste A gleichmässig auf die Hälfte der Oberfläche des aluminiumoxidkeramischen Rohres 2 mit den darum gewickelten Platindrähten 1 aufgegeben und natürlich getrocknet. Die verbleibende Hälfte der Oberfläche des Rohres wird gleichmässig mit der Paste B beschichtet und natürlich getrocknet. Dann werden die Pasten bei einer Temperatur von 850 C 30 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert. Nach dem Sintern wird ein Chromnickeldraht 3 in das Rohr eingesetzt und durch den Aluminiumoxidzement 4 fixiert.

Beispiex 4:

Zinn(IV)-Oxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 90:10 Gewichtsteilen vermischt nnr[ τηϊ Ί~ o*i ποτ· r*TOY*T_TTirrari Marirrg Wsiee^v¹ ZU einer Paste A VSrrÜ^''**

/-•1 Λ

werden in einem Verhältnis von 90:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste B verrührt. Die Paste A wird gleichmässig über die Hälfte der Oberfläche eines Aluminiumoxidkeramikrohres 2 mit darum gewickelten Platindrähten 1 aufgegeben und natürlich getrocknet. Die verbleibende Hälfte der Oberfläche des Rohres 2 wird gleichmässig mi*- der Paste B beschichtet und ebenfalls natürlich getrocknet. Dann werden die Pasten bei einer Temperatur von 850 C 30 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert. Nach dem Sintern wird ein Chromnickeldraht 3 in das Rohr 2 als Heizdraht eingesetzt und durch den Aluminiumoxidzement 4 fixiert.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Änderungen in der elektromotorischen Kraft der Geräte gemäss zuvor erwähnter Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wie sie bei Stickstoff und Propangas hervorgerufen werden, wieder gegeben.

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it * I

Aus führungs- Beispiel	Temperatur des Gerätes	Änderung Kraft bei	in der elektromotorischen verschiedener Gaskonzentration	C₃H₃ 10%
1	25O°C	H₂ 0.1%	H₂ 0.2%	12.0mV
2	400°C	1 .7mV	2.1mV
3	35O°C	2.OmV	3.0mV
4	35O°C	3.OmV	5.0mV
8.0-mV	11.OmV

Die Änderungen in den Ausgängen der Geräte der vorgenannten Ausführungsform ist in Fig. 2 und 3 in Form von charakteristischen Kurven wiedergegeben. Auf der vertikalen Achse ist die elektromotorische Kraft mV und auf der horizontalen Achse die Zeit T aufgetragen. Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, gibt das Gerät gemäss Beispiel 1 und gegen die Geräte gemäss Beispielen 2, 3 und i kontinuierliche Ausgänge nur über die Zeit t ab, bei denen ein Gas vorliegt.

Die Geräte gemäss vorgenannter Ausführungsbeispiele benötigen nicht das spezielle Vorsehen von Temperaturunterschieden. Vielmehr ist lediglich eine gleichmässige Erwärmung der Geräte notwendig, on kontinuierliche Ausgänge während der Zeitdauer zu erhalten, in der Gas vorhanden ist. Daher kann mittels der Erfindung ein Gaserfassungsgerät erhalten werden, das das Vorhandensein von Gas ohne weiteres feststellt und eine einfache Zusammensetzung besitzt.

Nachfolgend wird auf ein Gerät gemäss Beispiel 5 eingegangen, das gezielt auf Kohlenmonoxid in der Atmosphäre bei oder unterhalb 50° C anspricht.

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Ii It

ί ■ *

ι 4 a ■ ι

I * ♦ ·

- 7 Beispiel 5:

/IO

Zinn(IV)-Oxid, Antimonsesquioxid, Chlorplatinsäure und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 72:8:10:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste A verrührt. Zinn(IV)-Oxid, Antimonsesquioxid und Aluminiumoxid aufweisendes Sintermaterial werden in einem Verhältnis von 80:10:10 Gewichtsteilen vermischt und mit einer geringen Menge Wasser zu einer Paste B verrührt. Wie bei Beispiel 1, wird die Paste A gleichmässig über die Hälfte der Oberfläche eines Aluminiumoxidkeramikrohres 2 mit darum gewickelten Platindrähten 1 aufgegeben, natürlich getrocknet und bei einer Temperatur von 5OO C 10 Minuten lange in der Atmosphäre gesintert. Die verbleibende Hälfte der Oberfläche des Rohres 2 wird mit der Paste B in der gleichen Weise wie zuvor beschichtet und die Paste natürlich getrocknet und bei einer Temperatur von 850° C 10 Minuten lang in der Atmosphäre gesintert.

Die Ausgangsänderungen beim zuvor genannten Beispiel 5 sind in Fig. 4 anhand der charakteristischen Kurve wiedergegeben. Dabei ist auf der vertikalen Achse die elektromotorische Kraft mV und auf der horizontalen Achse die Dichte ppm aufgetragen. Die elektromotorischen Kräfte von 37, 47 und 64mV werden bei Kohlenmonoxiddichten von 50, 100 und 500ppm erhalten. Die Ansprechcharakteristik des Gerätes gemäss zuvor genanntem Ausführungsbeispiel ist der charakteristischen Kurve gemäss Fig. 5 zu entnehmen. Dabei ist die elektromotorische Kraft mV auf der vertikalen Achse und die Zeit T auf der horizontalen Achse aufgetragen. Eine elektromotorische Kraft von etwa 5mV liegt bis zur Zeit t.. vor, während der sich das Gerät in der Atmosphäre befindet. Die elektromotorische Kraft steigt jedoch auf 64mV innerhalb 2 Sekunden an, wenn zum Zeitpunkt t₁ das Gerät in Berührung mit Kohlenmonoxid von 500ppm kommt. Dann fällt die elektromotorische Kraft allmählich ab und, wenn das Gerät zum

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Zeitpunkt t wieder in die Atmosphäre gelegt wird, wird eine elektromotorische Kraft mit entgegengesetzter Polarität erhalten, wonach das Gerät wieder auf den ursprünglichen Wert von 5mV zurückkehrt und dort verbleibt.

Das Gerät gemäss Beispiel 5 erfordert nicht das spezielle Vorsehen einer Temperaturdifferenz und spricht gezielt auf Kohlenmonoxid in der Atmosphäre bei oder unterhalb 50° C an, wobei eine elektromotorische Kraft proportional zur Gasdichte erhalten wird. Daher kann ein Kohlenmonoxid erfassendes Gerät erhalten werden, das ohne weiteres die elektromotorische Kraft erfasst und eine einfache Zusammensetzung besitzt.

Es ist weiter möglich, die zuvor erwähnten Metalloxidhalbleiter in Form von dünnen Filmen vorzusehen, die durch Vakuumaufdampfen hergestellt werden. Ferner stellt das Antimonsesquixod, das bei den Beispielen 1 und 5 mit Zinn(IV)-Oxid vermischt wird, ein streichfähiges Material dar, das keine speziellen Füllstoffe erfordert. Bei den Beispielen 2 bis 4 kann die Paste, die zuerst auf das Aluminiumoxidkeramikrohr aufgegeben wird, bei einer Temperatur von 500° C 10 Minuten lang gesintert werden.

Das erfindungsgemässe Gerät hat die Wirkung, dass sich mit ihm ohne weiteres über die elektromotorische Kraft das Vorhandensein von Gas feststellen lässt, ohne dass hierzu eine spezielle Vorkehrung für eine Temperaturdifferenz erforderlich ist. Dab"i weist das erfindungsgemässe Gerät eine einfache Zusammensetzung auf.

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Claims

G 76 25 250.1 9. März 1977 Schutzansprüche

1. Gasdetektor,/g ekennzeichnet durch einen zylindrischen Grundkörper (2), auf dessen Oberfläche zwei nebeneinander angeordnete Metalloxidschichten (a, b) aufgebracht sind, die mit einer Elektrode (1) in Verbindung stehen.

2. Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des zylindrischen Grundkörpers (2) ein Heizdraht (3) angeordnet ist.

3· Gasdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (3) in Aluminiumoxidzement (4) eingebettet ist.

4. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß eine Metalloxidschicht (a) einen Teil und die andere Metalloxidschicht (b) den andere¹- Teil des Grundkörpers (2) gleichmäßig verteilt bedeckt.

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