JP2726886B2 - 接触燃焼式一酸化炭素センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、接触燃焼式一酸化炭素センサに関し、特
に、比較素子を被検ガスに対して不感素子化することに
よってS/N比を向上させる技術に関するものである。

〔従来の技術〕

可燃性ガスの濃度を検出するために用いられる接触燃
焼式ガスセンサは、測定精度が高いという特徴を有して
いる。そして、この形式のセンサは白金線上に可燃性ガ
スに対する酸化触媒となるアルミナ等を付着させた検知
素子を用い、同様な構造ではあるが雰囲気ガスに対して
感応しないように処理した不感素子を比較素子として組
み合わせ、たとえばブリッジ回路を構成してガスの燃焼
発熱に対応した電気的信号を出力するようにしている。
または比較素子を検知素子と同様な構造とし、雰囲気ガ
スに対して感応しないようにシールキャップ等で密閉す
るものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来技術のうち、不感素子
を比較素子としたものにあっては、比較素子を被検ガス
である一酸化炭素（以下「CO」という。）ガスに対して
完全に不感化することは困難で若干の感度を有するため
に、その分だけ検知素子の感度を小さくしてしまうとい
う欠点がある。

次に、比較素子を密閉するものにあっては、検知素子
との構造上の差により、雰囲気の急激な温度変化が生じ
た場合、一時的に検知素子と比較素子の温度バランスの
くずれが生じ、過渡応答をしたり、また風による０レベ
ルのずれが生じる。これらの原因によるS/N比の劣化
は、メタンやブタン等の可燃性ガスの警報用に使用され
るガスセンサの場合であれば、検出したいガス濃度が高
いこともあってセンサ出力が高く、殆ど問題とならない
レベルである。しかし、COセンサの場合、検出したいCO
濃度が低く、センサ出力が小さいことから、S/N比を向
上させなければ使用できないといった問題があった。

本発明は上記の事実に鑑みてなされたもので、被検ガ
スばかりでなく水素等の他の雑ガスに対する感度も充分
に小さくなり、雰囲気温度等の状態変化による影響を受
けにくい比較素子を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、金属性抵抗導
線をアルミナで包囲した一組の抵抗素子をブリッジ回路
に組み込み、一方を検知素子とし、他方を比較素子とし
た接触燃焼式一酸化炭素センサにおいて、前記アルミナ
に第８族金属を担持させた検知素子と、シロキサン結合
を有する有機珪素重合体で処理した比較素子とを用いる
構成を採用している。

検知素子の作成方法としては、まず、700℃以上で焼
成して得られたγ−アルミナに例えば５％（重量）程度
のロジウム、パラジウムまたは白金等の第８族の金属の
単体、または、これらの内の２種類以上を担持させ、こ
れを充分に微粉砕する。次にこの触媒にアルミナ系バイ
ンダを少量添加し、適量の水を混ぜてペースト状になる
ように混練する。

次に、金属性抵抗電線として、たとえば線径25μｍま
たは30μｍの白金線を芯径1mmで巻数13〜19ターン程度
のコイル状に成形する。

このコイルに前述のペーストをビード状に成形した後
白金線に通電し、約700℃に加熱焼成して検知素子を得
る。

一方、比較素子は同様の手順で作成した検知素子をた
とえばジメチルジクロルシランやジフェニルジクロロシ
ランのようなクロロシラン類またはこれらから導かれた
ポリシロキサンプレポリマのような有機珪素重合体の溶
液等の中に所定の時間浸漬し、必要に応じて乾燥した
後、焼成して作成する。または、上記ペースト状のアル
ミナに前記の有機珪素化合物を混練しておき、検知素子
と同様にして作成する。

以上によって作成された検知素子と比較素子とをブリ
ッジ回路に組み込んで接触燃焼式一酸化炭素センサとし
て使用する。

〔作用〕

本発明の接触燃焼式一酸化炭素センサは、シロキサン
結合を有する有機珪素化合物による処理を加えた比較素
子を有するものであるから、比較素子のCOガスや水素ガ
ス等の雑ガスに対する感度を低く押さえることができ、
相対的に検知素子の感度を向上させることができる。ま
た、雰囲気温度の変化に対する過渡応答も小さくなるの
で、S/N比を向上させることができる。

〔実施例１〕 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。ま
ず、700℃以上で焼成して得られたγ−アルミナに５％
（重量）の白金を担持させ、これを約１μｍ〜10μｍ程
度の粒径になるように微粉砕する。次にこの触媒にアル
ミナ系バインダを約10％（重量）添加し、適量の水を混
ぜてペースト状になるように混練する。

次に、金属性抵抗導線として線径25μｍの白金線を芯
径1mmで巻数16ターンのコイル状に成形する。

このコイルに前述のペーストをビード状に成形して乾
燥した後、白金線に通電して700℃程度まで加熱焼成し
た後、100メッシュの二重金網を取付けて素子Ａを得
た。

第１図は得られた素子Ａの外観を示す図で、１は白金
線のコイル、２はγ−アルミナ触媒の層を示す。

次に、700℃以上で焼成して得られたγ−アルミナに
白金を担持させずに、素子Ａと同様の方法で素子を作成
し、これをポリシロキサンプレポリマ（トーレ・シリコ
ーン（株）、品番SH700）を容積比で500mg/l入れてある
デシケータ中に入れ、約300℃に通電加熱した状態で24
時間以上放置し、その後100メッシュの二重網を取付け
て素子Ｂを得た。なお、素子Ａと素子Ｂとは略々同じ大
きさに形成して、熱容量が略々同じになるようにしてい
る。

上記の素子Ａを検知素子３とし、素子Ｂを比較素子４
として第２図に示すブリッジ回路に組み込み、一対のセ
ンサとして使用した。端子5,6はセンサの出力端子であ
る。

第３図は、素子Ａにおける素子温度とガス感度との関
係を示している。この図に示すように、素子温度が約20
0℃で使用すれば被検ガスであるCOガスの濃度500ppmに
対して1.5mVであるのに対し、同じ濃度の水素ガスに対
する水素感度は0.3mVと低くすることができる。

第４図は素子Ｂの素子温度とガス感度との関係を示し
ている。この図に示すように素子温度200℃で使用する
とCOガスおよび水素ガスともガス濃度500ppmに対する出
力としては略々0mVである。

したがって、これら素子Ａを検知素子３とし、素子Ｂ
を比較素子４として組み合わせ、素子温度を150℃〜200
℃で使用すると、素子Ａのガス感度特性を損なうことな
く選択的にCOガスを検知することができる。

第５図は、センサ使用時の雰囲気温度を25℃から125
℃に20℃／分の昇温速度で変化させた場合のセンサの０
レベル応答特性を示す。図において曲線７は従来の密封
型の比較素子を用いた場合の過渡応答特性を示し、曲線
８は本発明の素子Ｂを比較素子４として用いた場合の過
渡応答特性を示し、曲線９はセンサの雰囲気温度を示し
ている。すなわち、従来の密封型のセンサでは、雰囲気
温度の変化で5mVもの過渡応答をしていたが、本発明の
素子Ｂでは1mVにまで改善されている。

第６図はセンサ使用時の素子温度を約200℃で使用し
た場合のCOガスおよび水素ガスに対する出力特性を示す
が、センサ出力はガス濃度に比例していることがわか
る。そして、COガスに対する勾配の方が水素ガスに対す
る勾配より大きくなっており、COガスの選択性の良さを
示している。

第７図は、前記素子Ｂとの比較のために素子Ｂの形成
途中における、ポリシロキサンプレポリマによる処理を
しない素子Ｃを作り、そのセンサ温度とセンサ出力との
関係を表した図である。同図に示すように素子温度120
℃あたりからCO感度が立ち上がっており、素子温度200
℃近辺では約0.7mVの感度を示している。したがって、
この素子Ｃを比較素子４とし、素子Ａを検知素子３とし
て組み合わせると、CO感度が約1/2になってしまうこと
がわかる。

〔実施例２〕 実施例１で得た素子Ａをオルガノポリシロキサン（信
越化学工業（株）、型番KF-96）の７％ベンゼン溶液中
に１時間浸漬した後乾燥し、約400℃で焼成してから、1
00メッシュの二重金網を取付けて素子Ｄを得た。この素
子Ｄの特性も第４図に示す素子Ｂの特性と略々同じであ
った。

そこで、素子Ａを検知素子３とし、素子Ｄを比較素子
４として第２図に示すようにブリッジ回路に組み込み一
対のセンサとして使用した。結果は第５図および第６図
と同様になった。なお、有機珪素重合体による処理を、
実施例１で使用したポリシロキサンプレポリマを用いた
場合も同様の結果となった。以上の実施例では、検知素
子と比較素子とを同一の材料で製造することができ、比
較素子の場合のみ有機珪素重合体で処理すればよいので
素子の製造が簡略化できる。

〔実施例３〕 実施例１に示す素子Ａの形成工程において、アルミナ
のペースト中にジフェニルジクロロシランの10％ベンゼ
ン溶液をアルミナ1gに対し0.2cc添加して混練する。以
下素子Ａと同様の手順で作成し素子Ｅを得た。

この素子Ｅの特性も前述の素子Ｂと略々同じであり、
素子Ａを検知素子３とし、素子Ｅを比較素子４として、
実施例１、２と同様の結果を得た。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、比較素子のガス
感度を従来のもの以上に小さくでき、接触燃焼式一酸化
炭素センサの感度を向上できる。また、雰囲気温度の変
化による過渡応答幅も小さくすることができ、S/N比の
向上が図れる。さらに、検知素子と比較素子とを同一材
料で形成した後、比較素子のみシロキサン結合を有する
有機珪素重合体と処理させることもでき、素子の製造を
単純化できる。以上のことから、本発明によれば、従来
困難とされていた接触燃焼式一酸化炭素センサを用いた
CO警報器の製造が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接触燃焼式一酸化炭素センサに使用す
る素子の断面図、 第２図は第１図の素子を使用したブリッジ回路の図、 第３図は本発明の素子Ａの素子温度（℃）とセンサ出力
（mV）との関係を示す線図、 第４図は本発明の素子Ｂの素子温度（℃）とセンサ出力
（mV）との関係を示す線図、 第５図は本発明のセンサと従来の密閉型センサにおける
雰囲気温度の変化とセンサ出力の過渡応答を比較して示
す図、 第６図は本発明の素子Ａを検知素子とし、素子B,Dまた
はＥを比較素子として使用した場合のセンサ出力（mV）
とガス濃度（ppm）との関係を示す線図、 第７図は本発明の実施例１において、ポリシロキサンプ
レポリマによる処理をしなかった素子Ｃの素子温度
（℃）とセンサ出力（mV）との関係を示す線図である。 １……金属性抵抗導線、２……アルミナ、３……検知素
子、４……比較素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−271150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252243（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−110689（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−14188（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属性抵抗導線をアルミナで包囲した一組
   の抵抗素子をブリッジ回路に組み込み、一方を検知素子
   とし、他方を比較素子とした接触燃焼式一酸化炭素セン
   サにおいて、前記アルミナに第８族金属を担持させた検
   知素子と、シロキサン結合を有する有機珪素重合体で処
   理した比較素子とを用いることを特徴とする接触燃焼式
   一酸化炭素センサ。
2. 【請求項２】前記第８金属がロジウム、パラジウム、白
   金のうち何れか１種類以上の金属であることを特徴とす
   る請求項１記載の接触燃焼式一酸化炭素センサ。