JP3155275B2 - ガス媒体検出方法及びガス検出器 - Google Patents
ガス媒体検出方法及びガス検出器Info
- Publication number
- JP3155275B2 JP3155275B2 JP51049192A JP51049192A JP3155275B2 JP 3155275 B2 JP3155275 B2 JP 3155275B2 JP 51049192 A JP51049192 A JP 51049192A JP 51049192 A JP51049192 A JP 51049192A JP 3155275 B2 JP3155275 B2 JP 3155275B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- detector
- gas
- medium
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/007—Arrangements to check the analyser
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、少なくとも１種のガス媒体を少なくとも
１種の他のガス媒体の存在下において検出するための方
法と、半導体の金属酸化物材料で作製された検出要素を
有する、そのような方法で使用するのに適したガス検出
器に関する。
１種の他のガス媒体の存在下において検出するための方
法と、半導体の金属酸化物材料で作製された検出要素を
有する、そのような方法で使用するのに適したガス検出
器に関する。
金属酸化物半導体材料の導電率が種々のガス又は蒸気
の存在に対して敏感であり、そしてそれらの存在を検出
するための検出器で使用することができる、ということ
はよく知られている。例えば、GB−Ａ−2 149 120、GB
−Ａ−2 149 121、GB−Ａ−2 149 122、GB−Ａ−2 149
123、GB−Ａ−2 166 244及びGB−Ａ−2 218 532各明細
書や、“The Tin Oxide Gas Sensor and its applicati
ons",J.Watson,Sensors and Actuators 54（1984）29−
42、“The Detection and Measuremant of CO using Zn
O Single Crystals",B.Bott et al,Sensors and Actuat
ors 5（1984）65−73、“The Role of Catalysis in So
lid State Gas Sensors",S.J.Gentry et al,Sensors an
d Actuators 10（1986）141−163、“Selectivity in S
emiconductor Gas Sensors",S.R.Morrison,Sensors and
Actuators 12（1987）425−440、及び“Electrical Co
nduction in Solid State Gas Sensors",J.M.Gardner,S
ensors and Actuators 18（1989）373−387の論文を参
照されたい。
の存在に対して敏感であり、そしてそれらの存在を検出
するための検出器で使用することができる、ということ
はよく知られている。例えば、GB−Ａ−2 149 120、GB
−Ａ−2 149 121、GB−Ａ−2 149 122、GB−Ａ−2 149
123、GB−Ａ−2 166 244及びGB−Ａ−2 218 532各明細
書や、“The Tin Oxide Gas Sensor and its applicati
ons",J.Watson,Sensors and Actuators 54（1984）29−
42、“The Detection and Measuremant of CO using Zn
O Single Crystals",B.Bott et al,Sensors and Actuat
ors 5（1984）65−73、“The Role of Catalysis in So
lid State Gas Sensors",S.J.Gentry et al,Sensors an
d Actuators 10（1986）141−163、“Selectivity in S
emiconductor Gas Sensors",S.R.Morrison,Sensors and
Actuators 12（1987）425−440、及び“Electrical Co
nduction in Solid State Gas Sensors",J.M.Gardner,S
ensors and Actuators 18（1989）373−387の論文を参
照されたい。
そのようなガス検出器は全て、観測中に半導体金属酸
化物材料の本体の表面に突き当たりそして次にそれと何
らかの反応を行うガス媒体に依存しており、その反応は
半導体金属酸化物材料の導電率に作用し、半導体金属酸
化物材料の本体に接して形成される少なくとも一対の電
極によって検出される。それゆえに、それらの性能は、
半導体金属酸化物材料の本体の表面化学に影響を及ぼす
物質、ガス状であるかあるいはそうでないもの（検出す
べき物質以外の）の存在の影響を受けることがある。そ
のような疑似的な影響が起こる場合に検出することがで
きることが重要である。
化物材料の本体の表面に突き当たりそして次にそれと何
らかの反応を行うガス媒体に依存しており、その反応は
半導体金属酸化物材料の導電率に作用し、半導体金属酸
化物材料の本体に接して形成される少なくとも一対の電
極によって検出される。それゆえに、それらの性能は、
半導体金属酸化物材料の本体の表面化学に影響を及ぼす
物質、ガス状であるかあるいはそうでないもの（検出す
べき物質以外の）の存在の影響を受けることがある。そ
のような疑似的な影響が起こる場合に検出することがで
きることが重要である。
本発明は、所定の温度で、完全に動作する検出器で
は、検出器の一部を構成する第一の対の電極間の抵抗
と、やはり検出器の一部を構成するが間隔が第一の対の
電極間のそれとは異なる第二の対の電極間のそれとの比
は、検出器材料がそれに対して応答するようにされる１
種のガス媒体の濃度の関数として、別種のものが存在し
ている場合に終始一貫して変化すべきであるという事実
に基づいている。
は、検出器の一部を構成する第一の対の電極間の抵抗
と、やはり検出器の一部を構成するが間隔が第一の対の
電極間のそれとは異なる第二の対の電極間のそれとの比
は、検出器材料がそれに対して応答するようにされる１
種のガス媒体の濃度の関数として、別種のものが存在し
ている場合に終始一貫して変化すべきであるという事実
に基づいている。
とは言うものの、例えば毒作用のある物質により引き
起こされることがあるように半導体金属酸化物材料の表
面化学にいくらかの変化が起こる場合には、ガス混合物
の種々の組成に対応する上記の二つの抵抗の比はもはや
前と同じようには変化しない。それゆえに、二組の電極
間の抵抗の比を連続的に測定し、そしてこの抵抗比の変
化を校正曲線と比較することによって、観測中のガス媒
体の組成の実際の変化による変化と検出器の性能の変化
による疑似的な変化とを区別することができる。
起こされることがあるように半導体金属酸化物材料の表
面化学にいくらかの変化が起こる場合には、ガス混合物
の種々の組成に対応する上記の二つの抵抗の比はもはや
前と同じようには変化しない。それゆえに、二組の電極
間の抵抗の比を連続的に測定し、そしてこの抵抗比の変
化を校正曲線と比較することによって、観測中のガス媒
体の組成の実際の変化による変化と検出器の性能の変化
による疑似的な変化とを区別することができる。
本発明によれば、第一の側面において、第二のガス媒
体中の第一のガス媒体の存在を気体混合物において測定
するための方法は、 （１）その導電率が第二のガス媒体中の第一のガス媒体
の存在に対して敏感であってガス検出器の一部を構成す
る導電性材料の本体の活性表面を第二のガス媒体にさら
す操作、 （２）上記の本体上に形成された第一の組の電極と第二
の組の電極であって、これらの電極の組の間で間隔があ
るいはそれらの当該本体の活性表面に関する位置が異な
る二組の電極間の電気抵抗を、時間の関数として測定す
る操作、そして （３）上記の抵抗の測定値を使用して、それらの間の関
係を第二のガス媒体中の第一のガス媒体の濃度に対する
上記の抵抗の変化を指示する校正曲線と比較し、それに
より上記の気体混合物の組成を測定し且つ当該検出器の
動作不良を検出する操作、 を特徴とするものである。
体中の第一のガス媒体の存在を気体混合物において測定
するための方法は、 （１）その導電率が第二のガス媒体中の第一のガス媒体
の存在に対して敏感であってガス検出器の一部を構成す
る導電性材料の本体の活性表面を第二のガス媒体にさら
す操作、 （２）上記の本体上に形成された第一の組の電極と第二
の組の電極であって、これらの電極の組の間で間隔があ
るいはそれらの当該本体の活性表面に関する位置が異な
る二組の電極間の電気抵抗を、時間の関数として測定す
る操作、そして （３）上記の抵抗の測定値を使用して、それらの間の関
係を第二のガス媒体中の第一のガス媒体の濃度に対する
上記の抵抗の変化を指示する校正曲線と比較し、それに
より上記の気体混合物の組成を測定し且つ当該検出器の
動作不良を検出する操作、 を特徴とするものである。
本発明によれば、第二の側面において、第二のガス媒
体中の第一のガス媒体の存在を測定するためのガス検出
器は、第二のガス媒体中の第一のガス媒体の存在に対し
て敏感な導電率を有する導電性材料の本体、この本体に
接して配置された第一の組の電極とこの本体に接して配
置された第二の組の電極であって、一組の電極の電極間
の間隔、あるいは一組の電極と上記の本体の活性表面と
の関係がおのおのの組において異なっているもの、そし
て第一の組の対の電極間の抵抗と第二の組の対の電極間
のそれとの関係を測定して、その関係から上記のガス媒
体を含む気体混合物の組成を測定できるようにするため
の手段を特徴とするものである。
体中の第一のガス媒体の存在を測定するためのガス検出
器は、第二のガス媒体中の第一のガス媒体の存在に対し
て敏感な導電率を有する導電性材料の本体、この本体に
接して配置された第一の組の電極とこの本体に接して配
置された第二の組の電極であって、一組の電極の電極間
の間隔、あるいは一組の電極と上記の本体の活性表面と
の関係がおのおのの組において異なっているもの、そし
て第一の組の対の電極間の抵抗と第二の組の対の電極間
のそれとの関係を測定して、その関係から上記のガス媒
体を含む気体混合物の組成を測定できるようにするため
の手段を特徴とするものである。
本発明の好ましい態様では、用いられる対の電極は、
外側の二つの電極の間に非対称的に位置する共通の電極
を包含する。この構成（arrangement）は、装置のため
の平らな幾何学的配置と円筒状の幾何学的配置の両方に
適用可能である。
外側の二つの電極の間に非対称的に位置する共通の電極
を包含する。この構成（arrangement）は、装置のため
の平らな幾何学的配置と円筒状の幾何学的配置の両方に
適用可能である。
もう一つの構成では、導電性の本体は多孔質の円盤の
形態をしていて、当該円盤の一つの平らな面の上に形成
された共通の電極、他方の平らな面の上の中央の円盤電
極、及びこの中央の円盤電極を取囲み且つそれと中心を
同じくする環状の電極を有する。
形態をしていて、当該円盤の一つの平らな面の上に形成
された共通の電極、他方の平らな面の上の中央の円盤電
極、及びこの中央の円盤電極を取囲み且つそれと中心を
同じくする環状の電極を有する。
本発明で使用するのに適当な材料は、半導体の金属酸
化物セラミック材料を含み、そしてこれは単一のそのよ
うな酸化物の形でもあるいはそのような酸化物の混合物
の形でもよい。このような酸化物の例は、酸化スズ（I
V）、酸化亜鉛、酸化タングステン（VI）、及び英国特
許GB−Ａ−2 149 120、GB−Ａ−2 149 121、GB−Ａ−2
149 122、GB−Ａ−2 149 123、GB−Ａ−2 166 244号各
明細書に記載された酸化物である。上記の酸化物は、周
知の触媒作用のある金属、例えばPt又はPdのようなもの
のうちの一つの粒子の薄い表面被覆を施すことにより、
本発明を実施するのに使用するため燃焼反応に対して触
媒作用を有するように製造することができ、あるいはま
た、それらは適当な材料の被覆を施すことにより分解反
応に対して触媒作用を有するように製造することができ
る。選ばれたガスにとって特定のものである分解触媒を
選定することができる。また、半導体の金属酸化物材料
を選ばれたガスの分解生成物に対して敏感であるように
選定することもできる。
化物セラミック材料を含み、そしてこれは単一のそのよ
うな酸化物の形でもあるいはそのような酸化物の混合物
の形でもよい。このような酸化物の例は、酸化スズ（I
V）、酸化亜鉛、酸化タングステン（VI）、及び英国特
許GB−Ａ−2 149 120、GB−Ａ−2 149 121、GB−Ａ−2
149 122、GB−Ａ−2 149 123、GB−Ａ−2 166 244号各
明細書に記載された酸化物である。上記の酸化物は、周
知の触媒作用のある金属、例えばPt又はPdのようなもの
のうちの一つの粒子の薄い表面被覆を施すことにより、
本発明を実施するのに使用するため燃焼反応に対して触
媒作用を有するように製造することができ、あるいはま
た、それらは適当な材料の被覆を施すことにより分解反
応に対して触媒作用を有するように製造することができ
る。選ばれたガスにとって特定のものである分解触媒を
選定することができる。また、半導体の金属酸化物材料
を選ばれたガスの分解生成物に対して敏感であるように
選定することもできる。
本発明によりその存在を検出することができるガスの
例には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレ
ン、ベンゼン及びトルエンといったような炭化水素類、
一酸化炭素、水素、アンモニア、硫化水素、二酸化窒
素、二酸化硫黄、メタノールやエタノールの蒸気のよう
なアルコール蒸気、そしてホルムアルデヒド、アセトン
及びメチルエチルケトンの蒸気のようなアルデヒド及び
ケトンの蒸気が含まれる。
例には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレ
ン、ベンゼン及びトルエンといったような炭化水素類、
一酸化炭素、水素、アンモニア、硫化水素、二酸化窒
素、二酸化硫黄、メタノールやエタノールの蒸気のよう
なアルコール蒸気、そしてホルムアルデヒド、アセトン
及びメチルエチルケトンの蒸気のようなアルデヒド及び
ケトンの蒸気が含まれる。
次に、本発明の態様を、例としてのみ添付の図面を参
照して説明する。それらの図面において、 第１図は、本発明の第一の態様におけるガス検出器の
それぞれ平面図及び断面図である（ａ）及び（ｂ）の二
つの部分でもって示されており、 第２図はやはり、本発明の第二の態様におけるガス検
出器のそれぞれ断面図及び平面図である（ａ）及び
（ｂ）の二つの部分でもって示されており、 第３図は、本発明の第三の態様におけるガス検出器の
全体図であり、 第４図は、第１図の検出器について、間隔を広くあけ
た電極間で測定した抵抗の、間隔が接近した電極間で測
定したそれに対する比の変化を、反応性ガスと非反応性
ガスについてガス濃度の関数として示しており、 第５図は、第２図の検出器について、共通電極と内側
の円盤電極との間で測定した抵抗の、共通電極と外側の
環電極との間で測定したそれとの比を、ガス濃度と温度
との関数として三次元的にプロットしたものを示してお
り、 第６図は、第１図に示した平らな検出器に関して、完
全に動作している検出器と動作していないものとについ
て第４図に示した変数をプロットしたものである。
照して説明する。それらの図面において、 第１図は、本発明の第一の態様におけるガス検出器の
それぞれ平面図及び断面図である（ａ）及び（ｂ）の二
つの部分でもって示されており、 第２図はやはり、本発明の第二の態様におけるガス検
出器のそれぞれ断面図及び平面図である（ａ）及び
（ｂ）の二つの部分でもって示されており、 第３図は、本発明の第三の態様におけるガス検出器の
全体図であり、 第４図は、第１図の検出器について、間隔を広くあけ
た電極間で測定した抵抗の、間隔が接近した電極間で測
定したそれに対する比の変化を、反応性ガスと非反応性
ガスについてガス濃度の関数として示しており、 第５図は、第２図の検出器について、共通電極と内側
の円盤電極との間で測定した抵抗の、共通電極と外側の
環電極との間で測定したそれとの比を、ガス濃度と温度
との関数として三次元的にプロットしたものを示してお
り、 第６図は、第１図に示した平らな検出器に関して、完
全に動作している検出器と動作していないものとについ
て第４図に示した変数をプロットしたものである。
第１図に示された検出器は、三つの電極２、３及び４
がその上に配置される、例えばアルミナ片のようなガス
不透過性の基材１からなる。中央の電極３は、電極４に
対してよりも電極２の方に近い。半導体の金属酸化物材
料の本体が、電極２、３及び４を部分的に覆い、そして
検出要素５を構成している。検出要素５は多孔質であっ
て、検出器により検出されるガスに対して敏感な導電率
を有する。その外表面は活性であり、すなわちガスの環
境にさらされる。必要ならば、検出要素５の上に触媒層
（図示せず）を配置して、このガスが検出要素５の導電
率に変化を起こさせるように燃焼するかあるいは分解さ
れるのを保証することができる。
がその上に配置される、例えばアルミナ片のようなガス
不透過性の基材１からなる。中央の電極３は、電極４に
対してよりも電極２の方に近い。半導体の金属酸化物材
料の本体が、電極２、３及び４を部分的に覆い、そして
検出要素５を構成している。検出要素５は多孔質であっ
て、検出器により検出されるガスに対して敏感な導電率
を有する。その外表面は活性であり、すなわちガスの環
境にさらされる。必要ならば、検出要素５の上に触媒層
（図示せず）を配置して、このガスが検出要素５の導電
率に変化を起こさせるように燃焼するかあるいは分解さ
れるのを保証することができる。
第２図に示された検出器では、検出要素は多孔質の半
導体金属酸化物の円盤21の形をしている。金属電極22が
検出要素21の一方の平らな面を覆っている。検出要素21
の他方の平らな面の上には、中央の円盤電極23と環状の
外側電極24が軸を同じにして配置される。検出要素21
は、その電極22、23及び24と一緒に、２枚の平らな、平
行の、不透過性の絶縁タイルの間に挟み込まれる。電極
22と24の端部には接続導線27と28がそれぞれ取付けら
れ、そして電極23には対応するタイルの孔30を経由して
別の導線29が取付けられる。ここでは、要素21の活性の
面は、露出されている外側の円柱状の表面である。
導体金属酸化物の円盤21の形をしている。金属電極22が
検出要素21の一方の平らな面を覆っている。検出要素21
の他方の平らな面の上には、中央の円盤電極23と環状の
外側電極24が軸を同じにして配置される。検出要素21
は、その電極22、23及び24と一緒に、２枚の平らな、平
行の、不透過性の絶縁タイルの間に挟み込まれる。電極
22と24の端部には接続導線27と28がそれぞれ取付けら
れ、そして電極23には対応するタイルの孔30を経由して
別の導線29が取付けられる。ここでは、要素21の活性の
面は、露出されている外側の円柱状の表面である。
第２図において、22、23の組と活性面との関係は、電
極24が後者（活性面）に近いのに対し、電極23はこの配
置にあって可能な限りそれから離れているという点で、
22、24の組と活性面とのそれとは異なる、ということを
理解することができる。
極24が後者（活性面）に近いのに対し、電極23はこの配
置にあって可能な限りそれから離れているという点で、
22、24の組と活性面とのそれとは異なる、ということを
理解することができる。
第３図は、管状の幾何学形状の検出器を示している
が、実際のところそれは第１図の検出器と同様である。
この図においては、対応する構成要素は対応する参照数
字を有している。共通電極３は、電極２、４のうちの一
方に他方に対してよりも近づいている。第３図の電極
２、３及び４との接続は、その外表面が活性である管状
の基材34の内側を通る導線31、32及び33によりそれぞれ
なされる。
が、実際のところそれは第１図の検出器と同様である。
この図においては、対応する構成要素は対応する参照数
字を有している。共通電極３は、電極２、４のうちの一
方に他方に対してよりも近づいている。第３図の電極
２、３及び４との接続は、その外表面が活性である管状
の基材34の内側を通る導線31、32及び33によりそれぞれ
なされる。
このような装置の操作を説明するには、二つのパラメ
ーターKPとKTを導入することが必要である。KPは、検出
要素の材料の所定のガスに対する、従って試験中のガス
媒体中のそのガスの濃度に対する、感度の尺度である。
KTは、ガスが又はその燃焼もしくは分解の生成物が検出
要素を通って拡散する速度の尺度である。KTは検出器の
操作温度の関数であり、そしてこれは、一つの検出器を
その検出器の操作温度を変えて混合物中の異なるガスの
検出のために使用する機会を与える。
ーターKPとKTを導入することが必要である。KPは、検出
要素の材料の所定のガスに対する、従って試験中のガス
媒体中のそのガスの濃度に対する、感度の尺度である。
KTは、ガスが又はその燃焼もしくは分解の生成物が検出
要素を通って拡散する速度の尺度である。KTは検出器の
操作温度の関数であり、そしてこれは、一つの検出器を
その検出器の操作温度を変えて混合物中の異なるガスの
検出のために使用する機会を与える。
第４図において、横軸はKPの自然対数を表し、縦軸は
310℃での第１図の検出器の電極３と４の間で測定され
た抵抗R,a＝５に対する電極２と３の間で測定された抵
抗R,a＝１の比を表しており、この図は、この比の変化
を、２種のガスの300Kで測定した濃度（KP300K）の関数
として示している。ガス１は、例えば一酸化炭素又は水
素のような反応性のガスである。ガス２は、例えばメタ
ンのような非反応性のガスである。両方の曲線とも、KT
が両方の場合において一定であるように同じ温度で得た
ものである。
310℃での第１図の検出器の電極３と４の間で測定され
た抵抗R,a＝５に対する電極２と３の間で測定された抵
抗R,a＝１の比を表しており、この図は、この比の変化
を、２種のガスの300Kで測定した濃度（KP300K）の関数
として示している。ガス１は、例えば一酸化炭素又は水
素のような反応性のガスである。ガス２は、例えばメタ
ンのような非反応性のガスである。両方の曲線とも、KT
が両方の場合において一定であるように同じ温度で得た
ものである。
また一方で、第５図は、第２図の検出器について、内
側の円盤23と共通電極22との間の抵抗（Ｒ（内側円
盤））と環状の外側の電極24と電極22との間の抵抗（Ｒ
（外側リング））との比を、ガス濃度パラメーターKPと
ガスの反応性又は拡散速度のパラメーターKTの両方の変
動に対して三次元的にプロットしたものを示している。
側の円盤23と共通電極22との間の抵抗（Ｒ（内側円
盤））と環状の外側の電極24と電極22との間の抵抗（Ｒ
（外側リング））との比を、ガス濃度パラメーターKPと
ガスの反応性又は拡散速度のパラメーターKTの両方の変
動に対して三次元的にプロットしたものを示している。
両方の図は、非反応性のガス（それらの拡散パラメー
ターKTは小さい）については、異なる対の電極間の抵抗
の比はガス濃度に依存しないのに対し、反応性のガス
（それらの拡散パラメーターKTは大きい）については、
異なる対の電極間の抵抗の比はガスの濃度とともにかな
り変動するということを示している。もちろんながら、
検出器のゼロドリフトはいずれも、それぞれの抵抗比に
おいて相殺される。
ターKTは小さい）については、異なる対の電極間の抵抗
の比はガス濃度に依存しないのに対し、反応性のガス
（それらの拡散パラメーターKTは大きい）については、
異なる対の電極間の抵抗の比はガスの濃度とともにかな
り変動するということを示している。もちろんながら、
検出器のゼロドリフトはいずれも、それぞれの抵抗比に
おいて相殺される。
平らな検出器（例えば第１図のような）で、あるいは
円盤検出器（例えば第２図のような）における半径方向
の異なる位置で、間隔を異にする電極をもっと多く使用
する場合には、適当な比を採用することで混合物中の多
数のガスの測定をすることが可能になる。これは、温度
を変えるという可能性をも利用する場合には特に、混合
物中の一つの特定のガスは検出器のガスに敏感な部分に
またがって延びる組成勾配を有することが普通に可能で
あるのに対し、その混合物中のそのほかのガスは検出器
のガスに敏感な部分の全体にわたり濃度が均一である
か、あるいはその濃度が検出要素の外側の面で急速に０
に降下するかのどちらかであるからである。
円盤検出器（例えば第２図のような）における半径方向
の異なる位置で、間隔を異にする電極をもっと多く使用
する場合には、適当な比を採用することで混合物中の多
数のガスの測定をすることが可能になる。これは、温度
を変えるという可能性をも利用する場合には特に、混合
物中の一つの特定のガスは検出器のガスに敏感な部分に
またがって延びる組成勾配を有することが普通に可能で
あるのに対し、その混合物中のそのほかのガスは検出器
のガスに敏感な部分の全体にわたり濃度が均一である
か、あるいはその濃度が検出要素の外側の面で急速に０
に降下するかのどちらかであるからである。
次に第６図を参照すると、この図における横軸と縦軸
はそれぞれ、より接近した電極２と３の間で測定された
任意のガス濃度での抵抗Ｒとガス濃度ゼロでの抵抗R0の
比（R/R0,a＝１）と間隔をより広くあけた電極３と４の
間で測定された任意のガス濃度での抵抗Ｒとガス濃度ゼ
ロでの抵抗R0の比（R/R0,a＝５）を、KP（反応ガスの濃
度）をパラメーターとして表している。第６図は固定し
た検出器温度での単一のガスに関連しているので、KTの
値は固定される。
はそれぞれ、より接近した電極２と３の間で測定された
任意のガス濃度での抵抗Ｒとガス濃度ゼロでの抵抗R0の
比（R/R0,a＝１）と間隔をより広くあけた電極３と４の
間で測定された任意のガス濃度での抵抗Ｒとガス濃度ゼ
ロでの抵抗R0の比（R/R0,a＝５）を、KP（反応ガスの濃
度）をパラメーターとして表している。第６図は固定し
た検出器温度での単一のガスに関連しているので、KTの
値は固定される。
第６図は第１図に示したもののような平らな検出器に
ついてのものである。検出器が正しく動作していれば、
二対の電極間の抵抗は反応性ガスの濃度KPが変化するに
つれて図示された右側の線に沿って動く。この線を「操
作線（OL）」と呼ぶことができる。反応性ガスの濃度以
外の何かが変化すれば、測定された操作点は予想される
操作線を離れ、そして検出器の測定された操作線も変化
する。
ついてのものである。検出器が正しく動作していれば、
二対の電極間の抵抗は反応性ガスの濃度KPが変化するに
つれて図示された右側の線に沿って動く。この線を「操
作線（OL）」と呼ぶことができる。反応性ガスの濃度以
外の何かが変化すれば、測定された操作点は予想される
操作線を離れ、そして検出器の測定された操作線も変化
する。
第６図には、本発明による検出器の検出要素がその表
面からその厚さのうちのある分を通って内部へ延びる該
検出要素の外側部分では反応性ガスが燃焼せず、該検出
要素の材料の導電率が反応性ガスの存在に応答しないよ
うに被毒されている場合の、測定された操作線も示され
ている。この操作線におけるf.p.は、検出器の外側の方
の被毒率を表している。また、この図には、拡散パラメ
ーターＫ（Ｔ）、検出層の高さｈ、電極の幅ｂも示され
ている。
面からその厚さのうちのある分を通って内部へ延びる該
検出要素の外側部分では反応性ガスが燃焼せず、該検出
要素の材料の導電率が反応性ガスの存在に応答しないよ
うに被毒されている場合の、測定された操作線も示され
ている。この操作線におけるf.p.は、検出器の外側の方
の被毒率を表している。また、この図には、拡散パラメ
ーターＫ（Ｔ）、検出層の高さｈ、電極の幅ｂも示され
ている。
このように、測定された抵抗によって定められた点が
校正曲線として完全な条件下で得られた操作線からそれ
ていることが分かれば、その時には反応性ガスの濃度の
変化以外の条件の変化が指示されている。そのような変
化を引き起こすことがあり得る、検出要素の被毒以外の
要因には、検出器のゼロ抵抗のドリフトや特定の反応性
ガス以外の反応性ガスの存在が含まれる。本発明による
検出器を使用することと、反復測定を行って測定された
操作線を得ることとは、そのような変化を検出すべき特
定の反応性ガスの濃度の変化から見分けるのを可能にす
る。これは、検出器が所定の混合物の組成を監視するた
めに用いられている場合に誤った警報が出る可能性を低
下させ、あるいは、検出器が不完全なものになって交換
を必要としているという指示を与えることができる。ガ
ス濃度の値は、測定された抵抗のうちの一つの値から、
あるいは校正値と比較される場合には測定された抵抗の
比から、得られよう。
校正曲線として完全な条件下で得られた操作線からそれ
ていることが分かれば、その時には反応性ガスの濃度の
変化以外の条件の変化が指示されている。そのような変
化を引き起こすことがあり得る、検出要素の被毒以外の
要因には、検出器のゼロ抵抗のドリフトや特定の反応性
ガス以外の反応性ガスの存在が含まれる。本発明による
検出器を使用することと、反復測定を行って測定された
操作線を得ることとは、そのような変化を検出すべき特
定の反応性ガスの濃度の変化から見分けるのを可能にす
る。これは、検出器が所定の混合物の組成を監視するた
めに用いられている場合に誤った警報が出る可能性を低
下させ、あるいは、検出器が不完全なものになって交換
を必要としているという指示を与えることができる。ガ
ス濃度の値は、測定された抵抗のうちの一つの値から、
あるいは校正値と比較される場合には測定された抵抗の
比から、得られよう。
検出器の被毒が進行することが分かっている状況にお
いては、もっと手の込んだ構成（arrangement）（図示
せず）が、検出器の被毒の進行を追跡し、それがもはや
有効に働かない場合に警告を与えるのを可能にする。二
対の電極を使用する代わりに、この場合には間隔が狭い
もの、中間のもの、および広いものの、三対の電極があ
る。この場合には、「狭／中間」及び「狭／広」電極間
隔抵抗比により定められる二つの操作線がある。敏感な
要素の被毒は最初に狭／広操作線に影響を及ぼし、そし
てこの操作線における変化は被毒の進行を図表に示す。
やがては、狭／中間操作線が影響を受けはじめる。この
変化の始まりを、適当な警報装置を作動させるのに利用
することができる。
いては、もっと手の込んだ構成（arrangement）（図示
せず）が、検出器の被毒の進行を追跡し、それがもはや
有効に働かない場合に警告を与えるのを可能にする。二
対の電極を使用する代わりに、この場合には間隔が狭い
もの、中間のもの、および広いものの、三対の電極があ
る。この場合には、「狭／中間」及び「狭／広」電極間
隔抵抗比により定められる二つの操作線がある。敏感な
要素の被毒は最初に狭／広操作線に影響を及ぼし、そし
てこの操作線における変化は被毒の進行を図表に示す。
やがては、狭／中間操作線が影響を受けはじめる。この
変化の始まりを、適当な警報装置を作動させるのに利用
することができる。
三対の電極を使用する場合には、三つの抵抗が操作線
の代わりに操作面を定め、そして測定された操作点は検
出器が被毒すればこの面から離れて動くであろう。
の代わりに操作面を定め、そして測定された操作点は検
出器が被毒すればこの面から離れて動くであろう。
上で述べたことは、円盤の幾何学的配置に等しく当て
はまり、内側の円盤23が平らな幾何学的配置の接近した
ほうの電極２と３に相当し、中心を同じくする、半径が
大きくなってゆくリング電極が平らな幾何学的配置の間
隔をだんだんとより広くあけてゆく電極に相当する、と
いうことは明らかである。
はまり、内側の円盤23が平らな幾何学的配置の接近した
ほうの電極２と３に相当し、中心を同じくする、半径が
大きくなってゆくリング電極が平らな幾何学的配置の間
隔をだんだんとより広くあけてゆく電極に相当する、と
いうことは明らかである。
敏感な層の材料に関する限り、上で挙げた材料のうち
のいずれも使用することができる。特定の材料は、検出
すべき特定の反応性ガスに関して選ばれる。例えば、空
気中のメタンを検出しようとする場合には、二酸化スズ
が敏感な層のための適当な材料である。空気中の一酸化
炭素は、敏感な層のためにやはり二酸化スズを使用して
検出することができる。
のいずれも使用することができる。特定の材料は、検出
すべき特定の反応性ガスに関して選ばれる。例えば、空
気中のメタンを検出しようとする場合には、二酸化スズ
が敏感な層のための適当な材料である。空気中の一酸化
炭素は、敏感な層のためにやはり二酸化スズを使用して
検出することができる。
Claims (8)
- 【請求項１】次に掲げる操作を特徴とする、第二のガス
媒体中の第一のガス媒体の存在を気体混合物において測
定するための方法。 （１）その導電率が第二のガス媒体中の第一のガス媒体
の存在に対して敏感であってガス検出器の一部を構成す
る導電性材料の本体（5;21）の活性表面を第二のガス媒
体にさらす操作 （２）上記の本体に接して形成された第一の組の電極
（2,3;22,23）と第二の組の電極（3,4;22,24）であっ
て、これらの電極の組の間で間隔が、あるいはそれらの
当該本体の活性表面に関する位置が異なる二組の電極間
の電気抵抗を測定する操作 （３）上記の抵抗の測定値を使用して、それらの間の関
係を第二のガス媒体中の第一のガス媒体の濃度に対する
上記の抵抗の変化を指示する校正曲線と比較し、それに
より上記の気体混合物の組成を測定し且つ当該検出器の
動作不良を検出する操作 - 【請求項２】第二のガス媒体中の第一のガス媒体の存在
を測定するためのガス検出器であって、第二のガス媒体
中の第一のガス媒体の存在に対して敏感な導電率を有す
る導電性材料の本体（5;21）、この本体に接して配置さ
れた第一の組の電極（2,3;22,23）とこの本体に接して
配置された第二の組の電極（3,4;22,24）であって、一
組の電極の電極間の間隔、あるいは一組の電極と上記の
本体の活性表面との関係がおのおのの組において異なっ
ているもの、そして第一の組の対の電極間の抵抗と第二
の組の対の電極間のそれとの関係を測定して、その関係
から上記のガス媒体を含む気体混合物の組成を測定でき
るようにするための手段を特徴とするガス検出器。 - 【請求項３】二つ以上の組に共通な電極（3;22）を特徴
とする、請求の範囲第２項記載の検出器。 - 【請求項４】当該検出器が平らな形状のものであり、前
記本体（５）が一般において平らであって、前記電極
（２〜４）がこの本体の平らな面と接して配置されてい
ることを特徴とする、請求の範囲第２項又は第３項記載
の検出器。 - 【請求項５】当該検出器が円筒状の形状のものであり、
前記本体（５）が一般において円筒状であって、前記電
極（２〜４）がこの本体の円筒状の面と接して配置され
ていることを特徴とする、請求の範囲第２項又は第３項
記載の検出器。 - 【請求項６】前記導電性の本体が多孔質の円盤（21）の
形態をしていて、一つの平らな面の上に形成された、前
記の組の両方に共通の電極（22）、他方の平らな面の上
の一方の組の中央の円盤電極（23）、及びこの中央の円
盤電極を取囲み且つそれと中心を同じくする他方の組の
環状の電極（24）を有することを特徴とする、請求の範
囲第３項記載の検出器。 - 【請求項７】前記本体（5;21）が少なくとも１種の半導
体金属酸化物セラミック材料で作製されることを特徴と
する、請求の範囲第２項から第６項までのいずれか１項
に記載の検出器。 - 【請求項８】前記本体（5;21）が、燃焼反応及び分解反
応を含む群のうちの少なくとも一つのタイプの反応を触
媒するのに適した触媒材料の薄い被覆を有することを特
徴とする、請求の範囲第７項記載の検出器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9110797.9 | 1991-05-18 | ||
| GB919110797A GB9110797D0 (en) | 1991-05-18 | 1991-05-18 | Gas sensors |
| PCT/GB1992/000897 WO1992021018A1 (en) | 1991-05-18 | 1992-05-18 | A gas sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07500412A JPH07500412A (ja) | 1995-01-12 |
| JP3155275B2 true JP3155275B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=10695243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51049192A Expired - Fee Related JP3155275B2 (ja) | 1991-05-18 | 1992-05-18 | ガス媒体検出方法及びガス検出器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0591240B1 (ja) |
| JP (1) | JP3155275B2 (ja) |
| CA (1) | CA2109619C (ja) |
| DE (1) | DE69209837T2 (ja) |
| GB (2) | GB9110797D0 (ja) |
| WO (1) | WO1992021018A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9316280D0 (en) * | 1993-08-05 | 1993-09-22 | Capteur Sensors & Analysers | Gas sensors |
| GB9418292D0 (en) | 1994-09-10 | 1994-10-26 | Atomic Energy Authority Uk | Formaldehyde vapour detector |
| GB2293015B (en) * | 1994-09-10 | 1998-09-02 | Atomic Energy Authority Uk | Formaldehyde vapour detector |
| GB9526393D0 (en) * | 1995-12-22 | 1996-02-21 | Capteur Sensors & Analysers | Gas sensing |
| DE19846487C5 (de) * | 1998-10-09 | 2004-12-30 | Basf Ag | Meßsonde für die Detektion der Momentankonzentrationen mehrerer Gasbestandteile eines Gases |
| DE102004028701B3 (de) * | 2004-06-14 | 2005-11-24 | Siemens Ag | Gassensor zur Bestimmung von Ammoniak |
| JP5179997B2 (ja) * | 2008-08-08 | 2013-04-10 | 矢崎総業株式会社 | ガス検出装置 |
| JP5247306B2 (ja) * | 2008-08-26 | 2013-07-24 | 矢崎総業株式会社 | ガス検出装置 |
| JP5247305B2 (ja) * | 2008-08-26 | 2013-07-24 | 矢崎総業株式会社 | ガス検出装置 |
| CN109030738A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-18 | 扬中市南方矿用电器有限公司 | 一种硫化氢测定器及其调试方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4453397A (en) * | 1981-08-17 | 1984-06-12 | Nippon Soken, Inc. | Gas detecting sensor |
| GB8804717D0 (en) * | 1988-02-29 | 1988-03-30 | Atomic Energy Authority Uk | Gas sensing |
| DE3833295A1 (de) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Siemens Ag | Schneller, temperaturkompensierter sensor, insbesondere fuer sauerstoff und fuer autoabgase |
-
1991
- 1991-05-18 GB GB919110797A patent/GB9110797D0/en active Pending
-
1992
- 1992-05-14 GB GB9210333A patent/GB2256055B/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-18 DE DE69209837T patent/DE69209837T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-18 JP JP51049192A patent/JP3155275B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-18 EP EP92910545A patent/EP0591240B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-18 CA CA002109619A patent/CA2109619C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-18 WO PCT/GB1992/000897 patent/WO1992021018A1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69209837D1 (de) | 1996-05-15 |
| EP0591240A1 (en) | 1994-04-13 |
| GB2256055B (en) | 1995-11-22 |
| DE69209837T2 (de) | 1996-11-28 |
| GB2256055A (en) | 1992-11-25 |
| CA2109619A1 (en) | 1992-11-26 |
| GB9110797D0 (en) | 1991-07-10 |
| JPH07500412A (ja) | 1995-01-12 |
| EP0591240B1 (en) | 1996-04-10 |
| WO1992021018A1 (en) | 1992-11-26 |
| GB9210333D0 (en) | 1992-07-01 |
| CA2109619C (en) | 2002-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7155192B2 (ja) | 物質の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムおよび方法 | |
| Gentry et al. | The role of catalysis in solid-state gas sensors | |
| US5635628A (en) | Method for detecting methane in a gas mixture | |
| Hübert et al. | Hydrogen sensors–a review | |
| JP3155275B2 (ja) | ガス媒体検出方法及びガス検出器 | |
| US6539774B1 (en) | Thin film metal hydride hydrogen sensor | |
| US4441981A (en) | Gas sensor | |
| EP0940673B1 (en) | Method using a semiconductor gas sensor. | |
| EP0280540A2 (en) | Method and apparatus for simultaneous detection of target gases in ambient air | |
| US5789659A (en) | Monitoring of multiple-electrode gas sensors | |
| US20090312954A1 (en) | Sensor | |
| EP0444753B1 (en) | Method of determining gaseous hydrocarbons using gas sensors formed of thin tin oxide films | |
| US20100272611A1 (en) | Gas Sensor With Improved Selectivity | |
| US4956073A (en) | Method to make microcavities and its application to an electrochemical sensor | |
| US5858739A (en) | Gas sensor | |
| Amati et al. | Sensitivity and selectivity of surface acoustic wave sensors for organic solvent vapour detection | |
| GB2218523A (en) | Sensing the composition of gas | |
| RU2132551C1 (ru) | Способ эксплуатации газового датчика | |
| Reichert et al. | Development of a surface acoustic wave sensor array for the detection of methanol in fuel vapours | |
| Lv et al. | A catalytic sensor using MEMS process for methane detection in mines | |
| Firth et al. | The use of catalytic sensing elements for the detection of gases | |
| WO1999041598A1 (en) | Gas or vapour sensor | |
| WO2006064029A1 (en) | Thin film semiconductor gas sensor with improved selectivity | |
| Nussbaum et al. | Combustibles | |
| Maksimovich et al. | Semiconductor detector for gas leakages from a main line without digging ground |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |