JP4401445B2

JP4401445B2 - 検知素子

Info

Publication number: JP4401445B2
Application number: JP00429397A
Authority: JP
Inventors: 昌志西口; 弘史香田
Original assignee: Panasonic Ecology Systems Co Ltd; FIS Inc
Current assignee: Panasonic Ecology Systems Co Ltd; FIS Inc
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JPH10197470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施設園芸、環境衛生、防災用、工業用、ビル用、住宅用などの環境を計測し制御する場所に使用される検知素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、その検知素子について、加熱駆動型のガスセンサを例にとって、図１０を参照しながら説明する。
【０００３】
図に示すように、ガス感応部１０１は片面下部に加熱部１０２を備えた基板１０３の片面上部に位置し、電極１０４ａ、１０４ｂからの出力取り出し用リード線１０５ａ、１０５ｂおよび、前記加熱部１０２から取り出したリード線１０６ａ、１０６ｂにそれぞれ接続したリードピン１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄを介して下部の台座１０８に固定されている。そして、きょう体１０９は、内包するガス感応部１０１、加熱部１０２、電極１０４ａ、１０４ｂ、リード線１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂを機械的損傷から保護するとともに測定雰囲気と接触を良くするため開口部１１０が設けられており、台座１０８に固定されている。測定雰囲気の妨害ガスを除去する除去手段としてシリカゲルフィルタ１１１はきょう体１０９内部に固定手段１１２として上下の金属メッシュにはさまれ固定されている。
【０００４】
上記構成においてガス感応部１０１を加熱部１０２により測定温度に加熱するとともに、電極１０４ａ、１０４ｂ間に一定電圧を印加し、きょう体１０９の開口部１１０を通じてガス感応部１０１が測定雰囲気と接触すると、その際の検知対象ガスの濃度に応じてガス感応部の抵抗値が変化し測定雰囲気中の検知対象ガスの濃度を測定することができるものであった。
【０００５】
そして、雰囲気中の妨害成分である干渉ガスや水蒸気が開口部１１０を介してきょう体１０９内部に侵入してもシリカゲルフィルタ１１１に吸着され、ガス感応部１０１への干渉ガスの反応を低減し、誤動作を防止していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の検知素子は、除去手段が雰囲気中の水蒸気やガスなどの妨害成分を吸着しており、雰囲気の状態が変化するとその変化に応じて除去手段から吸着物質が吸放出されるため、感応部が、除去手段から吸放出される物質により誤動作するという課題があり、この誤動作を防止することが要求されている。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、雰囲気の状態が変化し除去手段から吸着物質が吸放出された場合においても感応部への影響を緩和することができ、また、除去手段が機械的に破損した場合や外部から汚れが混入した場合においても妨害成分流入制限手段の目詰まりを防止でき、また、雰囲気の状態変化から除去手段の状態変化を保護し吸着物質の吸放出を抑制でき、また、除去手段の動作状態を定常にすることにより妨害成分の吸放出を防止することのできる検知素子を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の検知素子は上記目的を達成するために、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する感応部と、前記感応部を測定温度に加熱する加熱部と、前記感応部を内包し開口部を有するきょう体と、前記開口部の一部または全部を覆う形に、もしくは、前記きょう体内部に、測定雰囲気の妨害成分を可逆的に吸着し吸着除去する除去手段とを有する検知素子において、前記除去手段と前記感応部との間に妨害成分流入制限手段として開口を有するものを設けたものである。
【０００９】
本発明によれば、感応部に対する雰囲気の変化による除去手段からの妨害成分の吸放出の影響を緩和することができ、雰囲気状態変化時の誤動作を防止することができる検知素子が得られる。
【００１０】
また、他の手段は除去手段と妨害成分流入制限手段との間に目詰まり防止手段を設けたものである。
【００１１】
そして本発明によれば、除去手段が機械的に破損した場合や外部から汚れが混入した場合においても妨害成分流入制限手段の目詰まりを防止できる検知素子が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する感応部と、前記感応部を測定温度に加熱する加熱部と、前記感応部を内包し開口部を有するきょう体と、前記開口部の一部または全部を覆う形に、もしくは、前記きょう体内部に、測定雰囲気の妨害成分を可逆的に吸着し吸着除去する除去手段とを有する検知素子において、前記除去手段と前記感応部との間に妨害成分流入制限手段として開口を有するものを設けたものであり、感応部に対する雰囲気の変化による除去手段からの吸着物質の吸放出をきょう体外部の雰囲気と積極的に行うことにより、きょう体内部の感応部への影響を緩和するという作用を有する。
【００１９】
また、除去手段と妨害成分流入制限手段との間に目詰まり防止手段を設けることを特徴としたものであり、除去手段が機械的に破損した場合や外部から汚れが混入した場合においても妨害成分流入制限手段の目詰まりを防止することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施例について、図１〜図２を参照しながら説明する。
【００２５】
なお、従来例と同一部分は同一番号を付し説明を省略する。
図１に示すようにシリカゲルフィルタ１１１と感応部１０１との間に妨害成分流入制限手段としてピンホール２を設けた流入制限板１が固定手段３によって固定されている。上記構成により、シリカゲルフィルタ１１１は雰囲気の温度変化により吸着した水分を吸放出する。水分の吸放出は、開口部１１０を通じ雰囲気との間で行われるか、流入制限板１のピンホール２を通じ、きょう体１０９内部との間で行われる。しかし、きょう体１０９内部への水分の吸放出は流入制限板１によって制限されるため、シリカゲルフィルタ１１１は雰囲気との間で吸放出の大部分を行うこととなる。そのため、きょう体１０９内部の湿度変化は最小限に抑えられ、図３に示すようにガス感応部１０１のシリカゲルフィルタ１１１から吸放出する水分による誤動作を抑制することができる。
【００２６】
また、ピンホール２により、きょう体１０９内部へのガスの流入が制限されるため、シリカゲルフィルタ１１１で除去できない妨害ガス成分についても、急激な発生によるガス感応部１０１の短期的な誤動作を抑制することができる。
【００２７】
なお、本実施例では、流入制限板１およびピンホール２の寸法を特に限定しなかったが、流入制限板１のピンホール２は、シリカゲルフィルタ１１１の量、きょう体１０９内部の容積、ガス感応部１０１の水蒸気に対する感度、検知ガスに対する感度もしくは応答性によって決定される。たとえば、本実施例に使用したガスセンサの場合、ピンホール径に対する誤動作の量の関係を図２に示している。シリカゲルフィルタ１１１を約１ｇ、きょう体１０９の容積を約１０００ｍｍ^３とした場合、ピンホール２の穴径は３ｍｍ以上ではほとんど効果は得られない。また、２ｍｍ以下で誤差量は半分以下となる。さらに、０．１ｍｍ以下では、検知ガスの感度および応答が低下するため、１ｍｍ以下０．３ｍｍ以上の範囲が望ましい。
【００２８】
また、流入制限板１のピンホール２は複数でもよく、形状についても円形である必要はなく、その作用効果に差異を生じない。
【００２９】
また、妨害成分流入制限手段として、本実施例ではピンホール２および流入制限板１としたが、除去手段と感応部の間に存在し、本実施例のピンホール２に相当する開口を有するものであれば図４に示すように、きょう体１０９と流入制限板１との隙間を利用した構成、流入制限板１を２枚の板で構成しその隙間を利用したものなどのような構成でも同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
さらに、本実施例では、雰囲気の温度変化による水分の吸放出としたが、妨害成分として、アルデヒドやアルコール、炭化水素、窒素酸化物、硫化物、揮発性有機化合物等のガス成分があり、物理的な吸着などでその吸放出が可逆的に行われる成分であれば同様の作用効果が得られる。
【００３１】
さらに除去手段に付着する油やタバコのヤニなどの汚れからの放出においても水分と同様の作用効果が得られる。
【００３２】
また、雰囲気の変化を温度としたが、風速の変化や圧力、ガス濃度の変化による妨害成分の吸放出に対しても同様の作用効果が得られる。
【００３３】
また、除去手段としてシリカゲルフィルタとしたが、妨害成分が可逆的に吸脱着する材料を用いたものであれば同様の作用効果が得られる。例えば、活性炭を除去手段とした場合、吸着する妨害成分として、アルコール、揮発性有機化合物、窒素酸化物、炭化水素、水分、その他油やタバコのヤニ等の汚れなどが考えられ、吸放出に影響する雰囲気の変化として温度、風速が考えられる。
【００３４】
また、ゼオライトを基材とした除去手段においても同様である。
また、前記した妨害成分、除去手段において不可逆的な吸着によるものについては、雰囲気の変化による吸放出量はほとんど行われないため妨害成分による誤動作は無いので問題ない。
【００３５】
ただし、化学的な吸着の場合においても、雰囲気の温度等が吸着物質が脱離する条件まで変化する場合は、本実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
また、検知素子として加熱駆動型のガスセンサとしたが、前記した妨害成分による誤動作を起こしうる検知素子であれば、高分子タイプもしくは加熱駆動型の湿度センサ、固体電解質型のガスセンサ、バイオセンサ、などどのような方式、検知対象の検知素子であってもその作用効果に差異はない。
【００３７】
（実施例２）
図５は、本発明の第２実施例の構成を示している。なお、従来例および本発明の第１実施例と同一部分は同一番号を付し説明を省略する。
【００３８】
図５において、シリカゲルフィルタ１１１と流入制限板１との間に目詰まり防止手段として金属メッシュ板４が固定手段１１２によって固定されている。
【００３９】
上記構成により、シリカゲルフィルタ１１１が振動や衝撃で破損した場合においても、破損片や破損粉の流入制限板１上への落下を防止し、また雰囲気からのほこり、油、ヤニ、等による汚れによるピンホール２の目詰まりを防止できる。
【００４０】
なお、本実施例では目詰まり防止手段に金属メッシュ板４を用いたが、シリカゲルフィルタの破損片、粉を通さず気体を通過するものであれば、樹脂や繊維などの防塵用のフィルタ材など、その作用効果に差異を生じない。
【００４１】
（参考例１）
図６は、第１参考例の構成を示している。なお、従来例および本発明の第１、第２実施例と同一部分は同一番号を付し説明を省略する。
【００４２】
図６において、流入制限板１の下部に妨害成分吸着手段として活性炭シート５が固定手段６によって固定されている。
【００４３】
上記構成により、流入制限板１を通過した妨害成分を活性炭シート５で吸着し除去することによりきょう体１０９内部への妨害成分の侵入を防止することができガス感応部１０１の妨害成分による誤動作を防止することができる。また、この効果は、シリカゲルフィルタ１１１から放出されるガスや水分などの妨害成分だけでなく、シリカゲルフィルタ１１１で除去できずに通過した妨害成分に対しても得ることができる。図７に活性炭シート５の有無によるＣＯ₂およびエタノールに対する感度を示している。図に示すとおり、アルコールに対する感度は大きく改善されている。また、シリカゲルフィルタ１１１および流入制限板１を通過後の微量の妨害成分を活性炭シート５で吸着するため、長期にわたり活性炭シート５の吸着性能を維持できる効果がある。
【００４４】
なお、本参考例では妨害成分吸着手段として活性炭シート５としたが、シリカゲル、ゼオライトなど妨害成分を吸着する材料であれば同様の効果が得られる。
【００４５】
（参考例２）
図８は、第２参考例の構成を示している。なお、従来例および本発明の第１、第２実施例、第１参考例と同一部分は同一番号を付し説明を省略する。
【００４６】
雰囲気温度変化によるシリカゲルフィルタ１１１の温度変化を緩和する緩和手段として発泡スチロール製の断熱キャップ７が、きょう体１０９を覆う形で設置されている。
【００４７】
上記構成により、雰囲気の温度が変化した場合においてもシリカゲルフィルタ１１１の温度変化は低減され、温度変化によるシリカゲルフィルタ１１１からの水分の吸放出は抑制される。その結果、きょう体１０９内部の湿度変化は低減し、ガス感応部の誤動作が低減する。また、断熱キャップ７により、雰囲気の風速の影響も同時に緩和できるため、風によるシリカゲルフィルタ１１１からの水分の吸放出も防止できる。
【００４８】
なお、本参考例では緩和手段として断熱キャップ７を発泡スチロール製としたが、断熱効果のある材料、構成であれば何でもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４９】
また、雰囲気の変化を本参考例では温度変化としているが、除去手段の材料、妨害成分の種類によって、緩和すべき雰囲気の変化は、温度、湿度、風速、ガス濃度など異なるが、その効果に差異はない。
【００５０】
（参考例３）
図９は、第３参考例の構成を示している。なお、従来例および本発明の第１、第２実施例、第１、第２参考例と同一部分は同一番号を付し説明を省略する。
【００５１】
動作状態定常化手段として、シリカゲルフィルタ１１１内部にヒータ８および温度測定手段９を設置し、ヒータ８は制御手段１０から電力供給を受けシリカゲルフィルタ１１１を加熱する。制御手段１０は温度測定手段９の信号を受け、シリカゲルフィルタ１１１の温度が一定になるようにヒータ８に供給する電力を調整する。
【００５２】
上記構成により、シリカゲルフィルタ１１１の温度は雰囲気の温度にかかわらず常に一定に保たれるため、温度変化による水分の吸放出を防止することができる。その結果、温度変化によるきょう体１０９内部の湿度変化が防止でき、ガス感応部１０１の誤動作を防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する感応部と、前記感応部を測定温度に加熱する加熱部と、前記感応部を内包し開口部を有するきょう体と、前記開口部の一部または全部を覆う形に、もしくは、前記きょう体内部に、測定雰囲気の妨害成分を可逆的に吸着し吸着除去する除去手段とを有する検知素子において、前記除去手段と前記感応部との間に妨害成分流入制限手段として開口を有するものを設けることにより、雰囲気が変化した場合においても除去手段からの妨害物質の吸放出による誤動作を防止でき、さらに除去手段で除去できない妨害成分、雰囲気の汚染物質の感応部への影響を抑制でき誤動作を低減できるという有利な効果が得られる。
【００５４】
また、除去手段と妨害成分流入制限手段との間に目詰まり防止手段を設けることにより、除去手段の機械的破損および外部からの汚染による妨害成分流入制限手段の目詰まりを防止でき、長期にわたって信頼性の高い検知素子を提供できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による検知素子の構成を示す断面図
【図２】同検知素子のピンホール径と誤差の関係を示すグラフ
【図３】同検知素子と従来の検知素子の雰囲気温度特性を示すグラフ
【図４】（ａ）本発明の実施例１による検知素子の妨害ガス流入制限手段の構成の例を示す断面図（流入制限板１枚できょう体との隙間を利用した場合）
（ｂ）本発明の実施例１による検知素子の妨害ガス流入制限手段の構成の例を示す断面図（流入制限板２枚の場合）
【図５】本発明の実施例２による検知素子の構成を示す断面図
【図６】参考例１による検知素子の構成を示す断面図
【図７】参考例１による検知素子の特性を示す図
【図８】参考例２による検知素子の構成を示す断面図
【図９】参考例３による検知素子の構成を示す断面図
【図１０】従来の検知素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
１流入制限板
２ピンホール
４金属メッシュ板
５活性炭シート
７断熱キャップ
８ヒータ
９温度測定手段
１０制御手段
１０１感応部
１０９きょう体
１１０開口部
１１１シリカゲルフィルタ

Claims

検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する感応部と、前記感応部を測定温度に加熱する加熱部と、前記感応部を内包し開口部を有するきょう体と、前記開口部の一部または全部を覆う形に、もしくは、前記きょう体内部に、測定雰囲気の妨害成分を可逆的に吸着し吸着除去する除去手段とを有する検知素子において、前記除去手段と前記感応部との間に妨害成分流入制限手段として開口を有するものを設けた検知素子。
除去手段と妨害成分流入制限手段との間に、目詰まり防止手段を設けた請求項１記載の検知素子。