JP4401445B2 - 検知素子 - Google Patents
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Description
【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1000mm3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 (2)
- 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。
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