JP7187139B2 - Catalytic combustion gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、可燃性ガスを検知する接触燃焼式ガスセンサに関する。 The present invention relates to a catalytic combustion gas sensor for detecting combustible gas.

焼結体のガス感応部を持つガスセンサは、半導体式・接触燃焼式・固体電解質などが公知である。これらは、通常、ガス感応部を３００℃～７００℃に維持した状態でガス検知を行うため、その消費電力は数百ｍＷ以上必要であった。 Gas sensors having a sintered body gas sensitive part are well known, such as semiconductor type, catalytic combustion type, and solid electrolyte type. Since these sensors normally detect gases while maintaining the gas sensing part at 300° C. to 700° C., power consumption of several hundred mW or more is required.

近年、電池でガスセンサを長期間駆動するという要望が高まっている。電池の電力消費を抑えると共に電池の交換の頻度をできるだけ少なくするには、ガスセンサの消費電力を低下させることが望ましい。 In recent years, there has been an increasing demand to drive gas sensors with batteries for a long period of time. It is desirable to reduce the power consumption of the gas sensor in order to reduce the power consumption of the battery and to reduce the frequency of battery replacement as much as possible.

そこで、微細加工が可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用すれば、微小な部材を加工でき、小型化されて消費電力の低いガス検知素子を製造することができる。 Therefore, if MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology capable of microfabrication is used, minute members can be processed, and gas detection elements that are miniaturized and consume less power can be manufactured.

ＭＥＭＳ技術によって作製された被支持基板部を有するガス検知素子としては、例えば、吊橋型の接触燃焼式ガス検知素子が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。 As a gas detection element having a supported substrate portion manufactured by MEMS technology, for example, a suspension bridge type contact combustion type gas detection element is known (see, for example, Patent Document 1).

このタイプの接触燃焼式のガス検知素子は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が複数の架橋部（被支持基板部及び架橋部を含めて「メンブレン」もしくは「ダイヤフラム」とも呼ばれる）によってシリコン基板等の支持基板部に空中に浮かぶように中空状態で支持されており、該支持基板部と被支持基板部との相互の熱伝達を抑えることができるため、熱絶縁性に優れる。これにより、吊橋型の接触燃焼式ガス検知素子では放熱による温度低下を防いで、低消費電力を実現することができる。 In this type of catalytic combustion type gas detection element, a supported substrate portion provided with a gas sensitive portion and a heating means has a plurality of bridging portions (both the supported substrate portion and the bridging portion are also called "membrane" or "diaphragm"). ) is supported in a hollow state so as to float in the air on a support substrate such as a silicon substrate, and the mutual heat transfer between the support substrate and the supported substrate can be suppressed, resulting in excellent thermal insulation. . As a result, the suspension bridge type catalytic combustion type gas detection element can prevent a temperature drop due to heat radiation, and can realize low power consumption.

接触燃焼式のガス検知素子は、可燃性ガスに対して燃焼反応する検知素子と燃焼反応しない補償素子の２つの素子を有しており、可燃性ガスが存在すると、検知素子側で燃焼するため検知素子温度は上昇し、検知素子の抵抗が増加する。この抵抗変化量を測定することにより、可燃性ガスを検知することができる。接触燃焼式のガス検知素子では、例えば、可燃性ガスの一例として水素が存在する場合、検知素子において燃焼して水が生成される。 A catalytic combustion type gas detection element has two elements, a detection element that reacts with combustion to combustible gas and a compensating element that does not react with combustion. The sensing element temperature increases and the resistance of the sensing element increases. Combustible gas can be detected by measuring the amount of change in resistance. In a catalytic combustion type gas detection element, for example, when hydrogen is present as an example of combustible gas, it is combusted in the detection element to produce water.

特開２００９－５８３８９号公報JP 2009-58389 A

本発明者らは、例えば、ＭＥＭＳ技術によって従来よりも小型化された接触燃焼式のガス検知素子では、所定の水素ガス濃度において検知素子の周囲に燃焼によって生成する水滴が付着し、この水滴により検知素子の抵抗を変化させてしまい、検知素子の出力値にばらつきが生じる原因となることを突き止めた。これは、上述したように低消費電力のために小型化された接触燃焼式のガス検知素子に特有の問題である。そのため、接触燃焼式のガス検知素子においては可燃性ガスの燃焼により生成する水の影響を抑制する技術が望まれている。 The present inventors have found that, for example, in a catalytic combustion type gas detection element that is made smaller than before by MEMS technology, water droplets generated by combustion adhere around the detection element at a predetermined hydrogen gas concentration, and the water droplets The inventors have found that the resistance of the sensing element is changed, which causes variations in the output value of the sensing element. This is a problem peculiar to catalytic combustion type gas detection elements that are miniaturized for low power consumption as described above. Therefore, in the catalytic combustion type gas detection element, a technique for suppressing the influence of water generated by combustion of combustible gas is desired.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、可燃性ガスの燃焼により生成する水の影響を抑制することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a catalytic combustion gas sensor capable of suppressing the influence of water generated by combustion of combustible gas.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above, and the means for solving the problems will now be described.

即ち、本発明の接触燃焼式ガスセンサにおいては、可燃性ガスの燃焼熱に応じて抵抗値 が変化する検知素子と、前記可燃性ガスの燃焼によって生成される水を加熱によって除去する加熱除去手段と、前記検知素子が支持される基板と、を備え、前記検知素子は、ガス感応部と当該ガス感応部を加熱するための加熱手段とを有し、前記加熱除去手段は、前記基板に設けられるものである。 That is, the catalytic combustion type gas sensor of the present invention comprises a sensing element whose resistance value changes according to the combustion heat of the combustible gas, and a heating removing means for removing the water produced by the combustion of the combustible gas by heating. and a substrate on which the sensing element is supported, the sensing element having a gas sensing portion and heating means for heating the gas sensing portion, and the heating and removing means being provided on the substrate. It is a thing.

このような構成によれば、可燃性ガスとして、例えば、水素等の可燃性ガスが燃焼して生成する水を除去手段により除去することができるため、水による悪影響を抑制し、可燃性ガスを正確に検知することができる。また、基板上に生成する水を効率的に除去することができる。また、簡単な構成で水を除去することができる。 According to such a configuration, as a combustible gas, for example, water generated by combustion of a combustible gas such as hydrogen can be removed by the removing means, so that the adverse effect of water is suppressed and the combustible gas is removed. can be detected accurately. Also, water generated on the substrate can be removed efficiently. Also, water can be removed with a simple configuration.

また、本発明の接触燃焼式ガスセンサにおいては、前記検知素子は、前記基板に中空状態で支持されるものである。 Also, in the catalytic combustion gas sensor of the present invention, the sensing element is supported in a hollow state by the substrate.

このような構成によれば、中空状態で検知素子が支持されることで、熱絶縁に優れる。 According to such a configuration, excellent thermal insulation is achieved by supporting the sensing element in a hollow state.

また、本発明の接触燃焼式ガスセンサにおいては、前記検知素子と並列に接続される補償素子をさらに備え、前記除去手段は、少なくとも前記検知素子の周囲に設けられるものである。 Also, the catalytic combustion gas sensor of the present invention further comprises a compensating element connected in parallel with the detecting element, and the removing means is provided at least around the detecting element.

このような構成によれば、少なくとも可燃性ガスの燃焼により水が生成する検知素子に除去手段を設けることで、効率的に水を除去できる。 According to such a configuration, at least water can be removed efficiently by providing the removal means to the detection element in which water is generated by combustion of the combustible gas.

また、本発明の接触燃焼式ガスセンサにおいては、前記除去手段は、前記基板における前記可燃性ガスの曝露面側に配置されるものである。 Further, in the catalytic combustion gas sensor of the present invention, the removal means is arranged on the side of the substrate exposed to the combustible gas.

このような構成によれば、基板において可燃性ガスの燃焼により水が生成し易い側となる、可燃性ガスの曝露面側に除去手段を設けることで、効率的に水を除去することができる。 According to such a configuration, water can be removed efficiently by providing the removal means on the side of the substrate exposed to the combustible gas, which is the side on which water is likely to be generated by combustion of the combustible gas. .

本発明の接触燃焼式ガスセンサにおいては、ＭＥＭＳ技術により形成したものである。 The catalytic combustion gas sensor of the present invention is formed by MEMS technology.

このような構成によれば、微細加工が可能なＭＥＭＳ技術を適用するため、極めて小さな検知素子の製造が可能となる。これにより、平均消費電力の少ない接触燃焼式ガスセンサを得ることができる。 According to such a configuration, since the MEMS technology capable of microfabrication is applied, it is possible to manufacture an extremely small sensing element. As a result, a catalytic combustion gas sensor with low average power consumption can be obtained.

本発明によれば、可燃性ガスとして、例えば、水素等の可燃性ガスが燃焼して生成する水を除去手段により除去することができるため、水による悪影響を抑制し、可燃性ガスを正確に検知することができる。 According to the present invention, as a combustible gas, for example, water generated by combustion of a combustible gas such as hydrogen can be removed by the removing means, so that the adverse effect of water is suppressed and the combustible gas is accurately removed. can be detected.

本発明の一実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサが備えるガス検知素子の全体構成を示す平面図。1 is a plan view showing the overall configuration of a gas detection element included in a catalytic combustion type gas sensor according to one embodiment of the present invention; FIG. 図１におけるＡ―Ａ断面図。AA sectional drawing in FIG. 接触燃焼式ガスセンサが備えるブリッジ回路を示す概略図。Schematic diagram showing a bridge circuit provided in a catalytic combustion type gas sensor. 従来のＭＥＭＳ型の接触燃焼式ガスセンサにおいて所定環境下における測定結果を示す図であり、（ａ）は水素曝露時のセンサ出力の応答波形を示す図、（ｂ）は高温・低湿環境下における水素曝露時のセンサ出力の応答波形を示す図。FIG. 2 is a diagram showing measurement results under a predetermined environment in a conventional MEMS type catalytic combustion gas sensor, (a) is a diagram showing the response waveform of the sensor output when exposed to hydrogen, (b) is a hydrogen The figure which shows the response waveform of the sensor output at the time of exposure.

次に、本発明の一実施形態である接触燃焼式ガスセンサ１００について図を参照しながら説明する。 Next, a catalytic combustion gas sensor 100 that is an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

接触燃焼式ガスセンサ１００は、可燃性ガスを検知する接触燃焼式ガス検知素子６０を備えたガスセンサであり、ＭＥＭＳ技術により形成された小型のガスセンサである。
なお、本実施形態における可燃性ガスとは、燃焼反応によって水が生成するガスのことであり、例えば、水素、メタン、イソブタン、エタン、プロパン等が挙げられる。 The catalytic combustion gas sensor 100 is a gas sensor provided with a catalytic combustion gas detection element 60 for detecting combustible gas, and is a compact gas sensor formed by MEMS technology.
In addition, the combustible gas in the present embodiment is a gas in which water is produced by a combustion reaction, and examples thereof include hydrogen, methane, isobutane, ethane, and propane.

接触燃焼式ガスセンサ１００は、図３に示すように、被検知ガスである水素ガスなどの可燃性ガスを燃焼させて検知する検知素子１と、環境の変化等、可燃性ガスの燃焼以外の温度変化に基づく、検知素子１の抵抗値の変化を補正する補償素子２と、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２とを有し、これらによりブリッジ回路を構成している。検知素子１は、可燃性ガスの燃焼熱に応じて抵抗値が変化する。検知素子１と補償素子２とは、並列に接続されてブリッジ回路を構成している。ブリッジ回路は、電源Ｅによって常時所定の電流を供給し、可燃性ガスが接触燃焼し易い温度に検知素子１を保持している。 As shown in FIG. 3, the catalytic combustion type gas sensor 100 includes a detection element 1 that detects a combustible gas such as hydrogen gas as a gas to be detected by burning it, and a temperature sensor that detects a temperature other than combustion of the combustible gas, such as a change in the environment. It has a compensating element 2 for correcting a change in the resistance value of the sensing element 1 based on the change, and fixed resistors R1 and R2, which constitute a bridge circuit. The sensing element 1 changes its resistance value according to the combustion heat of the combustible gas. The sensing element 1 and the compensating element 2 are connected in parallel to form a bridge circuit. The bridge circuit constantly supplies a predetermined current from the power source E, and keeps the sensing element 1 at a temperature at which the combustible gas is likely to contact and burn.

検知素子１と補償素子２とは、抵抗値が等しくなるように設定してある。このため、可燃性ガスが存在しない場合には、ブリッジ回路は平衡状態となり、センサ出力Ｖは生じない。一方、可燃性ガスが存在すると、その燃焼によって検知素子１の温度が上昇して抵抗値が大きくなるため、ブリッジ回路の平衡がくずれ、センサ出力Ｖが生じる。このセンサ出力Ｖは可燃性ガスの濃度に比例するため、この接触燃焼式ガスセンサ１００により空気中の可燃性ガスの濃度を測定することができる。 The sensing element 1 and the compensating element 2 are set to have the same resistance value. Therefore, in the absence of combustible gas, the bridge circuit is in equilibrium and no sensor output V is produced. On the other hand, if combustible gas is present, the temperature of the sensing element 1 rises due to its combustion, and the resistance value increases. Since this sensor output V is proportional to the concentration of combustible gas, the catalytic combustion gas sensor 100 can measure the concentration of combustible gas in the air.

接触燃焼式ガス検知素子６０は、図２に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板３１と、このシリコン基板３１上に形成された絶縁膜Ｆと、この絶縁膜Ｆ上に離間して配置される検知素子１及び補償素子２と、検知素子１及び補償素子２の周囲に配置されるヒーター４０を有する。 As shown in FIG. 2, the catalytic combustion type gas detection element 60 is arranged on a silicon (Si) substrate 31, an insulating film F formed on the silicon substrate 31, and the insulating film F with a space therebetween. It has a sensing element 1 and a compensating element 2 and a heater 40 arranged around the sensing element 1 and the compensating element 2 .

シリコン基板３１は、検知素子１及び補償素子２を支持するための基板である。シリコン基板３１には、検知素子１及び補償素子２のそれぞれに対応する位置に凹状で一対の空間Ｓが設けられている。 A silicon substrate 31 is a substrate for supporting the sensing element 1 and the compensating element 2 . A pair of recessed spaces S are provided in the silicon substrate 31 at positions corresponding to the sensing element 1 and the compensating element 2 respectively.

絶縁膜Ｆは、薄膜状の１つの絶縁性部材を所定のパターン形状で加工した部材であり、シリコン基板３１上に取り付けられる。絶縁膜Ｆは、ガス感応部１１及び加熱手段１２を設けるための上面視矩形状の被支持基板部１０と、一端が被支持基板部１０に連結される複数（本実施形態では４本）の架橋部２０と、当該架橋部２０の他端が連結される支持基板部３０とで構成されている。被支持基板部１０は、複数の架橋部２０によってシリコン基板３１の空間Ｓの上方に配置され、支持基板部３０に吊橋状に保持される。これにより、検知素子１は、空間Ｓの上方に位置した状態、すなわち、シリコン基板３１に中空状態で支持される。
なお、被支持基板部１０の上面視の形状は、本実施形態に限らず、円形・楕円形などの形状でもよい。
また、例えば被支持基板部１０を正方形とした場合、一辺のサイズは１００～２００μｍである。 The insulating film F is a member obtained by processing one thin-film insulating member into a predetermined pattern shape, and is attached on the silicon substrate 31 . The insulating film F consists of a supported substrate portion 10 having a rectangular shape in top view for providing the gas sensitive portion 11 and the heating means 12, and a plurality of (four in this embodiment) having one end connected to the supported substrate portion 10. It is composed of a bridging portion 20 and a support substrate portion 30 to which the other end of the bridging portion 20 is connected. The supported substrate portion 10 is arranged above the space S of the silicon substrate 31 by a plurality of bridging portions 20, and is held by the supporting substrate portion 30 in the form of a suspension bridge. As a result, the sensing element 1 is positioned above the space S, that is, supported by the silicon substrate 31 in a hollow state.
The shape of the supported substrate portion 10 when viewed from above is not limited to that of the present embodiment, and may be a circular shape, an elliptical shape, or the like.
Further, for example, when the supported substrate portion 10 is square, the size of one side is 100 to 200 μm.

検知素子１は、ガス感応部１１と、当該ガス感応部１１を加熱するためのＰｔ等の貴金属線からなる加熱手段１２とを有している。ガス感応部１１は、加熱手段１２を覆って焼結させた金属酸化物を主成分とする焼結体である。ガス感応部１１は、触媒担体に貴金属触媒を担持して構成される。貴金属触媒としては、白金、パラジウム等を使用することができる。触媒担体としては、特に限定されないが、例えばアルミナ、シリカアルミナ等を使用することができる。 The sensing element 1 has a gas sensing portion 11 and a heating means 12 made of a noble metal wire such as Pt for heating the gas sensing portion 11 . The gas sensitive part 11 is a sintered body whose main component is a metal oxide which is sintered while covering the heating means 12 . The gas sensitive part 11 is configured by supporting a noble metal catalyst on a catalyst carrier. Platinum, palladium, etc. can be used as the noble metal catalyst. Although the catalyst carrier is not particularly limited, for example, alumina, silica-alumina, or the like can be used.

補償素子２は、検知素子１と略同じ構成であり、検知素子１のガス感応部１１において貴金属触媒を含まない構成となる補償部１３を有している。すなわち、補償部１３は、検知素子１で用いられるものと同じ触媒担体のみで構成されている。 The compensating element 2 has substantially the same configuration as the sensing element 1, and has a compensating portion 13 that does not contain a noble metal catalyst in the gas sensitive portion 11 of the sensing element 1. FIG. That is, the compensating portion 13 is composed only of the same catalyst carrier as that used in the sensing element 1 .

加熱手段１２は、ブロック回路における検出電極と兼用となっている。加熱手段１２は、架橋部２０・２０上に形成される薄膜配線１４を介して支持基板部３０上に配置されたパッド５１、５２、５３に接続され、パッド５１、５２、５３にはリード（図示せず）がワイヤボンディングされる。当該リード及び薄膜配線１４を介して、ガス感応部１１が感知した信号は接触燃焼式ガスセンサ１００の制御部（図示せず）に送信されるとともに、電源Ｅにより加熱手段１２に電力を供給することができる。
なお、接触燃焼式ガスセンサ１００の制御部により、可燃性ガスの存在が確認された後に、一定時間ヒーター４０を駆動するように制御して、消費電力を抑えるように構成してもよい。 The heating means 12 also serves as a detection electrode in the block circuit. The heating means 12 is connected to pads 51, 52 and 53 arranged on the supporting substrate portion 30 via thin film wirings 14 formed on the bridge portions 20 and 20. The pads 51, 52 and 53 are connected to leads ( not shown) are wire-bonded. A signal sensed by the gas sensing part 11 is transmitted to a control part (not shown) of the catalytic combustion type gas sensor 100 via the lead and the thin film wiring 14, and power is supplied to the heating means 12 by the power source E. can be done.
The control unit of the catalytic combustion type gas sensor 100 may control the heater 40 to be driven for a certain period of time after confirming the presence of combustible gas, thereby suppressing power consumption.

被支持基板部１０、加熱手段１２、及びガス感応部１１は、順に積層され、積層体を構成している。当該積層体のうち、ガス感応部１１を除いた各構成はＭＥＭＳ技術を利用して作製している。ＭＥＭＳ技術は、超微小構造の電子機器システムの製造技術である。当該技術により微細な回路の加工を行うことができる。当該積層体は、ＭＥＭＳ技術を利用して公知の方法により形成できる。 The supported substrate portion 10, the heating means 12, and the gas sensitive portion 11 are laminated in order to form a laminate. Each structure of the laminate except for the gas sensitive portion 11 is manufactured using MEMS technology. MEMS technology is a manufacturing technology for ultra-microstructured electronic equipment systems. This technique enables fine circuit processing. The laminate can be formed by a known method using MEMS technology.

ヒーター４０は、シリコン基板３１の可燃性ガスの曝露面側に設けられ、可燃性ガスの燃焼反応によって生成される水を除去する除去手段である。具体的には、ヒーター４０は、白金薄膜からなる加熱手段であり、検知素子１及び補償素子２のそれぞれの周囲に所定のパターンで形成され、検知素子１及び補償素子２のそれぞれの周囲を所定の温度に加熱することで水を気化して除去するものである。本実施形態におけるヒーター４０は、シリコン基板３１の上端面においてパッド５１、５２、５３が配置された部分を除く部分に主に配置されている。
なお、ヒーター４０は、検知素子１及び補償素子２のそれぞれの周囲を加熱できるものであれば、本実施形態のパターン形状に限らず、どのようなパターン形状であってもよい。例えば、検知素子１及び補償素子２のそれぞれの周囲において比較的低温となり易い部分にヒーターを部分的に設ける構成としてもよい。
また、ヒーター４０は、少なくとも燃焼反応により水が生成する検知素子１の周囲に設ければよい。
また、ヒーター４０による加熱温度は、水が気化する温度以上であればよく、例えば、８０℃以上が好ましい。
また、ヒーター４０による加熱温度は、上記のとおり水が気化する温度以上であればよいが、省電力の観点から、加熱温度はできるだけ低いほうが好ましい。
また、ヒーター４０が配置される範囲は、省電力の観点から、できるだけ狭い範囲であるほうが好ましい。
また、ヒーター４０による加熱は、常時加熱しても、所定間隔毎に加熱（間欠的に加熱）してもよいが、省電力の観点からは水素などの可燃性ガスが検出された場合（水が生じる可能性が高い場合）のみ加熱を行うようにしてもよい。 The heater 40 is provided on the side of the silicon substrate 31 exposed to the combustible gas, and is a removing means for removing water produced by the combustion reaction of the combustible gas. Specifically, the heater 40 is a heating means made of a platinum thin film, is formed in a predetermined pattern around the sensing element 1 and the compensating element 2, and is formed in a predetermined pattern around the sensing element 1 and the compensating element 2. By heating to a temperature of , the water is vaporized and removed. The heater 40 in this embodiment is mainly arranged on the upper end surface of the silicon substrate 31 except for the parts where the pads 51, 52, 53 are arranged.
Note that the heater 40 may have any pattern shape other than the pattern shape of the present embodiment as long as it can heat the periphery of each of the sensing element 1 and the compensating element 2 . For example, heaters may be partially provided in areas around the sensing element 1 and compensating element 2 that are likely to reach relatively low temperatures.
Moreover, the heater 40 may be provided at least around the sensing element 1 in which water is generated by combustion reaction.
Moreover, the heating temperature by the heater 40 may be higher than the temperature at which water vaporizes, and is preferably 80° C. or higher, for example.
As described above, the heating temperature of the heater 40 may be at least the temperature at which water vaporizes, but from the viewpoint of power saving, it is preferable that the heating temperature is as low as possible.
Moreover, the range in which the heater 40 is arranged is preferably as narrow as possible from the viewpoint of power saving.
Heating by the heater 40 may be performed constantly or at predetermined intervals (intermittent heating). Heating may be performed only when there is a high possibility that

また、ヒーター４０の他に水を除去する除去手段としては、例えば、シリコン基板３１表面に撥水処理を施してもよく、当該撥水処理とヒーター４０を組み合わせた構成であってもよい。 In addition to the heater 40 , as a removing means for removing water, for example, the surface of the silicon substrate 31 may be subjected to a water-repellent treatment, or the water-repellent treatment and the heater 40 may be combined.

次に、従来のＭＥＭＳ型の接触燃焼式ガスセンサを用いて高濃度の可燃性ガスを曝露した際の測定結果について説明する。
なお、図４に示すグラフは、縦軸が従来の接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力（ｍＶ）であり、横軸が時間（ｓｅｃ．）であり、ガス感応部の温度を３００℃に維持して爆発下限界（ＬＥＬ）までの可燃性ガスの濃度を所定時間経過毎に増加させていったものである。 Next, measurement results when a conventional MEMS-type catalytic combustion gas sensor is used and exposed to a high-concentration combustible gas will be described.
In the graph shown in FIG. 4, the vertical axis is the sensor output (mV) of the conventional catalytic combustion type gas sensor, and the horizontal axis is time (sec.). The concentration of combustible gas up to the lower explosive limit (LEL) is increased every time a predetermined time elapses.

従来のＭＥＭＳ型の接触燃焼式ガスセンサに所定環境下（設定環境条件：２０℃／６０％ＲＨ）で高濃度水素を曝露させた場合、応答波形が乱れる現象が観察された（図４（ａ）参照）。しかし、この応答波形の乱れは高温・低湿（設定環境条件：８０℃／０％ＲＨ）の環境下で測定することによって、図４（ｂ）に示すように改善されることが分かった。高濃度の水素を従来のＭＥＭＳ型の接触燃焼式ガスセンサに曝露させた場合、検知素子の燃焼反応により検知素子の周囲に水が生成していることを確認できている。これらの現象は水素の燃焼によって生成される水が検知素子の周囲に吸着・脱離（気化）した際の吸着・蒸発熱によるものと推測される。 When a conventional MEMS-type catalytic combustion gas sensor was exposed to high-concentration hydrogen under a predetermined environment (set environmental conditions: 20°C/60% RH), a phenomenon was observed in which the response waveform was disturbed (Fig. 4(a)). reference). However, it was found that the disturbance of the response waveform was improved as shown in FIG. It has been confirmed that when a conventional MEMS type catalytic combustion gas sensor is exposed to high-concentration hydrogen, water is generated around the sensing element due to the combustion reaction of the sensing element. These phenomena are presumed to be due to heat of adsorption/evaporation when water generated by combustion of hydrogen is adsorbed/desorbed (vaporized) around the sensing element.

本実施形態に係る接触燃焼式ガス検知素子６０においては、検知素子１及び補償素子２の周囲を覆うようにヒーター４０を所定のパターンで形成することにより、生成した水の吸着を妨げ、高濃度水素曝露時の応答波形の乱れを解決することができる。 In the catalytic combustion type gas detection element 60 according to this embodiment, the heater 40 is formed in a predetermined pattern so as to cover the periphery of the detection element 1 and the compensating element 2, thereby preventing adsorption of generated water and Disturbance of the response waveform during hydrogen exposure can be resolved.

以上のように、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、可燃性ガスの燃焼熱に応じて抵抗値が変化する検知素子１と、可燃性ガスの燃焼によって生成される水を除去する除去手段と、を備えたものである。これにより、可燃性ガスとして、例えば、水素等の可燃性ガスが燃焼して生成する水を除去手段により除去することができるため、水による悪影響を抑制し、可燃性ガスを正確に検知することができる。 As described above, the catalytic combustion gas sensor 100 of this embodiment includes the detection element 1 whose resistance value changes according to the combustion heat of the combustible gas, and the removal means for removing water generated by combustion of the combustible gas. and As a result, as a combustible gas, for example, water generated by burning a combustible gas such as hydrogen can be removed by the removing means, so that the adverse effects of water can be suppressed and the combustible gas can be accurately detected. can be done.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、検知素子１が支持されるシリコン基板３１をさらに備え、除去手段がシリコン基板３１に設けられるものである。これにより、シリコン基板３１上に生成する水を効率的に除去することができる。 Further, the catalytic combustion gas sensor 100 of the present embodiment further includes a silicon substrate 31 on which the detection element 1 is supported, and the silicon substrate 31 is provided with a removal means. Thereby, the water generated on the silicon substrate 31 can be efficiently removed.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、検知素子１がシリコン基板３１に中空状態で支持されるものであるため、熱絶縁に優れる。 In addition, the catalytic combustion gas sensor 100 of the present embodiment has excellent thermal insulation because the sensing element 1 is supported by the silicon substrate 31 in a hollow state.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、検知素子１と並列に接続される補償素子２をさらに備え、除去手段は、少なくとも検知素子１の周囲に設けられるものである。これにより、少なくとも可燃性ガスの燃焼により水が生成する検知素子１に除去手段を設けることで、効率的に水を除去できる。 Further, the catalytic combustion type gas sensor 100 of the present embodiment further includes a compensating element 2 connected in parallel with the detecting element 1 , and the removal means is provided at least around the detecting element 1 . Accordingly, water can be efficiently removed by providing the removing means to the detecting element 1 in which water is generated at least by combustion of the combustible gas.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、除去手段が加熱により水を除去するヒーター４０である。これにより、簡単な構成で水を除去することができる。 Further, in the catalytic combustion gas sensor 100 of the present embodiment, the removing means is the heater 40 that removes water by heating. Thereby, water can be removed with a simple configuration.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、除去手段がシリコン基板３１における前記可燃性ガスの曝露面側に配置されるものである。 Further, in the catalytic combustion type gas sensor 100 of the present embodiment, the removal means is arranged on the side of the silicon substrate 31 exposed to the combustible gas.

このような構成によれば、シリコン基板３１において可燃性ガスの燃焼により水が生成し易い側となる、可燃性ガスの曝露面側に除去手段を設けることで、効率的に水を除去することができる。 According to such a configuration, water can be efficiently removed by providing the removal means on the side of the silicon substrate 31 exposed to the combustible gas, which is the side on which water is likely to be generated by combustion of the combustible gas. can be done.

また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１００は、ＭＥＭＳ技術により形成したものである。これにより、微細加工が可能なＭＥＭＳ技術を適用するため、極めて小さな接触燃焼式ガス検知素子６０の製造が可能となる。これにより、平均消費電力の少ない接触燃焼式ガスセンサ１００を得ることができる。 Further, the catalytic combustion gas sensor 100 of this embodiment is formed by MEMS technology. As a result, since the MEMS technology capable of microfabrication is applied, it is possible to manufacture an extremely small catalytic combustion type gas detection element 60 . As a result, the catalytic combustion gas sensor 100 with low average power consumption can be obtained.

本発明は、可燃性ガスの燃焼熱に応じて抵抗値が変化する検知素子を備えた接触燃焼式ガスセンサに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a catalytic combustion gas sensor provided with a sensing element whose resistance value changes according to the combustion heat of combustible gas.

１ 検知素子
３１ シリコン基板
４０ ヒーター
６０ 接触燃焼式ガス検知素子
１００ 接触燃焼式ガスセンサ Reference Signs List 1 detection element 31 silicon substrate 40 heater 60 catalytic combustion gas detection element 100 catalytic combustion gas sensor

Claims (5)

可燃性ガスの燃焼熱に応じて抵抗値が変化する検知素子と、
前記可燃性ガスの燃焼によって生成される水を加熱によって除去する加熱除去手段と、
前記検知素子が支持される基板と、 を備え、
前記検知素子は、ガス感応部と当該ガス感応部を加熱するための加熱手段とを有し、
前記加熱除去手段は、前記基板に設けられる 接触燃焼式ガスセンサ。 a sensing element whose resistance value changes according to the combustion heat of the combustible gas;
Water generated by combustion of the combustible gasHeat removal means for removal by heatingWhen,
a substrate on which the sensing element is supported; with
The sensing element has a gas sensing portion and heating means for heating the gas sensing portion,
The heating removal means is provided on the substrate. Catalytic combustion gas sensor. 前記検知素子は、前記基板に中空状態で支持される請求項１に記載の接触燃焼式ガスセンサ。 2. The catalytic combustion gas sensor according to claim 1 , wherein said sensing element is supported by said substrate in a hollow state. 前記検知素子と並列に接続される補償素子をさらに備え、
前記除去手段は、少なくとも前記検知素子の周囲に設けられる請求項１または２に記載の接触燃焼式ガスセンサ。 further comprising a compensating element connected in parallel with the sensing element;
3. The catalytic combustion gas sensor according to claim 1 , wherein said removing means is provided at least around said sensing element. 前記除去手段は、前記基板における前記可燃性ガスの曝露面側に配置される請求項１～３の何れかに記載の接触燃焼式ガスセンサ。 The catalytic combustion gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the removal means is arranged on a side of the substrate exposed to the combustible gas. ＭＥＭＳ技術により形成した請求項１～４の何れか一項に記載の接触燃焼式ガスセンサ。 The catalytic combustion gas sensor according to any one of claims 1 to 4 , which is formed by MEMS technology.
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