JPH02165034A - 水素ガスセンサー - Google Patents
水素ガスセンサーInfo
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- JPH02165034A JPH02165034A JP32094388A JP32094388A JPH02165034A JP H02165034 A JPH02165034 A JP H02165034A JP 32094388 A JP32094388 A JP 32094388A JP 32094388 A JP32094388 A JP 32094388A JP H02165034 A JPH02165034 A JP H02165034A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、水素検出装置に用いる水素ガスセンサーに関
する。
する。
（ロ）従来の技術
従来、可燃性ガス漏れ警報器やガス濃度計に用いられる
ガスセンサーとして、ＳｎＯ，粉末焼結体などを用いた
半導体式ガスセンサーや、白金触媒などを用いた接触燃
焼式ガスセンサーが普及している。そして、半導体ガス
センサーは半導体表面とガスの吸着現象により、電気抵
抗や仕事関数などの物性が変化するという性質を利用す
るものであり、又接触燃焼式ガスセンサーはガス検知機
能を持つ物質の表面でのガスの接触燃焼現象により温度
変化を受けて電気抵抗が変化するという性質を利用する
ものである（特開昭６１−６６９５６号公報、特開昭６
１−２２３６４２号公報参照）。又、本出願人は上記蜆
知の発明以外に互いに連結された水素吸蔵合金及び歪素
子とその歪素子の出力に基づいて水素濃度を判定する水
素濃度検出装置を昭和６３年特許願第１３８９９０号と
して出願している。
ガスセンサーとして、ＳｎＯ，粉末焼結体などを用いた
半導体式ガスセンサーや、白金触媒などを用いた接触燃
焼式ガスセンサーが普及している。そして、半導体ガス
センサーは半導体表面とガスの吸着現象により、電気抵
抗や仕事関数などの物性が変化するという性質を利用す
るものであり、又接触燃焼式ガスセンサーはガス検知機
能を持つ物質の表面でのガスの接触燃焼現象により温度
変化を受けて電気抵抗が変化するという性質を利用する
ものである（特開昭６１−６６９５６号公報、特開昭６
１−２２３６４２号公報参照）。又、本出願人は上記蜆
知の発明以外に互いに連結された水素吸蔵合金及び歪素
子とその歪素子の出力に基づいて水素濃度を判定する水
素濃度検出装置を昭和６３年特許願第１３８９９０号と
して出願している。
（ハ）発明が解決しようとする課題
然し乍ら、上記従来のガスセンサーでは、ガスの吸着現
象や燃焼現象などを利用していたため、被検ガス中の各
種ガスに対して反応してしまい、水素ガスのみを選択的
に検知することが困難であった。又、これらのガスセン
サーの作動温度が一般に２００〜５００℃と高温を必要
とするためセンサーの素子の劣化が起こり易い。そして
、本出願人が提案した水素吸蔵合金のみで構成した場合
、被検ガス中に含まれる水分の影響を受けて検出の応答
速度が遅くなる傾向があり、迅速な測定に支障をきたす
問題点があった。
象や燃焼現象などを利用していたため、被検ガス中の各
種ガスに対して反応してしまい、水素ガスのみを選択的
に検知することが困難であった。又、これらのガスセン
サーの作動温度が一般に２００〜５００℃と高温を必要
とするためセンサーの素子の劣化が起こり易い。そして
、本出願人が提案した水素吸蔵合金のみで構成した場合
、被検ガス中に含まれる水分の影響を受けて検出の応答
速度が遅くなる傾向があり、迅速な測定に支障をきたす
問題点があった。
（ニ）課題を解決するための手段
本発明による水素ガスセンサーは、基板上に歪素子を被
着し、その基板上全体に水素吸蔵合金膜とその上面に水
分を透過し難く水素を透過し易い表面膜を被覆している
。
着し、その基板上全体に水素吸蔵合金膜とその上面に水
分を透過し難く水素を透過し易い表面膜を被覆している
。
（ホ）作用
本発明によれば、水素は透過し易いが水分は透過し難い
表面膜が形成されているため、被検ガス中の水分の大部
分は表面膜を透過せず、水素吸蔵合金の水素吸収現象を
妨げる水分が水素吸蔵合金膜に到達しにくくなる。
表面膜が形成されているため、被検ガス中の水分の大部
分は表面膜を透過せず、水素吸蔵合金の水素吸収現象を
妨げる水分が水素吸蔵合金膜に到達しにくくなる。
その結果、被検ガス中の水分の影響を受けずに水素吸蔵
合金膜が水素濃度に応じて迅速に体積変化されると共に
、この体積変化により歪素子に歪力を加え、歪素子の歪
量を電気的、或いは機械的に変換して測定し、この測定
値に基づいて水素ガスに対しての検知作用を果たす。
合金膜が水素濃度に応じて迅速に体積変化されると共に
、この体積変化により歪素子に歪力を加え、歪素子の歪
量を電気的、或いは機械的に変換して測定し、この測定
値に基づいて水素ガスに対しての検知作用を果たす。
（へ）実施例
以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。第１図は本発明による水素ガスセンサーの断面図を例
示したものである。（１）は樹脂などの絶縁性基板で、
（２）は銅−ニッケル系合金から成る厚み０．０５〜０
．１閾で接着した歪素子である。この歪素子（２）はエ
ツチング等により線幅０．０１〜０．１（財）で全体の
抵抗値が１００Ω程度を示すよう蛇行形成されていて、
応力測定用歪センサーを構成している。（３）（３）は
この歪素子（２）の両端にボンディングしたリード線で
ある。
。第１図は本発明による水素ガスセンサーの断面図を例
示したものである。（１）は樹脂などの絶縁性基板で、
（２）は銅−ニッケル系合金から成る厚み０．０５〜０
．１閾で接着した歪素子である。この歪素子（２）はエ
ツチング等により線幅０．０１〜０．１（財）で全体の
抵抗値が１００Ω程度を示すよう蛇行形成されていて、
応力測定用歪センサーを構成している。（３）（３）は
この歪素子（２）の両端にボンディングしたリード線で
ある。
こうして加工された歪素子（２）及びリード線（３）上
には耐熱性を有するポリアミド樹脂層（４）を被覆して
絶縁している。そして、このポリアミド樹脂層（４）の
上面にＬａＮｉ＋’などの水素吸蔵合金膜（５）を蒸着
法、或いはスパッタ法によって、５〜１０μｍの厚みで
膜形成する。更に（６）は水素吸蔵合金膜（５）の上面
に形成された表面膜で、この表面膜（６）は水素は透過
するが水分は殆ど透過させない厚さ３０μｍのポリエチ
レンなどの高分子膜によって構成されている。−尚、比
較例として表面膜（６）を被覆しない水素ガスセンサー
ら同時に作成した。
には耐熱性を有するポリアミド樹脂層（４）を被覆して
絶縁している。そして、このポリアミド樹脂層（４）の
上面にＬａＮｉ＋’などの水素吸蔵合金膜（５）を蒸着
法、或いはスパッタ法によって、５〜１０μｍの厚みで
膜形成する。更に（６）は水素吸蔵合金膜（５）の上面
に形成された表面膜で、この表面膜（６）は水素は透過
するが水分は殆ど透過させない厚さ３０μｍのポリエチ
レンなどの高分子膜によって構成されている。−尚、比
較例として表面膜（６）を被覆しない水素ガスセンサー
ら同時に作成した。
これらの水素ガスセンサーを用いて応答速度の測定を行
った。測定は上記水素ガスセンサーを純水素雰囲気中で
活性化させた後、リード線（３）を用いて歪素子（２）
からなる歪センサーをホイートストンブリッジ（７）に
組み込み、被検ガス雰囲気中に配置した。
った。測定は上記水素ガスセンサーを純水素雰囲気中で
活性化させた後、リード線（３）を用いて歪素子（２）
からなる歪センサーをホイートストンブリッジ（７）に
組み込み、被検ガス雰囲気中に配置した。
被検ガス雰囲気中で、歪センサーは水素を水素吸蔵合金
（５）によって吸蔵し、体積をその吸蔵量に応じて膨張
させる。この体積変化は歪素子（２）に対して歪力とし
て印加され、歪素子（２）は歪度台（歪量）に応じて数
μΩ〜数１０ｍΩの範囲で抵抗値を変化させる。この抵
抗値変化をホイートストンブリッジ（７）によって出力
電圧に変換し、更に差動アンプで増幅して出力すれば数
％〜１００％の水素濃度の検出が可能となる。理論的に
は水素吸蔵合金膜（５）は最大約２０％の膨張をするが
、本発明センサーの場合、膜厚が５〜１０．ｃｚｍ程度
なので裂けを生じることはなく、幾度にも渡って使用可
能である。
（５）によって吸蔵し、体積をその吸蔵量に応じて膨張
させる。この体積変化は歪素子（２）に対して歪力とし
て印加され、歪素子（２）は歪度台（歪量）に応じて数
μΩ〜数１０ｍΩの範囲で抵抗値を変化させる。この抵
抗値変化をホイートストンブリッジ（７）によって出力
電圧に変換し、更に差動アンプで増幅して出力すれば数
％〜１００％の水素濃度の検出が可能となる。理論的に
は水素吸蔵合金膜（５）は最大約２０％の膨張をするが
、本発明センサーの場合、膜厚が５〜１０．ｃｚｍ程度
なので裂けを生じることはなく、幾度にも渡って使用可
能である。
水素ガスセンサーの水素吸蔵合金に高分子膜を被覆した
本発明例と高分子膜を被覆しない従来例との比較を第４
図の表図にまとめた。
本発明例と高分子膜を被覆しない従来例との比較を第４
図の表図にまとめた。
サンプル１は水素は透過するが水分は透過しにくい材料
から成る高分子表面膜を有する本発明に係る水素ガスセ
ンサーを、約１０％の水素ガスと約５％の水分を含むヘ
リウムの被検ガスにさらした場合、サンプル２は表面膜
が存在しない従来構造の水素ガスセンサーを同じ被検ガ
スにさらした場合、サンプル３は対比例として、サンプ
ル２の従来構造の水素ガスセンサーを、約１０％の水素
ガスと約０．１％の水分を含むヘリウムの被検ガスにさ
らした場合であり、各サンプルが最大到達抵抗変化量の
約５０％に達する応答時間を示している。
から成る高分子表面膜を有する本発明に係る水素ガスセ
ンサーを、約１０％の水素ガスと約５％の水分を含むヘ
リウムの被検ガスにさらした場合、サンプル２は表面膜
が存在しない従来構造の水素ガスセンサーを同じ被検ガ
スにさらした場合、サンプル３は対比例として、サンプ
ル２の従来構造の水素ガスセンサーを、約１０％の水素
ガスと約０．１％の水分を含むヘリウムの被検ガスにさ
らした場合であり、各サンプルが最大到達抵抗変化量の
約５０％に達する応答時間を示している。
この表図から明らかなように、本発明の水素ガスの応答
速度は従来例と比べ、６倍以上速く、従来構造のセンサ
ーが水分を約０．１％しか含まない被検ガスをセンシン
グする場合の応答速度と同じ値が得られることが分かっ
た。
速度は従来例と比べ、６倍以上速く、従来構造のセンサ
ーが水分を約０．１％しか含まない被検ガスをセンシン
グする場合の応答速度と同じ値が得られることが分かっ
た。
尚、本実施例では表面膜の材料としてポリエチレンを用
いたが、透湿度の小さい高分子材料であればこれに限定
されることはなく、例えばポリプロピレン、塩化ビニリ
デン、セロファン、塩化ビニル、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、テフロンポリイミド、酢酸セルロース、ポ
リジメチルシロキサン等多くの高分子材料を使用するこ
とが可能である。
いたが、透湿度の小さい高分子材料であればこれに限定
されることはなく、例えばポリプロピレン、塩化ビニリ
デン、セロファン、塩化ビニル、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、テフロンポリイミド、酢酸セルロース、ポ
リジメチルシロキサン等多くの高分子材料を使用するこ
とが可能である。
尚、本実施例では水素吸蔵合金としてＬａＮ ｉｓを用
いたが、これ以外に希土類−Ｎｌ系合金、パラジウム系
合金、鉄系合金、チタン系合金、ジルコニウム系合金等
が使用可能である。更に、歪センサーは抵抗素子のみな
らず圧電素子を用いても良い。
いたが、これ以外に希土類−Ｎｌ系合金、パラジウム系
合金、鉄系合金、チタン系合金、ジルコニウム系合金等
が使用可能である。更に、歪センサーは抵抗素子のみな
らず圧電素子を用いても良い。
（ト）発明の効果
本発明によれば、水素吸蔵合金膜上に、水素は透過する
が水分は透過しにくい材料から成る表面膜を被覆してい
るので、被検ガス中の水分の影響を殆ど受けることなく
応答速度が速い水素ガスセンサーが得られる。またガス
検出は常温で行なえるので、経時変化の少ない信頼性の
高い水素ガスセンサーが得られる。
が水分は透過しにくい材料から成る表面膜を被覆してい
るので、被検ガス中の水分の影響を殆ど受けることなく
応答速度が速い水素ガスセンサーが得られる。またガス
検出は常温で行なえるので、経時変化の少ない信頼性の
高い水素ガスセンサーが得られる。
第１図は本発明による水素ガスセンサーの断面図、第２
図はその主要部の平面図、第３図は検出回路図、第４図
は本発明例と従来例の特性を比較する表図である。 （２）・・・歪素子、 （５）・・・水素吸蔵合金、 （６）・・・高分子膜。
図はその主要部の平面図、第３図は検出回路図、第４図
は本発明例と従来例の特性を比較する表図である。 （２）・・・歪素子、 （５）・・・水素吸蔵合金、 （６）・・・高分子膜。
Claims (1)
- （１）基板表面に被着された歪素子と、その歪素子表面
を被う水素吸蔵合金膜と、その合金膜上に設けられた表
面膜とから構成され、この表面膜は水素は透過するが水
分は透過しにくい材料から成り、上記歪素子の出力に基
づいて水素濃度を判定する濃度判定手段を具備した水素
ガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32094388A JPH02165034A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | 水素ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32094388A JPH02165034A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | 水素ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02165034A true JPH02165034A (ja) | 1990-06-26 |
Family
ID=18127016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32094388A Pending JPH02165034A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | 水素ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02165034A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000206073A (ja) * | 1999-01-01 | 2000-07-28 | Equos Research Co Ltd | 水素吸蔵測定方法 |
| WO2002039103A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-16 | Hrl Laboratories, Llc | Thin film metal hydride hydrogen sensor |
| WO2004047128A3 (en) * | 2002-11-20 | 2004-11-18 | Advanced Tech Materials | Rare earth metal sensor |
| WO2008149752A1 (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Kabushiki Kaisha Atsumitec | 水素センサ |
| JP2011047874A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Yamatake Corp | 水素ガスセンサ及び酸素濃度センサ |
| BE1027365B1 (nl) * | 2019-06-12 | 2021-01-21 | Burssens Jan Willem | Sensor voor het opmeten van een gehalte van een element in een fluïdum en/of een verandering van zulk gehalte in een fluïdum |
| US11796502B2 (en) | 2017-11-28 | 2023-10-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas sensor |
-
1988
- 1988-12-19 JP JP32094388A patent/JPH02165034A/ja active Pending
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