JPH0335153A - Gas sensor - Google Patents
Gas sensorInfo
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- JPH0335153A JPH0335153A JP17061189A JP17061189A JPH0335153A JP H0335153 A JPH0335153 A JP H0335153A JP 17061189 A JP17061189 A JP 17061189A JP 17061189 A JP17061189 A JP 17061189A JP H0335153 A JPH0335153 A JP H0335153A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、周囲雰囲気のガス濃度を所定の温度に加熱さ
れた感ガス部の電気抵抗値の変化として検知するガスセ
ンサに係り、特に感ガス部を加熱するためのヒータのＷ
ｉ造を改良したガスセンサ間するものである。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a gas sensor that detects the gas concentration in the surrounding atmosphere as a change in the electrical resistance value of a gas sensing part heated to a predetermined temperature. W of the heater for heating the gas-sensitive parts, especially the gas-sensitive parts
This is a gas sensor with an improved structure.
（従来の技術）
従来一般に、測定対象となるガスの成分濃度を電気抵抗
の変化により測定する素子として金属酸化物半導体ガス
センサ、酸化鉄半導体ガスセンサ等が用いられている。(Prior Art) Conventionally, metal oxide semiconductor gas sensors, iron oxide semiconductor gas sensors, and the like have been generally used as elements for measuring the component concentration of a gas to be measured by changes in electrical resistance.
半導体ガスセンサは、ヒータにより高温（２００〜５０
０℃）に加熱された半導体表面にガス分子が吸着すると
ガス分子と半導体との間で電子の授受が行なわれ、電子
濃度が変化し、その結果として半導体の電気抵抗が変化
するという性質を利用するものであり、第４図に示す構
造のものが知られている。Semiconductor gas sensors are heated to high temperatures (200 to 50
This method takes advantage of the property that when gas molecules are adsorbed on the surface of a semiconductor heated to 0°C, electrons are exchanged between the gas molecules and the semiconductor, changing the electron concentration and, as a result, changing the electrical resistance of the semiconductor. A structure shown in FIG. 4 is known.
第４図において、絶縁基板ａの表面には１つの感ガス部
すが形成され、感ガス部すを加熱するためヒータＣが基
板ａのほぼ全面に渡って形成されている。半導体！Ｉｄ
と絶縁基板ａとの間には半導体ＷＸ！ｄの抵抗値を測定
するたためのくし形ｆ４極ｆが形成されている。このガ
スセンサは半導体膜ｄの動作温度が測定対象とするガス
に最も感度が高く、且つ他のガスに対する影響が少ない
動作温度になるようにヒータＣの発熱量が固定的に設定
されて使用されるものである。In FIG. 4, one gas sensing section is formed on the surface of an insulating substrate a, and a heater C is formed over almost the entire surface of the substrate a to heat the gas sensing section. semiconductor! Id
and the insulating substrate a is the semiconductor WX! A comb-shaped f4 pole f is formed for measuring the resistance value of d. This gas sensor is used with the heating value of the heater C fixedly set so that the operating temperature of the semiconductor film d is the operating temperature that is most sensitive to the gas to be measured and has little influence on other gases. It is something.
また、同一基板上に複数の感ガス部を有する場合には、
各感ガス部が同じ動作温度に設定されるか、又は感ガス
部の位置的な差による動作温度の違いを利用して数種類
のガスの成分濃度が検出できるようにしていた。In addition, when having multiple gas-sensitive parts on the same substrate,
Each gas sensing section is set to the same operating temperature, or the component concentrations of several types of gases can be detected by utilizing differences in operating temperature due to positional differences in the gas sensing sections.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上述した従来のガスセンサは、測定対象
ガスごとに感ガス部の動作温度の設定を変更する場合に
は、ヒータ抵抗を可変とするか又はヒータ印加電圧を可
変とする必要があるため、ガスセンサ自体の仕様の見直
し又はガスセンサが組込まれる制御回路等の外部装置の
仕様変更を行わなければならず、数種類の測定対象ガス
に対して汎用性を持たせることが難しいという問題があ
った。特に、同一基板上に複数の感ガス部を有するガス
センサにおいて、各感ガス部の動作温度を夫々独立に設
定し、あるいはその設定を変更して数種類のガス成分の
安定な検出動作を行なうことは非常に困難である。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional gas sensor described above, when changing the operating temperature setting of the gas sensing part for each gas to be measured, the heater resistance is made variable or the heater applied voltage is changed. Because it needs to be variable, it is necessary to review the specifications of the gas sensor itself or change the specifications of external devices such as control circuits in which the gas sensor is incorporated, making it difficult to provide versatility for several types of gases to be measured. The problem was that it was difficult. In particular, in a gas sensor that has multiple gas sensing parts on the same substrate, it is difficult to set the operating temperature of each gas sensing part independently or to change the settings to perform stable detection operations for several types of gas components. Very difficult.
更に、この種のガスセンサは絶縁基板ａのほぼ全面にわ
たってヒータＣが形成されているため、基板８表面ある
いはリードフレーム等を通して熱が発散されやすく、そ
のため動作温度を安定にするにはより大きな電力を必要
とし効率が悪いという同町があった。Furthermore, in this type of gas sensor, since the heater C is formed over almost the entire surface of the insulating substrate a, heat is likely to be dissipated through the surface of the substrate 8 or through the lead frame, etc. Therefore, larger electric power is required to stabilize the operating temperature. There was a town in the same town that needed it and found it inefficient.
本発明は上記課題を解消すべく創案されたものであり、
その目的は測定対象となる複数のガスに対して感ガス部
の動作温度が個々に容易に設定でき、また電力消！！量
が少ないガスセンサを提供することにある。The present invention was created to solve the above problems,
Its purpose is to easily set the operating temperature of the gas sensing section for multiple gases to be measured, and to reduce power consumption! ! An object of the present invention is to provide a gas sensor with a small quantity.
［発明の棺成］
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明によるガスセンサにお
いては、絶縁基板の表面に複数の感ガス部を形成し、そ
の感ガス部の位置する絶縁基板内部に抵抗値が選択的に
設定可能なヒータを設けたものである。この場合、上記
ヒータ面積が絶縁基板の面積の５０ｘ以下になるように
するとよい。[Construction of the invention] (Means for solving the problem) In order to achieve the above object, in the gas sensor according to the present invention, a plurality of gas sensing parts are formed on the surface of an insulating substrate, and the gas sensing parts are located A heater whose resistance value can be selectively set is provided inside the insulating substrate. In this case, it is preferable that the area of the heater is 50 times or less the area of the insulating substrate.
（作用）
上記構成による本発明によれば、夫々の感ガス部の下部
に位置するヒータの抵抗値を選択的に設定することにま
り感ガス部ごとに独立してその動作温度を設定し、ある
いは設定の変更をすることが容易になる。(Function) According to the present invention having the above configuration, the operating temperature is independently set for each gas sensing section by selectively setting the resistance value of the heater located at the lower part of each gas sensing section, Or it becomes easier to change settings.
ところで、ヒータの面積ｓｈと絶縁基板の面ＭＳｓとの
比Ｓ ｈ ／ Ｓ ｓと、絶縁基板表面の中心部の温度
℃の関係を調べると第３図のグラフのようになる。この
グラフはヒータの消費電力を一定としてヒータ面積ｓｈ
を変えたときの温度特性を示すものである。第３図に示
すよ、うに、比Ｓｈ／Ｓｓが増加するとＳｈ／５ｓ＝０
．５までは徐々に温度が下がるが、比Ｓ ｈ ／ Ｓ
ｓが０．５を越えると急激に低下することがわかる。こ
れはヒータ面積ｓｈが大きくなってリードフレーム（リ
ードフレームは導体で形成されるため熱が最も逃げやす
い部分である。）に近くなるほど熱が逃げてしまい温度
が低下するが、ヒータをリードフレームから離れた位置
にすると温度低下の度合いが小さくなるということを示
している。この結果、ヒータの面積が絶縁基板の面積の
５０Ｘ以下であると効率が良いことがわかる。By the way, when examining the relationship between the ratio Sh/Ss of the area sh of the heater to the surface MSs of the insulating substrate and the temperature °C at the center of the surface of the insulating substrate, the graph shown in FIG. 3 is obtained. This graph shows the heater area sh when the power consumption of the heater is constant.
This shows the temperature characteristics when changing . As shown in Figure 3, when the ratio Sh/Ss increases, Sh/5s=0
．． The temperature gradually decreases up to 5, but the ratio S h / S
It can be seen that when s exceeds 0.5, it decreases rapidly. This is because the heater area sh becomes larger and the closer it gets to the lead frame (as the lead frame is made of a conductor, heat escapes most easily), the more heat escapes and the temperature decreases. This indicates that the degree of temperature drop will be smaller if the location is farther away. The results show that efficiency is good when the area of the heater is 50 times or less the area of the insulating substrate.
従って、ヒータの面積が絶縁基板の面積の５０Ｘ以下に
なるようにすれば、ヒータの熱の発散を抑え、電力効率
を向上させることになる。Therefore, if the area of the heater is set to be 50 times or less the area of the insulating substrate, dissipation of heat from the heater can be suppressed and power efficiency can be improved.
（実施例）
次に本発明の一実施−１について添付図面を参照して説
明する。(Example) Next, one embodiment-1 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第２図に示すように、カスセンサ１を構成する絶縁基板
２の表面には第１及び第２感ガス部３゜４が所定の間隔
を隔てて形成され、基板２の長子方向に沿った両端部に
はガスセンサ１本体を制御回路等の外部装置に電気的に
接続して取り付けるためのリードピン５が配設されてい
る。上記第１、第２感ガス部３．４の夫々の構成は従来
のものと同様であり、第１．第２感ガス部３．４を構成
する半導体膜の抵抗を計測するための電極は基板２表面
に形成された配線６でガス検出用のり一ドビン５に夫々
接続されている。As shown in FIG. 2, first and second gas sensing parts 3.4 are formed at a predetermined interval on the surface of the insulating substrate 2 constituting the waste sensor 1, and are located at both ends of the substrate 2 along the longitudinal direction. A lead pin 5 for electrically connecting and attaching the main body of the gas sensor 1 to an external device such as a control circuit is provided in the portion. The configurations of the first and second gas sensing sections 3.4 are the same as those of the conventional ones. Electrodes for measuring the resistance of the semiconductor film constituting the second gas sensing section 3.4 are connected to the gas detection glue dowels 5 through wiring 6 formed on the surface of the substrate 2, respectively.
絶縁基板２の内部には、第１図に示すように上記第１、
第２感ガス部３．４の位置に第１及び第２ヒータ７．８
が夫々形成されている。ヒータ７．８は夫々５つの抵抗
エレメントＲ，〜Ｒ５によって構成されている。Inside the insulating substrate 2, as shown in FIG.
The first and second heaters 7.8 are located at the second gas sensing section 3.4.
are formed respectively. The heaters 7.8 are each constituted by five resistance elements R, to R5.
夫々のヒータ７．８を構成する５つの抵抗エレメントＲ
１−Ｒ９のうち４つの抵抗エレメントＲ２−Ｒ９はヒー
タ電源用のパッド９に夫々接続され、共に残りの１つの
抵抗エレメントＲ１に接続されている０両ヒータ７．８
の抵抗エレメントＲ１は共通のパッド（ＣＯＮ）１０に
接続されている各ヒータ７．８は夫々をＳ威する抵抗エ
レメントＲ１〜Ｒｓのうちいくつかあるいは全部を組合
せることにより、抵抗値が選択的に設定できるように構
成されている。ずなわち、ヒータ７．８に印加されるヒ
ータ電圧は一定とし、このガスセンサｌを使用する際の
上記リードビン５に接続される回路配ａ（図示せず）に
よって、抵抗エレメントＲ２〜Ｒ％を介してパッド部９
のＣＯＮヘヒータ電流を流す際の通電に関与する抵抗エ
レメントの組を選択することにより、各ヒータ７．８の
抵抗が夫々独立に設定されるものである。Five resistance elements R forming each heater 7.8
Four resistance elements R2-R9 of 1-R9 are respectively connected to pads 9 for heater power supply, and both are connected to the remaining one resistance element R1.
The resistance element R1 of each heater 7.8 is connected to a common pad (CON) 10.The resistance value of each heater 7.8 can be selectively determined by combining some or all of the resistance elements R1 to Rs that suppress each heater 7.8. It is configured so that it can be set to That is, the heater voltage applied to the heater 7.8 is constant, and the resistance elements R2 to R% are controlled by the circuit arrangement a (not shown) connected to the lead bin 5 when this gas sensor l is used. Through the pad part 9
The resistance of each heater 7.8 can be independently set by selecting a set of resistance elements that are involved in energization when the heater current is passed through CON.
尚、本実施例に示すガスセンサ１の絶縁基板２の表面及
び内部に形成される上述の各構成要素は、一般にＩＣ等
を製造する際に用いられる製造プロセスによって形成す
ることができる。Note that the above-mentioned components formed on the surface and inside of the insulating substrate 2 of the gas sensor 1 shown in this embodiment can be formed by a manufacturing process generally used when manufacturing ICs and the like.
次に本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
上記ガスセンサ１で成分が異なる２種類のガスＧ１．Ｇ
２の濃度を検出する場合、第１の感ガス部３の動作温度
が一方のガスＧ、に最も感度が高く、且つ他のガスによ
る影響が少ない温度に設定され、第２感ガス部４の動作
温度はガスＧ２に最も感度が高く、他のガスによる影響
が少ない温度に設定される０本実施例において、第１感
ガス部３の動作温度は第１ヒータフの抵抗値が選択的に
設定されることにより設定され、第２感ガス部４の動作
温度は第２ヒータ８の抵抗値が選択的に設定されること
により設定される。In the gas sensor 1, two types of gas G1 with different components are used. G
When detecting the concentration of gas G, the operating temperature of the first gas sensing section 3 is set to a temperature that is most sensitive to one gas G and is less affected by other gases, and the operating temperature of the second gas sensing section 4 is set to The operating temperature is set to a temperature that is most sensitive to gas G2 and is less affected by other gases. In this embodiment, the operating temperature of the first gas sensing section 3 is selectively set by the resistance value of the first heater. The operating temperature of the second gas sensing section 4 is set by selectively setting the resistance value of the second heater 8.
以下、簡単のために上記第１．第２ヒータ７゜８はそれ
らを構成する抵抗エレメントＲ１〜Ｒｓの個々の抵抗値
がすべて同じ抵抗値１０Ωに設定されているとする。Below, for the sake of simplicity, the above 1. Assume that the resistance elements R1 to Rs constituting the second heater 7.8 are all set to the same resistance value of 10Ω.
この場合、第１．第２ヒータ７．８は夫々を構成する抵
抗エレメントＲ１〜Ｒｓの組合せにより次の３つの抵抗
値に選択的に設定することができる。すなわち、第１図
においてＲ４あるいはＲ５とＲ１との組合せのとき２０
Ω、Ｒ１とＲ５とＲ２との組合せのとき１５Ω、Ｒ５−
Ｒ５の全てによる組合せつとき１２．５Ωとなる。In this case, 1. The second heater 7.8 can be selectively set to one of the following three resistance values by combining the resistance elements R1 to Rs that constitute each of them. That is, in FIG. 1, when R4 or R5 and R1 are combined, 20
Ω, 15Ω for the combination of R1, R5, and R2, R5-
The combination of all R5 results in 12.5Ω.
上記抵抗値の選択は、ガスセンサｌが取り付けられる制
御回路（図示せず）によって所定のリードピン５間の通
電を０Ｎ−ＯＦＦさせることにより、夫々のヒータ７．
８に対して独立して容易に設定でき、また設定の変更も
同様に容易に行なうことができる。これにより、ガスセ
ンサ自体の仕様の見直しあるいは上記制御回路等の外部
装置の仕様変更を行なうことなく測定対象ガスごとに感
ガス部３．４の動作温度の設定の変更が容易にできるた
め、数種類の測定対象ガスに対して汎用性を持たせる・
ことができる。The selection of the resistance value is performed by turning ON/OFF the electricity between predetermined lead pins 5 using a control circuit (not shown) to which the gas sensor I is attached, so that the respective heaters 7.
8 can be easily set independently, and the settings can be changed easily as well. As a result, it is possible to easily change the operating temperature setting of the gas sensing section 3.4 for each gas to be measured without reviewing the specifications of the gas sensor itself or changing the specifications of external devices such as the above-mentioned control circuit. Provides versatility for gases to be measured.
be able to.
また、本実施例に示すガスセンサ１は第１゜第２ヒータ
７．８が上記第１．第２感ガス部３゜４の位置だけに形
成されており、それらを構成する全抵抗エレメントＲ，
〜Ｒｓの合計面積ｓｈが絶縁基板２の面積Ｓｓの５０％
以下になるように設定されることによって消費電力が小
さくできる。Further, in the gas sensor 1 shown in this embodiment, the first and second heaters 7.8 and 1. It is formed only at the position of the second gas sensing part 3°4, and all the resistance elements R,
The total area sh of ~Rs is 50% of the area Ss of the insulating substrate 2
Power consumption can be reduced by setting as follows.
尚、本実施例においては感ガス部が絶縁基板２表面に２
個形成されるとしたがこれに限るものではなく、さらに
多くの感ガス部を形成することにより同時に３種類以上
のガスが検知できるようにすることもできる。また、上
記各ヒータ７．８を４１威する抵抗エレメントの数及び
その抵抗値も上述のものに限るものではない。In addition, in this embodiment, the gas sensing portion is located on the surface of the insulating substrate 2.
Although the gas sensing portions are formed individually, the invention is not limited to this, and three or more types of gases can be detected at the same time by forming more gas sensing portions. Furthermore, the number and resistance value of the resistance elements that control each of the heaters 7.8 are not limited to those described above.
［発明の効果］
以上要するに、本発明によれば、以下の如き優れた効果
を発揮できる。[Effects of the Invention] In summary, according to the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
０）複数の感ガス部の動作温度が夫々独立に容易に設定
できる。0) The operating temperatures of a plurality of gas sensing sections can be easily set independently.
Ｑ） センサ特性が向上できる。Q) Sensor characteristics can be improved.
（３） 消費電力が小さい。(3) Low power consumption.
第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第２図は本
発明の一実施例を示す斜視図、第３図は絶縁基板の面積
とヒータの面積との割合と絶縁基板の表面の中心温度と
の関係を表わすグラフ、第４図は従来例を示す部分破断
斜視図である。
図中、１はガスセンサ、２は絶縁基板、３は第１感ガス
部、４は第２感ガス部、７は第１ヒータ、８は第２ヒー
タである。Fig. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing an embodiment of the invention, and Fig. 3 shows the ratio of the area of the insulating substrate to the area of the heater and the A graph showing the relationship with the center temperature of the surface, and FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a conventional example. In the figure, 1 is a gas sensor, 2 is an insulating substrate, 3 is a first gas sensing section, 4 is a second gas sensing section, 7 is a first heater, and 8 is a second heater.
Claims (1)
ス部の位置する絶縁基板内部に抵抗値が選択的に設定可
能なヒータを設けたことを特徴とするガスセンサ。 ２、上記ヒータの面積が絶縁基板の面積の５０％以下で
あることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。[Claims] 1. A plurality of gas sensing parts are formed on the surface of an insulating substrate, and a heater whose resistance value can be selectively set is provided inside the insulating substrate where the gas sensing parts are located. gas sensor. 2. The gas sensor according to claim 1, wherein the area of the heater is 50% or less of the area of the insulating substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17061189A JPH0335153A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17061189A JPH0335153A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0335153A true JPH0335153A (en) | 1991-02-15 |
Family
ID=15908068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17061189A Pending JPH0335153A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Gas sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0335153A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009501906A (en) * | 2005-07-14 | 2009-01-22 | セラマテック・インク | Multilayer ceramic NOx gas sensor device |
| JP2015200647A (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-12 | イノチップ テクノロジー シーオー エルティディー | sensor |
| JP2015200644A (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-12 | イノチップ テクノロジー シーオー エルティディー | Sensor device |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP17061189A patent/JPH0335153A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009501906A (en) * | 2005-07-14 | 2009-01-22 | セラマテック・インク | Multilayer ceramic NOx gas sensor device |
| JP2015200647A (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-12 | イノチップ テクノロジー シーオー エルティディー | sensor |
| JP2015200644A (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-12 | イノチップ テクノロジー シーオー エルティディー | Sensor device |
| US9417202B2 (en) | 2014-04-07 | 2016-08-16 | Innochips Technology Co., Ltd. | Sensor |
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