JPH0335153A - ガスセンサ - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

［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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

次に本実施例の作用について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

Ｑ）　センサ特性が向上できる。

（３）　　消費電力が小さい。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板の表面に複数の感ガス部を形成し、該感ガ
   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。