JPH0449652B2 - - Google Patents
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- JPH0449652B2 JPH0449652B2 JP58249786A JP24978683A JPH0449652B2 JP H0449652 B2 JPH0449652 B2 JP H0449652B2 JP 58249786 A JP58249786 A JP 58249786A JP 24978683 A JP24978683 A JP 24978683A JP H0449652 B2 JPH0449652 B2 JP H0449652B2
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Description
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、感ガスセンサー、詳しくは感ガスセ
ンサーの感ガス素子を加熱するヒーター付きの感
ガスセンサーに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a gas-sensitive gas sensor, and more particularly to a gas-sensitive gas sensor equipped with a heater that heats a gas-sensitive element of the gas-sensitive sensor.
［従来技術］
一般に、感ガスセンサーとしては、半導体式と
接触燃焼式の二つに大別される。[Prior Art] Gas-sensitive sensors are generally classified into two types: semiconductor type and catalytic combustion type.
半導体式の感ガスセンサーは半導体にガスが接
触した場合、半導体の電気抵抗が変化するといつ
た性質を利用してガスの存在、あるいはその濃度
を検知するものである。 Semiconductor gas sensors detect the presence of gas or its concentration by utilizing the property that the electrical resistance of a semiconductor changes when a gas comes into contact with the semiconductor.
一方、接触燃焼式の感ガスセンサーは、白金線
上に触媒を配し、その触媒にガスを接触させた結
果生ずる反応（燃焼）熱による温度上昇を白金線
の電気抵抗変化を利用して促え、ガスの存在、あ
るいはその濃度を検出するものである。 On the other hand, catalytic combustion type gas-sensitive sensors have a catalyst placed on a platinum wire, and use changes in the electrical resistance of the platinum wire to promote temperature rise due to reaction (combustion) heat generated as a result of bringing gas into contact with the catalyst. , to detect the presence of gas or its concentration.
また、SnO2、ZnO、TiO2、CoO等の酸化物半
導体を用いた感ガスセンサーは、その使用される
温度条件、担持触媒の種類を選択することによ
り、特定のガスの検出対象とする感ガスセンサ
ー、例えばプロパンガスセンサー、COセンサー、
O2センサーあるいは温度センサーとして利用さ
れる。 In addition, gas-sensitive sensors using oxide semiconductors such as SnO 2 , ZnO, TiO 2 , CoO, etc. can be used to detect specific gases by selecting the temperature conditions and type of supported catalyst. Gas sensors, such as propane gas sensors, CO sensors,
Used as an O 2 sensor or temperature sensor.
そして、このような感ガスセンサーには、しば
しばヒーターを付与されることが多い。その理由
としては、付着した汚れを焼き切つたり、汚れが
つきにくくしたり、あるいは感ガス素子の活性を
高める為に使われる。 Such gas-sensitive sensors are often provided with a heater. The reason for this is that it is used to burn off adhered dirt, to make it difficult for dirt to adhere, or to increase the activity of the gas-sensitive element.
感ガス素子の抵抗変化を検知する為には、外部
電源より既知の電圧を印加し、流れる電流を比較
抵抗の電圧変化として検知することが便利であ
る。 In order to detect a change in resistance of a gas-sensitive element, it is convenient to apply a known voltage from an external power source and detect the flowing current as a change in voltage across a comparison resistor.
従来、この感ガス素子に印加される電源電圧
と、ヒーター用に使われる電源電圧は必ずしも一
致せず、２種の電源を必要とすることが多く、そ
れだけ装置のコストを高くする問題があつた。 Conventionally, the power supply voltage applied to this gas-sensitive element and the power supply voltage used for the heater did not necessarily match, and two types of power supplies were often required, which caused the problem of increasing the cost of the device. .
例えば、自動車排ガス用O2センサーにおいて
は、TiO2、CoO、SnO2等の酸化物半導体の抵抗
変化を知ることにより、排ガス組成が理論空燃比
より高いか又は低いかを知ることができ、センサ
ー出力（電気信号）をエンジンシステムへフイー
ドバツクすることにより、排ガス組成を理論空燃
比付近の狭い範囲にコントロールすることを可能
とし、三元触媒を効率よく働かせる排ガス状態に
空燃比をコントロールし、エンジン排ガスをより
クリーンに保つことを可能にしている。この場
合、O2センサーは、エンジン冷間時等の排ガス
温度が400℃以下では安定した作動を行なわない
ことから、O2センサーにヒーターをつけるのが
望ましいとされている。しかるにヒーター用電源
としてはバツテリー電源（12V又は24V）を流用
するのが便利であり、且つヒーター設計上望まし
い。一方、O2センサー用ガス感応素子の抵抗検
出用電源は、素子の耐久性上１〜5Vが望ましく、
この場合２種の電源が必要であつた。 For example, in O 2 sensors for automobile exhaust gas, by knowing the resistance change of oxide semiconductors such as TiO 2 , CoO, SnO 2, etc., it is possible to know whether the exhaust gas composition is higher or lower than the stoichiometric air-fuel ratio. By feeding back the output (electrical signal) to the engine system, it is possible to control the exhaust gas composition within a narrow range around the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio is controlled to a state that allows the three-way catalyst to work efficiently, reducing the engine exhaust gas. This makes it possible to keep things cleaner. In this case, the O 2 sensor does not operate stably when the exhaust gas temperature is below 400°C, such as when the engine is cold, so it is recommended that the O 2 sensor be equipped with a heater. However, it is convenient and desirable in terms of heater design to use a battery power source (12V or 24V) as a power source for the heater. On the other hand, the power supply for resistance detection of the gas sensing element for the O 2 sensor is preferably 1 to 5 V for the durability of the element.
In this case, two types of power sources were required.
更に、以上のような抵抗変化を検出する感ガス
素子を使う場合のもう一つの問題として、感ガス
素子自身の抵抗値に温度依存性を有する点を挙げ
られる。即ち、測定された抵抗値にはガス濃度に
よるものと、温度によるものとが混在しており、
広い温度範囲で使用する場合、センサーの検出精
度を悪くする。この為、ガス感応素子に加えて温
度補償素子を使用し、温度依存性を小さくするこ
とがなされているが、おのずとセンサーコストは
高くなる。 Furthermore, another problem when using a gas-sensitive element for detecting resistance changes as described above is that the resistance value of the gas-sensitive element itself is temperature dependent. In other words, the measured resistance value is due to both gas concentration and temperature.
When used in a wide temperature range, the detection accuracy of the sensor deteriorates. For this reason, a temperature compensation element is used in addition to the gas sensing element to reduce the temperature dependence, but this naturally increases the sensor cost.
［発明の目的］
本発明の目的は、本発明者等が開発し、先に開
示した、セラミツク碍管中にメタライズ技術を応
用したセラミツクヒーターを感ガス素子に応用す
ることにより低温活性のよい感ガスセンサー、即
ち特願昭51−86868号にて、アルミナセラミツク
の表面に、公知の厚膜メタライズ法によりタング
ステンを主体としたヒーターパターンを印刷した
アルミナグリーンテープ（アルミナと有機樹脂と
を混合して作つたフレキシブルテープ）を貼り合
わせ、高温還元雰囲気下で焼結したセラミツクヒ
ーターを用いた感ガスセンサーに、当該セラミツ
クヒーターのヒーターパターンに並列に電圧分割
用抵抗パターンを設け、これにより、センサー用
の電圧を取り出すようにし、−電源で使用を可能
にしたヒーター付き感ガスセンサーにおいて、前
記電圧分割用抵抗パターンの電圧分割点の両側の
抵抗パターンのレイアウトを変え両者の間に温度
差を設けると、タングステンメタライズは正の抵
抗−温度係数を有する為、分割された電圧を温度
により変えることができ、この出力−温度特性に
感ガス素子の固有の温度−出力特性と相反する傾
向を持たせることにより、感ガス素子の温度依存
性を感じることを可能にしたヒーター付き感ガス
センサーを提供することにある。[Object of the Invention] The object of the present invention is to develop a gas-sensitive element with good low-temperature activity by applying a ceramic heater developed by the present inventors and previously disclosed, in which metallization technology is applied to a ceramic insulator tube, to a gas-sensitive element. The sensor, that is, the alumina green tape (made by mixing alumina and organic resin) with a tungsten-based heater pattern printed on the surface of alumina ceramic using a known thick film metallization method, was proposed in Japanese Patent Application No. 86868/1986. A gas-sensitive sensor uses a ceramic heater that is bonded with a flexible tape (such as a flexible tape) and sintered in a high-temperature reducing atmosphere, and a resistor pattern for voltage division is provided in parallel to the heater pattern of the ceramic heater. In a gas-sensitive sensor with a heater that can be used with a power source, if the layout of the resistor patterns on both sides of the voltage dividing point of the voltage dividing resistor pattern is changed to create a temperature difference between the two, the tungsten Since metallization has a positive resistance-temperature coefficient, the divided voltage can be changed depending on the temperature, and by giving this output-temperature characteristic a tendency that contradicts the inherent temperature-output characteristic of the gas-sensitive element, An object of the present invention is to provide a gas-sensitive sensor with a heater that makes it possible to sense the temperature dependence of a gas-sensitive element.
［発明の構成］
かかる目的を達成するためのヒーター付き感ガ
スセンサーとして、本出願人は、先に特願昭58−
104622号（以下、先願発明と言う）を提案した
が、本発明は更に、別の面から上記目的を達成す
るためのものである。即ち、本発明の構成は、
ガス成分およびその濃度によつて電気抵抗値の
変化する感ガス素子と、該感ガス素子を保持する
セラミツク担体と、該セラミツク担体に設けられ
て前記感ガス素子を加熱するヒーター用抵抗と、
該ヒーター用抵抗に印加される電源電圧を分割す
る第１の分割用抵抗及び第２の分割用抵抗と、を
備え、前記第１の分割用抵抗をセンサーの高温部
位に配置するとともに、前記第２の分割用抵抗を
センサーの低温部位に配置したことを特徴とする
ヒーター付き感ガスセンサーを要旨としている。[Structure of the Invention] As a gas-sensitive sensor with a heater to achieve the above object, the present applicant previously filed a patent application filed in 1983-
No. 104622 (hereinafter referred to as the prior invention) was proposed, but the present invention is intended to further achieve the above object from another aspect. That is, the configuration of the present invention includes: a gas-sensitive element whose electrical resistance value changes depending on the gas component and its concentration; a ceramic carrier that holds the gas-sensitive element; and a ceramic carrier that is provided on the ceramic carrier and holds the gas-sensitive element. A heater resistor for heating;
A first dividing resistor and a second dividing resistor are provided to divide the power supply voltage applied to the heater resistor, and the first dividing resistor is disposed in a high temperature area of the sensor, and the first dividing resistor is arranged in a high temperature region of the sensor. The gist of the present invention is a gas-sensitive gas sensor with a heater, which is characterized in that two dividing resistors are placed in a low-temperature part of the sensor.
［実施例］
以下に本発明を先行技術と比較しながら、実施
例を挙げて図面と共に説明する。[Example] The present invention will be described below with reference to the drawings and examples while comparing it with the prior art.
本発明は上述した先願発明と技術背景が同一で
あるので、先ず、先願発明について説明する。第
１図は、先願発明で用いられるヒーター用抵抗と
電圧分割用抵抗のプリントパターン１を表わして
いる。 Since the present invention has the same technical background as the invention of the earlier application described above, the invention of the earlier application will be explained first. FIG. 1 shows a printed pattern 1 of a heater resistor and a voltage dividing resistor used in the prior invention.
図において、３はアルミナ粉末とブチラール樹
脂とを混合した300μ厚のグリーンテープ、５は
グリーンテープ３上のタングステン粉末をエチル
セルロース樹脂に混合したメタライズペーストに
より印刷されたヒーター用抵抗、７はタングステ
ン粉末若しくはタングステン粉末にモリブデン又
はアルミナを加えたエチルセルロース樹脂のメタ
ライズペーストによつて印刷された電圧分割用抵
抗を表わしている。そして９ａ，９ｂ，９ｃは同
じくメタライズペーストにて印刷された電極、１
１は電極９ｃからのリード線パターンが接続され
て電圧分割用抵抗７の分割点を表わしている。
尚、第２図の回路図において、前述の電極９ａ，
９ｃはそれぞれヒーター用抵抗５のパターンに接
続される電源供給用の端子Ａ，Ｃ、電極９ｂは分
割された電圧の出力用の端子Ｂを、分割点１１は
接続点Ｅを表わし、ヒーター用抵抗５の抵抗値は
Ｒ１、電極９ａ−９ｂ間の抵抗値はＲ２、電極９
ｂ−９ｃ間の抵抗値はＲ３、そしてヒーター用抵
抗５の発熱部分を特にＧとして表わしている。 In the figure, 3 is a 300 μ thick green tape made of a mixture of alumina powder and butyral resin, 5 is a heater resistor printed with a metallized paste made by mixing the tungsten powder on the green tape 3 with ethyl cellulose resin, and 7 is a tungsten powder or It shows a voltage dividing resistor printed with a metallized paste of ethyl cellulose resin, which is made by adding molybdenum or alumina to tungsten powder. And 9a, 9b, 9c are electrodes printed with metallized paste, 1
1 represents the dividing point of the voltage dividing resistor 7 to which the lead wire pattern from the electrode 9c is connected.
In addition, in the circuit diagram of FIG. 2, the aforementioned electrodes 9a,
9c represents power supply terminals A and C connected to the pattern of heater resistor 5, electrode 9b represents terminal B for outputting the divided voltage, dividing point 11 represents connection point E, and heater resistor 5. The resistance value between electrodes 9a and 9b is R1, the resistance value between electrodes 9a and 9b is R2, and the resistance value between electrodes 9a and 9b is R2.
The resistance value between b and 9c is represented by R3, and the heat generating portion of the heater resistor 5 is particularly represented by G.
そしてこの様に構成された、各抵抗、電極パタ
ーンをプリントされたグリーンテープ３は、第３
図および第４図で示す如き外径L1（4Φ）内部にL2
（0.8Φ）の２ケの孔１３を有し、アルミナ粉末と
ブチラール樹脂によつて成形されたセラミツク担
体としての碍管１５上に巻き付け加湿水素ガス中
にて1500℃にて焼成し、グリーンテープ３と碍管
１５と完全に一体に焼結される。 The green tape 3 configured in this way and printed with each resistor and electrode pattern is the third
Outside diameter L 1 (4Φ) as shown in Fig. 4 and L 2 inside
It has two holes 13 of (0.8Φ) and is wrapped around an insulator tube 15 as a ceramic carrier made of alumina powder and butyral resin and fired at 1500°C in humidified hydrogen gas. and the insulator tube 15 are completely sintered together.
また、本実施例においては酸化物半導体を用い
た感ガス素子としては、本願発明者等によつて開
発され開示された、特開昭56−35048号公報の如
き、チタニアを用いた感ガス素子、即ち、第５図
で示す比表面積0.5m2／ｇ以上のルチル型チタニ
ア粉末に比表面積１m2／ｇ以上の白金ブラツクを
混合し、２本の電極線１７ａ，１７ｂを挿入して
ペレツト状に成形し、600〜1100℃の酸化雰囲気
で焼成し、ついで不活性ガス雰囲気中で焼成した
チタニア素子１９が用いられている。 Furthermore, in this example, the gas-sensitive element using an oxide semiconductor is a gas-sensitive element using titania, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-35048, which was developed and disclosed by the inventors of the present application. That is, platinum black having a specific surface area of 1 m 2 /g or more is mixed with rutile titania powder having a specific surface area of 0.5 m 2 /g or more as shown in FIG. A titania element 19 is used which is molded into a mold, fired in an oxidizing atmosphere at 600 to 1100°C, and then fired in an inert gas atmosphere.
次に、第６図は本願発明の実施例のヒーター付
き感ガスセンサー（以下、単にセンサーとも呼
ぶ）２５の全体の構成を表わし、図において、２
７は金属製のチユーブよりなる外側ケース、２９
は外側ケース２７内に嵌着もしくは螺合される金
属製の継手、３１は継手２９の一端に嵌着され、
図示せぬ被測定装置にセンサー２５を固定する為
のねじ３３が刻設された主金具、３５は主金具３
１に遊嵌されたガスケツト、３７はステンレス等
でつくられ、ガス導入孔３９を有し、主金具３５
に嵌着されたセンサー２５先端部保護用のカバ
ー、４１ａないし４１ｃはリード線を表わし、リ
ード線４１ａは４３で示す部分にてニツケル線４
５にろう付けされ、ニツケル線４５は３の穴を有
する絶縁性のプレート４６の穴を通つて電極９ａ
に、また、リード線４１ｂは４７で示す部分でニ
ツケル線４９にろう付けされ、同ニツケル線４９
は、プレート４６を介して夫々碍管１５内の孔１
３に挿通されチタニア素子１９の一方の電極線１
７ａにろう付けされ、リード線４１ｃは５３で示
す部分にてニツケル線５５にろう付けされ、ニツ
ケル線５５は電極９ｃにろう付けされている。ま
たプリントパターン１の電極９ｂにはニツケル線
５７がろう付けされ、ニツケル線５７は、碍管１
５の設け１３に挿通され、チタニア素子１９の電
極線１７ｂに接続されている。尚、第７図は各ニ
ツケル線とチタニア素子１９、サーミスタ２３と
の接続状態を模式的に示した斜視図を表わしてい
る。 Next, FIG. 6 shows the overall configuration of a heater-equipped gas-sensitive sensor (hereinafter also simply referred to as a sensor) 25 according to an embodiment of the present invention.
7 is an outer case made of a metal tube, 29
31 is a metal joint that is fitted or screwed into the outer case 27, and 31 is fitted to one end of the joint 29.
A main metal fitting with a screw 33 carved therein for fixing the sensor 25 to a device to be measured (not shown); 35 is a main metal fitting 3;
A gasket 37 loosely fitted in 1 is made of stainless steel or the like, has a gas introduction hole 39, and is connected to the main metal fitting 35.
41a to 41c represent lead wires, and the lead wire 41a is connected to the nickel wire 4 at the part indicated by 43.
5, and the nickel wire 45 is passed through the hole in the insulating plate 46 having the hole 3 to the electrode 9a.
In addition, the lead wire 41b is brazed to the nickel wire 49 at the part indicated by 47, and the lead wire 41b is
are respectively connected to the holes 1 in the insulator tube 15 through the plate 46.
3 and one electrode wire 1 of the titania element 19
7a, the lead wire 41c is brazed to a nickel wire 55 at a portion 53, and the nickel wire 55 is brazed to the electrode 9c. Further, a nickel wire 57 is brazed to the electrode 9b of the printed pattern 1, and the nickel wire 57 is connected to the insulator tube 1.
5 and is connected to the electrode wire 17b of the titania element 19. Incidentally, FIG. 7 is a perspective view schematically showing the connection state between each nickel wire, the titania element 19, and the thermistor 23.
更にニツケル線４９及び５７の挿通された碍管
１５は主金具３１の軸芯に嵌挿され、継手２９内
に耐熱性のセメント５９にて固定され、リード線
４１ａないし４１ｃは、電気的絶縁性を有するシ
リコン樹脂６１にて外側ケース２７内で相互に絶
縁され固定されている。そしてリード線４１ａ，
４１ｃにバツテリー（12V）より電源が供給され
センサー２５出力はリード線４１ｂにより外部に
導かれる。 Further, the insulator tube 15 through which the nickel wires 49 and 57 have been inserted is inserted into the shaft core of the main metal fitting 31 and fixed in the joint 29 with heat-resistant cement 59, and the lead wires 41a to 41c have electrical insulation properties. They are mutually insulated and fixed within the outer case 27 with silicone resin 61. And the lead wire 41a,
Power is supplied to 41c from a battery (12V), and the output of the sensor 25 is led to the outside through a lead wire 41b.
したがつて、使用状態における結線図は第８図
のようになり、この場合抵抗R1、R2、R3、Roの
値は各々６、５、65Ω、50Ωとされている。 Therefore, the wiring diagram in use is as shown in FIG. 8, and in this case, the values of the resistors R 1 , R 2 , R 3 , and Ro are 6, 5, 65Ω, and 50Ω, respectively.
以上のように構成されたセンサー２５を用いた
場合の実験結果を以下に述べる。 Experimental results using the sensor 25 configured as described above will be described below.
まず、センサー２５を２のEFI（電子式燃料
噴射）制御のエンジンのO2センサーによるフイ
ードバツクシステム中に装着した。このとき第２
図中Ｂ−Ａ間には1Vの出力が出ている。排ガス
温250℃のとき、排ガスがリツチの場合は約
0.8V、リーンの場合約OVとほぼ満足の得られる
結果が得られた。また、排ガス温度が高くなる
と、リツチの場合の出力は約0.9Vと向上するも
ののリーンの場合の出力が上昇し、排ガス温度
800℃で約0.4Vとなり、作動範囲がやや狭くなる
ものの実用には耐えられる。尚、以上の実験値を
第９図中に点線にて示す。 First, the sensor 25 was installed in the feedback system using the O 2 sensor of the EFI (electronic fuel injection) controlled engine. At this time, the second
In the figure, an output of 1V is output between B and A. When the exhaust gas temperature is 250℃, if the exhaust gas is rich, approximately
In the case of 0.8V and lean, almost satisfactory results were obtained with approximately OV. In addition, as the exhaust gas temperature increases, the output in the rich case increases to about 0.9V, but the output in the lean case increases, and the exhaust gas temperature increases.
The voltage is approximately 0.4V at 800°C, and although the operating range is slightly narrower, it can withstand practical use. The above experimental values are shown by dotted lines in FIG.
上述の先願発明の方法では、排ガスが高温のと
きリーン時の出力が高くなる。この理由を説明す
る為に、第１０図としてチタニア素子のリツチ・
リーン時の内部抵抗（センサー抵抗）を示す。 In the method of the prior invention described above, the lean output increases when the exhaust gas is high temperature. In order to explain the reason for this, Figure 10 shows the richness of the titania element.
Indicates internal resistance (sensor resistance) when lean.
排ガス高温時には、リーンの場合のセンサー抵
抗（第１０図中破線で示す。）が固定抵抗
Rc50KΩ（実線）に比べ低い。しかし、センサー
出力は比較抵抗（固定抵抗Rc）とセンサー抵抗
との比（比較抵抗／全抵抗）で決まる為、リーン
時の出力が高くなる。低温時には、リツチの場合
のセンサー抵抗を破線のように急激に高くなる。
これは素子の感ガス特性が急におちる為である。
このため、リツチ時の出力は250℃に落ちる。 When the exhaust gas is high temperature, the sensor resistance (indicated by the broken line in Figure 10) in the lean case becomes a fixed resistance.
Lower than Rc50KΩ (solid line). However, since the sensor output is determined by the ratio of the comparison resistance (fixed resistance Rc) to the sensor resistance (comparison resistance/total resistance), the output when lean is high. At low temperatures, the sensor resistance in the rich case increases rapidly as shown by the broken line.
This is because the gas-sensitive characteristics of the element suddenly deteriorate.
Therefore, the output when rich drops to 250°C.
次に、本発明の実施例つき説明する。本発明に
おいては上述した先願発明におけるプリントパタ
ーン１を変えることにより、更に一層の改善を計
つたものである。 Next, the present invention will be explained with examples. In the present invention, further improvement has been achieved by changing the print pattern 1 in the prior invention described above.
第１１図は、本発明における実施例のプリント
パターンを表わし、上述の先願発明の例と比べ、
電圧分割用抵抗７のうち、９ａ−９ｂ間に較べ、
９ｂ−９ｃ間の抵抗パターンをヒーターＧに近付
けてある。即ち、９ｂ−９ｃ間の抵抗パターンを
センサーの高温部位に配置するとともに、９ａ−
９ｂ間の抵抗パターンをセンサーの低温部位に配
置している。また、等価回路は第２図と同様であ
り、R1，R2，R3は各々６、６、65Ωである。 FIG. 11 shows a print pattern of an embodiment of the present invention, and compared with the example of the prior invention described above,
Among the voltage dividing resistors 7, compared between 9a and 9b,
The resistance pattern between 9b and 9c is placed close to the heater G. That is, the resistance pattern between 9b and 9c is placed in the high temperature area of the sensor, and the resistance pattern between 9a and 9c is placed in the high temperature area of the sensor.
The resistance pattern between 9b and 9b is placed at a low temperature region of the sensor. Further, the equivalent circuit is the same as that shown in FIG. 2, and R 1 , R 2 , and R 3 are 6, 6, and 65Ω, respectively.
この様な９ａ−９ｃ（AC）間にバツテリー電圧
12Vを印加した場合、電圧分割用抵抗７の抵抗値
が変わり、また排ガス温度の変化により、チタニ
ア素子１９へ印加される９ａ−９ｂ（R2）間電圧
は第１２図に示すように、センサー出力は第１３
図に示すように変わる。尚、比較の為、第１２図
及び第１３図中には先願例の場合も共に示してい
る。 Battery voltage between 9a-9c (AC) like this
When 12V is applied, the resistance value of the voltage dividing resistor 7 changes, and due to the change in exhaust gas temperature, the voltage between 9a and 9b (R 2 ) applied to the titania element 19 changes to the sensor as shown in FIG. The output is the 13th
Change as shown in the figure. For comparison, the case of the prior application is also shown in FIGS. 12 and 13.
VBA＝６／６＋65×14＝1.18V
VBA＝６×1.3×４／６×1.3×65×1.8＝0.79V
即ち、先願例に比べ、本発明の実施例のＢ−Ａ
電圧が第１２図のように変わるのは次の理由によ
る。V BA = 6/6 + 65 x 14 = 1.18V V BA = 6 x 1.3 x 4/6 x 1.3 x 65 x 1.8 = 0.79 V In other words, compared to the prior application example, the B-A of the embodiment of the present invention
The reason why the voltage changes as shown in FIG. 12 is as follows.
タングステンメタライズは抵抗の温度係数が約
＋0.40％／℃と正の値を有する。第２図のAC間
にはバツテリー電圧を印加するとR1はヒーター
作用をし、発熱してそれ自身の抵抗値も高くな
る。このとき、第１１図でR1に相当するＧと、
抵抗R2とはパターンの位置がはなれているので
R1の発熱の影響をあまり受けず、抵抗変化はR1
ほど大きくは変わらないが、これに対し、R3は
R1に近いので、温度が高くなり、R1と同じよう
抵抗値は高くなる。250から800℃になるときR1，
R3は約２倍高くなるのに対し、R2は1.3倍程度の
変化であつた。またＢ−Ａ間の電圧VBA及びセン
サー出力Vsは以下の式で表わされる。 Tungsten metallization has a positive temperature coefficient of resistance of approximately +0.40%/°C. When battery voltage is applied between AC in Figure 2, R1 acts as a heater, generating heat and increasing its own resistance. At this time, G corresponding to R 1 in Fig. 11,
Since the pattern position is different from resistor R 2 ,
It is not affected by the heat generation of R 1 , and the resistance change is less than R 1.
Although the difference is not as large as that, R 3 , on the other hand,
Since it is close to R 1 , the temperature will be high and the resistance value will be high like R 1 . R 1 when the temperature goes from 250 to 800℃,
R 3 increased by about 2 times, whereas R 2 changed by about 1.3 times. Further, the voltage V BA between B and A and the sensor output Vs are expressed by the following formula.
VBA＝R2／R2＋R3
Vs＝Rc／Rc＋RTip2×VBA
このため、VBAは第１２図のグラフロのよう
に、センサー出力Vsは第１３図のようになる。
これは、第１２図と第１０図との相乗効果からも
裏付けられる。このセンサーをフイードバツク回
路に接続する場合、第１３図に示すように、比較
レベルを設け、このレベルよりセンサー出力が高
いか、低いかによつて制御出力が出されるのであ
る。本発明のセンサーは従来品より広い範囲で作
動できることが理解できる。V BA =R 2 /R 2 +R 3 Vs = Rc / R c +R Tip2 ×V BA Therefore, V BA is as shown in the graph of Fig. 12, and sensor output Vs is as shown in Fig. 13.
This is also supported by the synergistic effect between FIGS. 12 and 10. When this sensor is connected to a feedback circuit, a comparison level is provided as shown in FIG. 13, and a control output is output depending on whether the sensor output is higher or lower than this level. It can be seen that the sensor of the present invention can operate over a wider range than conventional products.
したがつて、本発明の実施例のように、タング
ステンメタライズのヒーターと、ヒーター用抵抗
５の一部を利用した電圧分割用抵抗７の電圧分割
の両側の温度差を利用した場合は、温度補償用サ
ーミスタを使わなくとも広い範囲の温度領域で作
動させることができ、安価な信頼性の良いO2セ
ンサーを提供することができるようになる。 Therefore, as in the embodiment of the present invention, when the temperature difference on both sides of the voltage division between the tungsten metallized heater and the voltage division resistor 7 using a part of the heater resistor 5 is used, temperature compensation is not possible. This makes it possible to operate in a wide temperature range without using a thermistor, making it possible to provide an inexpensive and reliable O 2 sensor.
本発明のセラミツク担体としては管状のもので
なく、平板状のものがであつてもよい。また、第
１４図に示すように、例えばアルミナ基板６５
ａ，６５ｂの一方に、白金ペーストにてヒーター
電圧分割抵抗６６とヒーター６７を設け、一方
に、感ガス素子用電極６８に設け、その電極上に
感ガス素子膜７０を焼き付けてもよい。尚、同図
において６９はスルーホールを示す。更に、第１
４図では基板をａ，ｂの２層に分割し両者を積層
する形式のものであるが、１枚の基板の表裏を利
用して形成させる形式のものでもよい。 The ceramic carrier of the present invention may not be tubular but may be flat. Further, as shown in FIG. 14, for example, an alumina substrate 65
A heater voltage dividing resistor 66 and a heater 67 may be provided on one of the electrodes 65a and 65b using platinum paste, and an electrode 68 for the gas-sensitive element may be provided on the other side, and the gas-sensitive element film 70 may be baked on the electrode. In addition, in the figure, 69 indicates a through hole. Furthermore, the first
Although FIG. 4 shows a type in which the substrate is divided into two layers, a and b, and the two layers are laminated, it may be formed using the front and back sides of a single substrate.
［発明の効果］
以上、本発明を実施例に基づき先願発明と対比
しながら詳細に説明したが、本発明のヒーター付
き感ガスセンサーは、第１の分割用抵抗をセンサ
ーの高温部位に配置するとともに、第２の分割用
抵抗をセンサーの低温部位に配置している。つま
り、前記電圧分割を行なう抵抗が分割点を中心に
して、両者の間に温度差が生じるように隔離して
いる。[Effects of the Invention] As above, the present invention has been explained in detail based on Examples and compared with the prior invention. However, the gas-sensitive sensor with a heater of the present invention has a first dividing resistor arranged at a high temperature part of the sensor. At the same time, a second dividing resistor is placed at a low temperature portion of the sensor. In other words, the resistor that performs the voltage division is isolated so that a temperature difference occurs between the two with the dividing point as the center.
この為、本発明によれば、従来のヒーター付き
感ガスセンサーのように、温度補償用のサーミス
タを感ガス素子近傍に設けなくても、広い動作温
度範囲にて使用することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to use the sensor in a wide operating temperature range without providing a thermistor for temperature compensation in the vicinity of the gas-sensitive element, unlike the conventional gas-sensitive sensor with a heater.
第１図は先願発明で用いられるヒーター用抵
抗、電圧分割用抵抗をプリントしたグリーンテー
プのプリントパターンを表わす平面図、第２図は
同プリントパターンの回路図、第３図は同実施例
の碍管を示す断面図、第４図は第３図Ｘ−Ｘ線に
おける断面図、第５図は実施例に用いられるチタ
ニア素子を示す斜視図、第６図は本発明の実施例
のヒーター付き感ガスセンサーの全体を表わす断
面図、第７図はその一部を模式的に示した斜視
図、第８図は実施例の使用状態における結線部、
第９図は先願例の実験結果を示すグラフ、第１０
図はセンサー抵抗の変化を示すグラフ、第１１図
は実施例のプリントパターンの回路図、第１２図
は実施例のＢ−Ａ間電圧を比較するグラフ、第１
３図は実施例のセンサー出力を示すグラフを表わ
し、第１４図は本発明のセンサーの別の実施例を
示す平面図である。
１，１−１，１−２……プリントパターン、５
……ヒーター用抵抗（R1）、７……電圧分割用抵
抗（R2，R3）、９ａ，９ｂ，９ｃ……電極、１５
……碍管、１９……チタニア素子（感ガス素子）、
２５……ヒーター付き感ガスセンサー。
Fig. 1 is a plan view showing the printed pattern of the green tape on which heater resistors and voltage dividing resistors used in the prior invention are printed, Fig. 2 is a circuit diagram of the same printed pattern, and Fig. 3 is a diagram of the same embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along the line X-X in FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view showing a titania element used in the embodiment, and FIG. 6 is a diagram showing the heater-equipped version of the embodiment of the present invention. A sectional view showing the entire gas sensor, FIG. 7 is a perspective view schematically showing a part of the gas sensor, and FIG.
Figure 9 is a graph showing the experimental results of the prior application example;
The figure is a graph showing changes in sensor resistance, Figure 11 is a circuit diagram of the printed pattern of the example, Figure 12 is a graph comparing the B-A voltage of the example,
FIG. 3 shows a graph showing the sensor output of the embodiment, and FIG. 14 is a plan view showing another embodiment of the sensor of the present invention. 1, 1-1, 1-2...Print pattern, 5
... Heater resistance (R 1 ), 7 ... Voltage division resistance (R 2 , R 3 ), 9a, 9b, 9c ... Electrode, 15
...Insulator tube, 19...Titania element (gas-sensitive element),
25...Gas sensor with heater.
Claims (1)
の変化する感ガス素子と、 該感ガス素子を保持するセラミツク担体と、 該セラミツク担体に設けられて前記感ガス素子
を加熱するヒーター用抵抗と、 該ヒーター用抵抗に印加される電源電圧を分割
する第１の分割用抵抗及び第２の分割用抵抗と、 を備え、 前記第１の分割用抵抗をセンサーの高温部位に
配置するとともに、前記第２の分割用抵抗をセン
サーの低温部位に配置したことを特徴とするヒー
ター付き感ガスセンサー。 ２ ヒーター用抵抗及び電圧分割用抵抗が、タン
グステン、モリブデン及び／又は白金を含むセラ
ミツクスよりなる特許請求の範囲第１項に記載の
ヒーター付き感ガスセンサー。 ３ 感ガス素子が、酸化物半導体よりなる特許請
求の範囲第１項に記載のヒーター付き感ガスセン
サー。 ４ 感ガス素子が、チタニアを含む酸化物半導体
よりなる特許請求の範囲第１項又は第３項に記載
のヒーター付き感ガスセンサー。 ５ 感ガス素子が、ペレツト状又は厚膜である特
許請求の範囲第１項、第３項、又は第４項に記載
のヒーター付き感ガスセンサー。[Scope of Claims] 1. A gas-sensitive element whose electrical resistance value changes depending on the gas component and its concentration; a ceramic carrier for holding the gas-sensitive element; and a ceramic carrier provided on the ceramic carrier to heat the gas-sensitive element. a first dividing resistor and a second dividing resistor that divide the power supply voltage applied to the heater resistor, and the first dividing resistor is connected to a high temperature part of the sensor. A gas-sensitive sensor with a heater, characterized in that the second dividing resistor is arranged at a low temperature part of the sensor. 2. The heater-equipped gas-sensitive sensor according to claim 1, wherein the heater resistor and the voltage dividing resistor are made of ceramics containing tungsten, molybdenum, and/or platinum. 3. A gas-sensitive sensor with a heater according to claim 1, wherein the gas-sensitive element is made of an oxide semiconductor. 4. A gas-sensitive sensor with a heater according to claim 1 or 3, wherein the gas-sensitive element is made of an oxide semiconductor containing titania. 5. A gas-sensitive sensor with a heater according to claim 1, 3, or 4, wherein the gas-sensitive element is in the form of a pellet or a thick film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24978683A JPS60142241A (en) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | Gas detecting sensor provided with heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24978683A JPS60142241A (en) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | Gas detecting sensor provided with heater |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60142241A JPS60142241A (en) | 1985-07-27 |
| JPH0449652B2 true JPH0449652B2 (en) | 1992-08-12 |
Family
ID=17198200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24978683A Granted JPS60142241A (en) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | Gas detecting sensor provided with heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60142241A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6435005B1 (en) | 2000-12-19 | 2002-08-20 | Delphi Technologies, Inc. | Heater patterns for planar gas sensors |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS529493A (en) * | 1975-07-11 | 1977-01-25 | Omron Tateisi Electronics Co | Gas sensing device |
| JPS52111798A (en) * | 1976-03-16 | 1977-09-19 | Tokai Konetsu Kogyo Kk | Improvement of gas sensing device |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP24978683A patent/JPS60142241A/en active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS529493A (en) * | 1975-07-11 | 1977-01-25 | Omron Tateisi Electronics Co | Gas sensing device |
| JPS52111798A (en) * | 1976-03-16 | 1977-09-19 | Tokai Konetsu Kogyo Kk | Improvement of gas sensing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60142241A (en) | 1985-07-27 |
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