KR0119026Y1 - 발열 및 전극 겸용 후막을 갖는 가스센서소자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스누출을 감지하는 가스경보기의 가스센서 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열의 기능과 전극의 기능을 겸용할 수 있도록 하는 간단한 구조로 후막을 형성시킨 발열 및 전국 겸용후막을 갖는 가스센서소자에 관한것이다. 본 고안의 기술적인 구성은 알루미나기판(21)일면에 발열부와 전극단자부를 겸용으로 하는 발열부/전극단자부(23)를 형성하고, 상기 발열부/전극단자부(23)에 백금으로 좌측패턴(30)과 우측패턴(50)을 1회 인쇄한 발열 및 전극 겸용후막을 갖는 가스센서를 마련한다. 따라서 본 고안은 발열의 기능을 하는 발열선과 전극막을 각각 인쇄하던 것을 개선하여 1회 인쇄하도록 하여 복잡한 공정을 단순화시킨 것이다.

Description

발열 및 전극 겸용 후막을 갖는 가스센서소자

본 고안은 가스누출을 감지하는 가스경보기의 가스센서 소자에 관한것으로 , 보다 상세하게는 발열의 기능과 전극의 기능을 겸용할 수 있도록 함과 동시에, 이 기능수행을 위해 간단한 구조로된 후막을 형성시킴으로써, 센서의 감도향상은 물론, 제작공정의 간소화를 실현하는 발열 및 전극 겸용후막을 갖는 가스센서소자에 관한 것이다.

일반적으로, 가스누출을 감지하고 경보하는 가스경보기의 가스센서는 다양한 종류가 있는데, 실질적으로 일반 산업체에서 취급이 용이한 세라믹을 사용한 반도체 가스센서가 주로 이용되고 있다. 그리고 가스센서의 감도를 증진시키기 위하여 S_nO₂에 Pt-Ir합금선을 내장하거나, 최근에 개발되고 있는 세라믹 후막소자의 경우에는 기판의 반대편에 백금 패턴을 입히는 방법(JP2263148A)등이 제안된 바 있다.

종래의 가스센서소자의 구조도가 제 1 도에 도시되어 있다. 상기 제 1도 (a)는 종래 가스센서소자의 단면도를 나타내고 있으며, 상기 종래의 가스센서소자(10)의 구조는 알루미나(Al₂O₃) 기판(11)을 중심으로 후막을 형성하고 있는데, 상기 알루미나기판(11)의 일면은센서부(13)와 전극단자(12)로 사용하고, 다른 일면은 발열부(14)로 사용하고 있다.제 1 도(b)는 종래 가스센서소자의 정면도를 도시하고 있으며, 제 1도(c)는 종래의 가스센서소자의 배면도를 나타낸 것으로, 여기에서는 발열부(14)에 형성되어 있는 백금 패턴(15)을 보이고 있다.

한편, 발열부(14)에서 가열을 하는 이유는 일반적인 세라믹센서의 작동온도가 170℃이상이 되어야 감지기능이 발휘되기 때문이며, 이를 위해서 센서를 가열시키는 것이며, 이렇게 함으로서, 센서의 감도가 개선되는 것이다.

그러나, 종래의 가스센서소자는 센서부와 발열부가 알루미나기판을 중심으로 서로 분리형성되어 복잡한 구조로 인하여 가스센서소자의 제작공정이 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본고안의 목적은 가스누출을 감지하는 가스경보기의 가스센서 소자를 간단하게 구성함과 동시에 발열의 기능과 전극의 기능을 겸용할수 있도록 후막을 형성시킨 발열 및 전극 겸용후막을 갖는 가스센서소자를 제공하는데 있다.

제 1 도는 종래의 가스센서소자의 구조도로서, (a)는 가스센서소자의단면도이고, (b)는 가스센서소자의 정면도이며, (c)는 가스센서소자의 배면도이다.

제 2 도는 본 고안에 따른 가스센서소자의 구조도로서, (a)는 가스센서소자의 단면도이고, (b)는 가스센서소자의 정면도이다.

제 3 도는 제 2 도에 도시된 발열부/전극단자부(23)에 형성되는 몰리브덴 및 백금의 패턴도로서, (a)는 2굴곡수에 대한 도면이고, (b)는 3굴곡수에 대한 도면이며, (c)는 4굴곡수에 대한 도면이고, (라)는 5굴곡수에 대한 도면이다.

제 4 도는 본 고안에 따른 백금 후막의 소성후 표면상태를 도시한 사진으로서, (a)는 점도가 높은 백금후막의 소성후 표면이고, (b)는 점도가 낮은 백금후막의 소성 후 표면이다.

제 5 도는 본 고안에 따른 가스센서소자가 적용된 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 가스센서소자21 : 알루미나기판

22 : 센서부23 : 발열부/전극단자부

30 : 좌측패턴40 ; 반도체 세라믹

50 : 우측패턴60 : 타임스위치

70 : 표준저항80 : 전압계

90 : 가스농도측정부

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 고안의 가스센서소자는 반도체 세라믹후막의 발열부와 전극단자부를 갖는 가스센서소자에 있어서, 알루미나기판 일면에 발열부와 전극단자부를 겸용으로 사용하기 위해 형성시킨 발열부/전극단자부 ; 상기 발열부/전극단자부에 다수의 가스굴곡부를 갖도록 백금으로 1회 인쇄하여 형성시킨 좌측패턴과 우측패턴 ; 상기 좌측패턴에는 인가전압단과 스위치의 일단을 형성시키고, 상기 우측패턴에는 출력전압단과 스위치의 타단을 형성시키며, 상기 스위치의 일단과 타단을 스위칭함에 따라 상기 발열부/전극단자부가 발열부 또는 전극단자부의 기능을 수행하도록 하는 타임스위치; 를 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 가스센서소자에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제 2 도는 본 고안에 따른 가스센서소자의 구조도로서, 가스센서소자(20)의 알루미나기판(21) 일면에 좌측패턴(30)과 우측패턴(50)으로 형성된 발열부/전극단자부(23)와 반도체 세라믹(40)을 1회 인쇄하여 형성하고, 상기 가스센서소자의 발열부/전극단자부(23)는 스위칭에따라 발열부로 또는 전극단자부로 교번으로 변환되도록 구성한다.

제 5 도는 본 고안에 따른 가스센서소자가 적용된 회로도로서, 상기 가스센서소자(20)의 일단에는 인가전압단(Vin)이 접속되고, 상기 가스센서소자(20)의 좌측패턴(30)은 타임스위치(60)를 거쳐 우측패턴(50)에 연결되게 구성하고, 상기 가스센서소자(20)의 우측패턴(50)은 병렬연결된 표준질량(70)과 전압계(80)로 이루어진 가스농도측정부(90)에 연결시켜 구성한다.

상기 타임스위치(60)에는 발열부/전극단자부(23)가 가스센서소자(20)가 감지기능을 발휘할 수 있게 하는 적정한 온도를 유지하면서 감지기능을 수행하도록 교번적으로 온 또는 오프되게 적정한 시간이 설정될 수 있다.

이와같이 구성된 본 고안의 가스센서소자에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

[실시예]

몰리브덴이 유기용매와 혼합된 페이스트를 100mesh 스크린을 이용하여 96% 알루미나기판(21)에 제 3 도와 같이 4종류의 굴곡수(turns)를 갖는 패턴을 인쇄하였으며, 백금이 유기용매와 혼합된 페이스트를 100mesh 스크린을 이용하여 96% 알루미나기판(21)에 2 굴곡수(2turns)를 갖는 패턴을 인쇄하였다.

상기 인쇄된 패턴을 몰리브덴 금속으로 하는경우 섭씨 150℃의 건조기에서 24시간 건조시킨 다음, 분당 6℃의 속도로 섭씨 550까지 승온시켜 30분 정도 유지한 다음에 다시 분당 5℃의 속도로 섭씨 1300℃까지 승온시켜 30분 유지하였다. 이때의 분위기는 환원성 분위기로 하여야 하는데, 그 이유는 몰리브덴의 산화를 방지하기 위해서이다. 냉각은 섭씨 750℃까지 분당 5℃로 하고 그 이후엔 분당20℃로 하였다.

상기 인쇄된 패턴을 백금후막으로 하는 경우, 섭씨 150℃의 건조기에서 24시간 건조시킨 다음 섭씨 100℃까지 분당 5℃의 속도로 승온시켜 2시간 유지하여 소성하였다. 그 다음에 분당 10℃의 속도로 냉각시켰다.

상기와 같이 소성된 몰리브덴 및 백금금속후막의 배면에 열전대를 접착한 후, 인가 전압을 인가하며 온도를 측정하고, 그 결과를 하기표 1,2에 나타내었으며, 먼저,몰리브덴 후막의 발열특성결과를 하기표 1에 나타내었다.

상기 표1에 나타낸 봐와 같이, 2굴곡수 패턴의 온도가 가장 높았으며, 수명도 긴편이었다. 그러나 여러회 측정후 발열이 되지 않는 점으로 보아 모리브덴의 표면이 산화된 것으로 보인다.

한편, 백금후막의 경우 유기용매의 양이 적을 때엔 페이스트 점도가 상당히 높았고, 제 4 도(a)와 같이 백금전극의 알루미나기판위의 도포상태가 불연속적이었다. 유기용매를 35wt%이상 첨가시 점도가 낮아져 제 4 도(b)와 같이 비교적 연속적인 패턴을 얻을수 있었다.

그 다음 제 4 도의 (b)의 백금후막에 하기표 2와 같이 인가접압을 걸어 2배면의 온도를 측정하여 그 결과를 하기표에 2에 나타내었다.

한편, 제 5 도에는 본 고안에 따른 가스센서소자가 적용된 회로도로서, 타임스위치(60)는 일정한 값으로 셋팅되어 있으며, 상기 셋팅된 시간에 의해 오/오프된다. 표준저항(70)도 일정한 값으로 설정되어 있다.

상기 타임스위치(60)가 온되면, 상기 좌측패턴(30)과 우측패턴(50)이 서로 연결되어 통전되므로 상기 발열부/전극단자부(23)는 가열된다. 이때 상기 발열부/전극단자부(23)가 일정온도까지 상승되면, 상기 타임스위치(60)는 오프된다.

상기 타임스위치(60)가 오프되면, 상기 좌측패턴(30)과 우측패턴(50)이 불통되므로 상기 좌,우측패턴(35,50)간에 존재하는 반도체 세라믹(40)을 통해 인가전압이 흐르게된다. 그런데 상기 반도체 세라믹(40)의 저항과 표준저항(70)에 의해 상기 인가전압은 분배된다. 상기 반도체 세라믹(40)의 저항은 가스농도에 따라서 변화되므로 상기 반도체 세라믹(40)자체의 저항변화는 가스농도에 대응되는 것이다.

상기 가스농도에 대응되는 반도체 세라믹(40)의 저항의 변화로 인하여 상기 표준저항(70)에 나타나는 전압을 전압계(80)로 측정하여 반도체 세라믹(40)의 저항변화를 측정함으로서 결국 가스농도를 알게 되는 것이다.

상술한 바와같이 본 고안은 가스누출을 감지하는 가스경보기의 가스센서 소자를 간단하게 함과 동시에, 발열의 기능과 전극의 기능을 겸용할 수 있도록 반도체 세라믹을 알루미나기판에 1회 인쇄함으로서, 센서의 감도향상은 물론, 복잡한 공정을 개선할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 반도체 세라믹후막의 발열부와 전극단자부를 갖는 가스센서소자에 있어서, 알루미나기판(21) 일면에 발열부와 전극단자부를 겸용으로 사용하기 위해 형성시킨 발열부/전극단자부(23); 상기 발열부/전극단자부(23)에 다수의 굴곡수를 갖도록 백금으로 1회 인쇄하여 형성시킨 좌측패턴(30)과 우측패턴(50); 상기 좌측패턴(30)에는 인가전압단과 스위치의 일단을 형성시키고, 상기 우측패턴에는 출력전압단과 스위치의 타단을 형성시키며, 상기 스위치의 일단과 타단을 스위칭함에 따라 상기 발열부/전극단자부(23)가 발열부 또는 전극단자부의 기능을 수행하도록 하는 타임스위치(60);를 구성함을 특징으로 하는 발열 및 전극 겸용후막을 갖는 가스센서.