TWI671514B - 氣體感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種氣體識別性較高之氣體感測器。
氣體感測器具備:第1氣體檢測元件,其具有第1振子及第1吸附膜,上述第1吸附膜設置於上述第1振子上且使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成;第2氣體檢測元件,其具有第2振子及第2吸附膜,上述第2吸附膜設置於上述第2振子上,使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成,且具有與上述第1吸附膜不同之吸附特性;以及檢測部,其檢測上述第1及第2氣體檢測元件之共振頻率。

Description

氣體感測器
本發明係關於一種可檢測出氣體之種類之氣體感測器。
作為氣體感測器,例如存在如下者,即,使用於水晶振子上設置有具有氣體識別性之氣體分子選擇材料作為吸附膜之氣體分子偵測元件,測定因氣體分子吸附引起之質量變化,而檢測氣體。提出有一種氣體感測器,其例如使用使離子液體滲透於胺基酸之電漿聚合膜而成者作為吸附膜,並藉由使吸附膜之離子液體之濃度不同之複數個氣體分子偵測元件檢測甲醇或乙醇等醇(參照專利文獻1)。又,提出有如下內容,即,使用PTFE & PE(聚四氟烯及聚乙烯)或PCTFE(聚氯三氟乙烯)作為吸附膜,而判別丙酮或甲醇(參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-53059號公報
[專利文獻2]日本專利特開平9-297096號公報
然而,於使用電漿聚合膜作為吸附膜之情形時,成膜需要較長時間,又,存在因經時變化引起膜物性劣化之問題。又,於使用PTFE或PCTFE等氟系有機膜作為吸附膜之情形時,於氣體識別性或感度方面存 在問題。
鑒於如上情況,本發明之目的在於提供一種氣體識別性較高之氣體感測器。
為了達成上述目的,本發明之一形態之氣體感測器具備第1氣體檢測元件、第2氣體檢測元件、及檢測部。
上述第1氣體檢測元件具有第1振子及第1吸附膜,上述第1吸附膜設置於上述第1振子上且使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成。
上述第2氣體檢測元件具有第2振子及第2吸附膜,上述第2吸附膜設置於上述第2振子上,使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成,且具有與上述第1吸附膜不同之吸附特性。
上述檢測部檢測上述第1及第2氣體檢測元件之共振頻率之變化。
根據本發明之此種構成,於各氣體檢測元件設置有具有不同吸附特性之吸附膜,故而氣體識別性較高。
亦可進而具備第3氣體檢測元件,該第3氣體檢測元件具有第3振子、及設置於上述第3振子上且包含花青色素之第3吸附膜。
根據此種構成,可檢測與其他氣體檢測元件檢測之氣體不同之氣體。可利用設置有包含花青色素之吸附膜之氣體檢測元件檢測例如氨。
上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
藉由如此般對第1吸附膜及第2吸附膜分別使用三氟乙烯,而吸附膜 之成膜變得容易。即,用於第1吸附膜及第2吸附膜之各膜之偏二氟乙烯樹脂結晶度非常高,而難以溶解於溶劑中,即便溶解亦容易析出,而難以處理。然而,藉由與三氟乙烯共聚而可抑制結晶化,從而成膜變得容易。
亦可進而具備具有第4振子及第4吸附膜之第4氣體檢測元件,上述第4吸附膜設置於上述第4振子上,以與上述第2吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且具有與上述第1吸附膜及上述第2吸附膜不同之吸附特性。
藉由如此般設置具有以與第2吸附膜不同之調配比形成且具有與第1吸附膜及第2吸附膜不同之吸附特性之第4吸附膜的第4氣體檢測元件,而氣體識別性進一步提高。
上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係以與上述第1吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
藉由如此般使用於形成吸附膜之複數種氟樹脂材料相同並使其調配比不同,亦可製成具備吸附特性不同之吸附膜之氣體檢測元件。
氣體感測器亦可進而具備腔室、及處理部。
上述腔室收容氣體檢測元件。
上述處理部根據上述所檢測出之共振頻率計算上述氣體檢測元件之振動共振頻率變化,並基於該計算結果特定出上述腔室內之氣體。
如上所述,根據本發明,藉由使用具備互不相同之吸附膜之複數個氣體檢測元件而可獲得氣體識別性較高之氣體感測器。
1‧‧‧檢測元件
1a‧‧‧檢測元件
1b‧‧‧氣體檢測元件
1c‧‧‧氣體檢測元件
1d‧‧‧氣體檢測元件
2‧‧‧氣體感測器
3‧‧‧氣體感測器單元
4‧‧‧振盪電路
5‧‧‧檢測電路
6‧‧‧處理部
10‧‧‧控制器
11A‧‧‧電極
11B‧‧‧電極
12‧‧‧吸附膜
12b‧‧‧吸附膜
12c‧‧‧吸附膜
12d‧‧‧吸附膜
13‧‧‧水晶振子
13A‧‧‧主面
13B‧‧‧主面
14A‧‧‧引線
14B‧‧‧引線
16A‧‧‧引線焊盤
16B‧‧‧引線焊盤
18‧‧‧保持器
19A‧‧‧接腳端子
19B‧‧‧接腳端子
31‧‧‧腔室
圖1係本發明之實施形態之氣體檢測元件之前視圖。
圖2係表示本發明之實施形態之氣體感測器之構成的概略圖。
圖3係將具備將PVDF及PCTFE以不同調配比形成之吸附膜之複數個氣體檢測元件的因各種氣體吸附引起之共振頻率變化進行比較之圖。
圖4係表示用於吸附膜之PCTFE之調配比率與因甲苯氣體吸附引起之共振頻率變化之關係的圖。
圖5係表示對吸附膜使用花青色素時之因氣體種類引起之頻率變化之一例的圖。
以下,一面參照圖式,一面對本發明之實施形態進行說明。
本實施形態之氣體感測器具有複數個氣體檢測元件。該氣體檢測元件具有於作為振子之水晶振子具備吸附特定氣體之吸附膜之構成。水晶振子之共振頻率與吸附於吸附膜之氣體之重量成正比地減少,故而可針對每一水晶振子計測共振頻率之變化量,並基於該計測結果檢測出氣體之種類。
於本實施形態中,對氣體檢測元件使用共振頻率為9MHz之水晶振子,但並不限定於此。例如,除了水晶振子以外,亦可使用陶瓷振子、表面聲波元件、懸臂、膜片等,只要為可檢測出因吸附膜之氣體吸附引起之重量增加或膨脹應力增加等物理變化並將其轉換為電氣信號者便可應用。
[氣體檢測元件之構成]
圖1係表示構成本實施形態之氣體感測器之一部分之檢測元件1(圖2中之1a~1d)的前視圖。
檢測元件1具有水晶振子13、電極11A(11B)、吸附膜12、引線焊盤 16A、16B、引線14A、14B、接腳端子19A、19B、及保持器18。
水晶振子13係AT切割之晶體板。於水晶振子13之相互對向之主面13A、13B,分別形成有將金屬薄膜圖案化成特定形狀而成之電極11A、11B。
吸附膜12形成於電極11A上。
引線焊盤16A係與電極11A一體形成而成,引線焊盤16B係與電極11B一體形成而成。
引線14A及引線14B由金屬彈簧材料構成,且相互平行地配置。
引線14A之一端經由引線焊盤16A而與電極11A電性連接,另一端連接於接腳端子19A。引線14B之一端經由引線焊盤16B而與電極11B電性連接,另一端連接於接腳端子19B。
保持器18由絕緣構件構成,且具有供接腳端子19A及19B貫通之貫通孔。藉由以接腳端子19A及19B貫通於保持器18之貫通孔之方式保持水晶振子13,而藉由保持器18將水晶振子13振動自如地支持。
檢測元件1之接腳端子19A及19B連接於下述振盪電路,從而對檢測元件1施加驅動電壓。若檢測元件1被施加驅動電壓,則水晶振子13以固有之共振頻率(於本例中為9MHz)振動。
而且,因吸附膜12吸附氣體而導致質量變化,水晶振子13之振盪頻率根據該吸附量而降低。
[氣體感測器之構成]
圖2係表示具備複數個圖1所示之檢測元件1之氣體感測器之構成的圖。
如圖2所示,氣體感測器2具有氣體感測器單元3、及控制器10。控制 器10具有振盪電路4、檢測電路5、及處理部6。
氣體感測器單元3具備腔室31、1個檢測元件1a、及3個氣體檢測元件1b~1d。
腔室31收容空出特定間隙而配置之檢測元件1a、氣體檢測元件1b~1d。腔室31可將檢測對象之氣體導入至其內部。
檢測元件1a及3個氣體檢測元件1b~1d之基本構造與圖1所示之檢測元件1相同,設置於電極11A上之吸附膜12之有無及種類於各檢測元件1a~1d中不同。設置於氣體檢測元件1b~1d之各者之吸附膜12b~12d具有互不相同之吸附特性。
於檢測元件1a未形成吸附膜12,檢測元件1a用作參考。
作為第1氣體檢測元件之氣體檢測元件1b具有第1振子13、及設置於第1振子13上之作為第1吸附膜之吸附膜12b。
吸附膜12b包含使用偏二氟乙烯樹脂(聚偏二氟乙烯,以下稱為PVDF)及三氟乙烯(以下稱為TrFE)而形成之共聚物。具體而言,利用甲基酮溶解將PVDF與TrFE以其調配重量比成為8:2之比例之方式調配並進行共聚化而成的粉體,製作溶液,並藉由旋轉塗佈將該溶液於電極11A上塗佈為特定厚度、此處為1μm之厚度,其後,利用乾燥爐使溶劑揮發而成膜吸附膜12b。
作為第2氣體檢測元件之氣體檢測元件1c具有第2振子13、及設置於第2振子13上之作為第2吸附膜之吸附膜12c。
吸附膜12c包含使用PVDF、TrFE、及三氟氯乙烯樹脂(聚氯三氟乙烯,以下稱為PCTFE)而形成之共聚物。具體而言,利用甲基酮溶解將PVDF、TrFE及PCTFE以其調配重量比成為65:25:10之比例之方式調 配並進行共聚化而成的粉體,製作溶液,並藉由旋轉塗佈將該溶液於電極11A上塗佈為特定厚度、此處為1μm之厚度,其後,利用乾燥爐使溶劑揮發而成膜吸附膜12c。
作為第3氣體檢測元件之氣體檢測元件1d具有第3振子13、及設置於第3振子13上之作為第3吸附膜之吸附膜12d。
吸附膜12d係使用花青色素而形成。作為花青色素,使用溴化1,1'-二丁基-3,3,3',3'-四甲基-4,5,4',5'-二苯并吲哚二羰花青(日本感光色素研究所股份有限公司製造產品編號NK3567)。利用四氟丙醇(TFP)將該NK3567溶解而製作溶液,並藉由旋轉塗佈將該溶液於電極11A上塗佈為特定厚度、此處為0.1μm之厚度,其後,利用乾燥爐使溶劑揮發而成膜吸附膜12d。
此處,吸附膜12b及吸附膜12c之膜厚為1μm,相對於此,將吸附膜12d之膜厚設為0.1μm,此係為了使3種吸附膜12b、12c、12d之每單位表面積之因丙酮之吸附引起之共振頻率變化量成為相互相同之等級。
又,各氣體檢測元件1b~1d之各吸附膜12b~12d之成膜面積相同,例如為約0.2cm2
上述PVDF之化學式如下所示。
PVDF係CF2與CH2交替鍵結而成之直鏈上結構且氟原子可自由旋轉,藉此具有較高之介電特性。
上述TrFE之化學式如下所示。
上述PCTFE之化學式如下所示。
上述吸附膜12b及12c均使用作為氟樹脂之TrFE而形成。
藉由如此般使用TrFE,而吸附膜之成膜變得容易。即,用於吸附膜12b及吸附膜12c之各膜之PVDF由於結晶度非常高,故而難以溶解於溶劑中,即便溶解亦容易析出,而難以處理。然而,藉由與TrFE共聚而可抑制結晶化,從而成膜變得容易。
振盪電路4使檢測元件1a及氣體檢測元件1b~1d之各水晶振子13以特定頻率(於本例中為9MHz)振動。
檢測電路5對檢測元件1a及氣體檢測元件1b~1d之共振頻率進行檢測。若於藉由振盪電路4使氣體檢測元件1b~1d以特定頻率振動之狀態下,氣體等檢測對象物吸附於吸附膜12b~12d,則各氣體檢測元件1b~1d之水晶振子13之共振頻率變化。自檢測電路5將所檢測出之共振頻率之電氣信號輸出至處理部6。
處理部6基於自檢測電路5輸入之檢測元件1a及各氣體檢測元件1b~1d之電氣信號,計算各氣體檢測元件1b~1d中之振動共振頻率變化,並根據所計算出之振動共振頻率變化之結果特定出導入至腔室31內之氣體之種類。
由處理部6計算出之振動共振頻率變化、特定出之氣體之種類例如可輸出顯示於未圖示之顯示裝置等,以便測定者可確認測定結果。
[吸附膜之特性及利用該特性之氣體檢測]
其次,對形成於上述各氣體檢測元件1b~1d之吸附膜12b~12d之特性進行說明。
表1係表示分別成膜為表面積0.2cm2、1μm之膜厚之吸附膜12b及吸附膜12c的各種氣體之吸附特性之表。該特性評價係使用Tamadevice股份有限公司製造之QCM(Quartz Crystal Microbalance,石英晶體微量天平)測定器(型號:THQ-100P)而進行。作為氣體,使用丙酮、甲苯、乙醇、氨、甲醛之揮發性氣體。將氣體檢測元件配置於QCM測定器中,向QCM測定器內逐一種類地導入氣體,使其以固定流速、此處為300sccm之流速接觸氣體檢測元件,對此時之最大共振頻率變化進行繪圖,而評價吸附膜12b及吸附膜12c之吸附特性。
如表1所示,吸附膜12b及吸附膜12c雖吸附量略有不同但均具有吸附丙酮之特性。然而,關於甲苯之吸附,包含PCTFE之吸附膜12c之吸附量遠多於不包含PCTFE之吸附膜12b。
圖4係表示使用PCTFE及PVDF而成膜為膜厚1μm之吸附膜之特性者,表示PCTFE之調配比率與因甲苯氣體吸附引起之水晶振子13之共振頻率變化的關係。
如圖4所示,PCTFE之調配比率越高則因甲苯氣體吸附引起之共振頻率變化變得越大,PCTFE之量與共振頻率變化量大致成正比。
圖3表示將PCTFE、TrFE及PVDF使各自之重量成分比不同而成膜為膜厚1μm之吸附膜對各種氣體之吸附特性。對氣體使用丙酮、甲苯、乙醇、氨、甲醛。
於圖3中,自左側起依序表示PCTFE、TrFE及PVDF之調配重量成分比為0:20:80、0:30:70、7:25:68、10:25:65之膜。
如圖3所示,任一膜均具有吸附丙酮之特性,但使用PCTFE而形成之膜(圖中為右側2個膜)與未使用PCTFE而形成之膜(圖中為左側2個膜)相比,甲苯之吸附量較多。
圖5係表示使用用於氣體檢測元件1d之吸附膜12d之花青色素以1nm之膜厚成膜之膜的特性者。作為花青色素,使用日本感光色素研究所股份 有限公司製造之產品編號「NK3567」。
如圖5所示,吸附膜12d具有吸附丙酮、乙醇、氨之特性。又,雖未表示於圖5中,但吸附膜12d具有吸附甲苯之特性。
如圖5所示,吸附膜12d於丙酮之吸附方面顯示每1nm約40.5Hz之共振頻率變化。由於吸附膜12d成膜為膜厚0.1μm,故而若換算為0.1μm之膜厚下之共振頻率變化,則成為約4050Hz之共振頻率變化。
同樣地,於乙醇、氨之吸附方面,分別顯示每1nm約15Hz、14.5Hz之共振頻率變化,故而若換算為0.1μm之膜厚下之共振頻率變化,則分別成為約1500Hz、1450Hz之共振頻率變化。
又,於甲苯之吸附方面,顯示每1nm約10.6Hz之共振頻率變化。由於吸附膜12d成膜為膜厚0.1μm,故而若換算為0.1μm之膜厚下之共振頻率變化,則成為約1060Hz之共振頻率變化。
如此,於本實施形態中,對設置於各氣體檢測元件1b~1d之吸附膜12b~12d之膜厚考慮各吸附膜之吸附特性而進行調整。此處,以因丙酮之吸附引起之共振頻率變化之數值於任一氣體檢測元件1b~1d中均成為相同之1000之等級之方式進行調整。
利用如上所述之各吸附膜12b~12d之吸附特性,上述氣體感測器2可檢測例如丙酮、甲苯、乙醇或氨。
即,於在各氣體檢測元件1b、1c、1d中均檢測出1000Hz以上之共振頻率變化之情形時,可判斷檢測對象之氣體為丙酮。
又,於在氣體檢測元件1b中檢測出500Hz以下之共振頻率變化且於氣體檢測元件1c及1d中檢測出500Hz以上之共振頻率變化之情形時,可判斷檢測對象之氣體為甲苯。
又,於在各氣體檢測元件1b、1c中共振頻率變化為約100Hz以下且於氣體檢測元件1d中觀察到1000Hz以上之共振頻率變化之情形時,可判斷檢測對象之氣體為乙醇或氨。
再者,於本實施形態中,列舉如下情形為例,即,各感測器之吸附膜之成膜面積均為0.2cm2,且將氣體檢測元件1b及1c中之各吸附膜12b及12c之膜厚設為1μm,並將氣體檢測元件1d之吸附膜12d之膜厚設為0.1μm,基於由該等成膜面積及膜厚決定之各吸附膜12b~12d之氣體吸附特性,決定成為如上述般特定出檢測對象之氣體之種類之基準之共振頻率變化之數值。
於本實施形態中,吸附膜12b及12c均使用包含PVDF之2種以上之氟樹脂而形成。吸附膜12b使用PVDF及TrFE而形成,吸附膜12c使用PVDF、TrFE及PCTFE而形成,但氟樹脂材料並不限定於該等。
作為氟樹脂,可使用以下者。
例如可使用自四氟乙烯樹脂(聚四氟乙烯,以下稱為PTFE)、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚樹脂(全氟烷氧基烷烴,以下稱為PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚樹脂(全氟乙烯丙烯共聚物,以下稱為FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚樹脂(乙烯-四氟乙烯共聚物,以下稱為EFTE)、三氟氯乙烯-乙烯共聚樹脂(乙烯-三氟氯乙烯共聚物,以下稱為ECTFE)、四氟乙烯-全氟間二氧雜環戊烯共聚樹脂(四氟乙烯-全氟二氧雜環戊烯共聚物,以下稱為TE/PDD)、及氟乙烯樹脂(聚氟乙烯,以下稱為PVF)中選擇之樹脂。
又,於上述實施形態中,具有使用包含PVDF之2種以上之氟樹脂而形成之吸附膜的氣體檢測元件為2個,但亦可設為3個以上。例如,亦可除了設置上述實施形態中所說明之氣體檢測元件1b及1c以外,進而設置具有 第4水晶振子及設置於該第4水晶振子上之第4吸附膜的第4氣體檢測元件。
該第4吸附膜與吸附膜12c同樣地使用PVDF、TrFE及PCTFE,以與吸附膜12c不同之調配比形成,具有與吸附膜12b及吸附膜12c不同之吸附特性。藉此,例如可利用PCTFE之含量與因甲苯之吸附引起之共振頻率變化大致處於線性關係的特性而檢測出甲苯之吸附量。
又,於上述實施形態中,具有使用包含PVDF之2種以上之氟樹脂而形成之吸附膜的氣體檢測元件為氣體檢測元件1b及氣體檢測元件1c之2個,使用該等進行丙酮與甲苯之特定,但並不限定於此。
例如,亦可代替氣體檢測元件1b及1c,而設置具有使用PVDF、TrFE及PCTFE而形成之第1吸附膜之第1氣體檢測元件、以及具有以與該第1吸附膜不同之調配比使用PVDF、TrFE及PCTFE而形成之第2吸附膜之第2氣體檢測元件,使用該等進行丙酮與甲苯之特定。具體而言,藉由使第2吸附膜之PCTFE之調配比例高於第1吸附膜之PCTFE之調配比例,而可利用PCTFE之含量與因甲苯之吸附引起之共振頻率變化大致成正比之特性,將具備PCTFE之調配比率更高之第2吸附膜之第2氣體檢測元件用於甲苯之檢測用途。
(氣體檢測方法)
其次,利用圖2,對使用上述氣體感測器2之氣體檢測方法進行說明。
如上所述,於氣體感測器2之氣體感測器單元3設置有參考用之1個檢測元件1a及3個氣體檢測元件1b~1d。於將檢測對象之氣體導入至腔室31內之後,使振盪電路4作動而使檢測元件1a及各氣體檢測元件1b~1d之水 晶振子13以特定頻率(於本例中為9MHz)振動。
繼而,藉由檢測電路5,對檢測元件1a及各氣體檢測元件1b~1d之共振頻率進行檢測。將所檢測出之共振頻率之電氣信號輸入至處理部6。
處理部6使用檢測元件1a之共振頻率作為參考,並根據該檢測元件1a之共振頻率及氣體檢測元件1b~1d之各者之共振頻率,計算各氣體檢測元件1b~1d之共振頻率變化。繼而,基於該計算結果特定出檢測對象氣體之種類。
檢測對象氣體之種類之特定以如下方式進行。
處理部6若於各氣體檢測元件1b、1c、1d中均檢測出1000Hz以上之共振頻率變化,則判斷檢測對象氣體為丙酮。
又,處理部6若於氣體檢測元件1b中檢測出500Hz以下之共振頻率變化且於氣體檢測元件1c及1d中檢測出500Hz以上之共振頻率變化,則判斷檢測對象氣體為甲苯。
又,處理部6若於各氣體檢測元件1b、1c中共振頻率變化為約100Hz以下且於氣體檢測元件1d中檢測出1000Hz以上之共振頻率變化,則判斷檢測對象氣體為乙醇或氨。
藉由如以上般設置分別設置有不同之吸附膜之複數個氣體檢測元件,而可獲得氣體識別性提高之氣體感測器。
又,藉由使用包含PVDF之2種以上之氟樹脂形成吸附膜,且設置各自之吸附特性不同之吸附膜,而可獲得氣體識別性提高之氣體感測器。
以上對本發明之實施形態進行了說明,當然,本發明並不僅限定於上述實施形態,可施加各種變更。

Claims (9)

  1. 一種氣體感測器,其具備:第1氣體檢測元件,其具有第1振子及第1吸附膜,上述第1吸附膜設置於上述第1振子上且使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成;第2氣體檢測元件,其具有第2振子及第2吸附膜,上述第2吸附膜設置於上述第2振子上,使用包含偏二氟乙烯樹脂之2種以上之氟樹脂而形成,且具有與上述第1吸附膜不同之吸附特性;以及檢測電路,其檢測上述第1及第2氣體檢測元件之共振頻率。
  2. 如請求項1之氣體感測器,其進而具備第3氣體檢測元件,該第3氣體檢測元件具有第3振子、及設置於上述第3振子上且包含花青色素之第3吸附膜。
  3. 如請求項1之氣體感測器,其中上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
  4. 如請求項2之氣體感測器,其中上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
  5. 如請求項3之氣體感測器,其進而具備具有第4振子及第4吸附膜之第4氣體檢測元件,上述第4吸附膜設置於上述第4振子上,以與上述第2吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且具有與上述第1吸附膜及上述第2吸附膜不同之吸附特性。
  6. 如請求項4之氣體感測器,其進而具備具有第4振子及第4吸附膜之第4氣體檢測元件,上述第4吸附膜設置於上述第4振子上,以與上述第2吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且具有與上述第1吸附膜及上述第2吸附膜不同之吸附特性。
  7. 如請求項1之氣體感測器,其中上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係以與上述第1吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
  8. 如請求項2之氣體感測器,其中上述第1吸附膜係使用上述偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成,且上述第2吸附膜係以與上述第1吸附膜不同之調配比使用偏二氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂及三氟乙烯而形成。
  9. 如請求項1至8中任一項之氣體感測器,其進而具備:腔室,其收容各上述氣體檢測元件;及處理部,其根據上述所檢測出之共振頻率計算各上述氣體檢測元件之振動共振頻率變化,並基於該計算結果特定出上述腔室內之氣體。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6873638B2 (ja) * 2016-09-23 2021-05-19 太陽誘電株式会社 ガスセンサ及びガス検出方法
JP7211885B2 (ja) * 2019-04-22 2023-01-24 太陽誘電株式会社 演算装置、演算方法及びガス検出システム
EP3988913A4 (en) * 2019-06-18 2023-06-28 National Institute for Materials Science Humidification-type high-sensitivity/high-selectivity ammonia detection method using nanomechanical sensor, and detection device thereof
US11913926B2 (en) * 2019-11-04 2024-02-27 Honeywell Analytics Inc. Multi-sensor gas detector
WO2023175956A1 (ja) * 2022-03-18 2023-09-21 I-Pex株式会社 物質検出システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006053059A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ガス分子選択材料とそれを用いたガス分子検知素子ならびにガスセンサアレイおよびガス分析方法
CN101871873A (zh) * 2010-06-11 2010-10-27 东华大学 一种重金属离子检测装置及其制备方法
CN102209890A (zh) * 2008-11-07 2011-10-05 独立行政法人产业技术综合研究所 检测传感器、检测传感器的振子
TW201201900A (en) * 2010-05-27 2012-01-16 Eiji Matsumura Liquid clathrate with gas molecule dissolved therein in high density
CN103411904A (zh) * 2013-07-30 2013-11-27 中国科学院合肥物质科学研究院 基于聚偏氟乙烯压电薄膜的光声气体传感装置
WO2016003272A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Gas sensor array and method

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU28696A1 (fr) * 1946-12-16 Acec Méthode d'auscultation des matériaux à l'aide d'ondes élastiques, telles que les ondes sonores ou ultra-sonores, et en particulier à l'aide d'ondes ultra-sonores
JPS599000B2 (ja) * 1979-02-13 1984-02-28 東レ株式会社 超音波トランスデユ−サ
JP2773215B2 (ja) * 1989-04-07 1998-07-09 ダイキン工業株式会社 高分子誘電体材料
US5411709A (en) * 1991-03-25 1995-05-02 Fuji Xerox Co., Ltd. Gas detector
JP3143060B2 (ja) 1996-05-07 2001-03-07 日本電信電話株式会社 ガス検知方法
JPH11108818A (ja) * 1997-10-06 1999-04-23 Meidensha Corp センサおよびそのセンサの製造方法並びにそのセンサを用いた計測システム
US6266996B1 (en) * 1998-10-06 2001-07-31 Trw Inc. Simple and inexpensive method and device for measuring concentration and rate of change of a crystal etchant gas, such as HF or DF gas
US6307302B1 (en) * 1999-07-23 2001-10-23 Measurement Specialities, Inc. Ultrasonic transducer having impedance matching layer
US20020177232A1 (en) * 2001-05-23 2002-11-28 Melker Richard J. Method and apparatus for detecting illicit substances
JP2001242057A (ja) * 2000-02-28 2001-09-07 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 簡易小型ガスまたは大気中浮遊微粒子検出装置
US6355749B1 (en) * 2000-06-02 2002-03-12 The Penn State Research Foundation Semicrystalline ferroelectric fluoropolymers and process for preparing same
DE60143484D1 (de) * 2000-07-27 2010-12-30 City Tech Gassensoren
DE60135140D1 (de) * 2000-11-01 2008-09-11 Intel Corp System und verfahren zum kollimieren und wiedersteuern von strahlen
US6683314B2 (en) * 2001-08-28 2004-01-27 Becton, Dickinson And Company Fluorescence detection instrument with reflective transfer legs for color decimation
GB2437753B8 (en) * 2004-10-01 2009-05-20 Nevada System Of Higher Education Cantilevered probe detector with piezoelectric element
JP2009204584A (ja) * 2008-02-29 2009-09-10 Hitachi Metals Ltd 化学センサデバイス、及びそれを備えた物質計測装置
JP2012013620A (ja) * 2010-07-02 2012-01-19 Seiko Epson Corp Qcmデバイス及びqcmデバイスを用いた気体分子の検出方法
JP2012242279A (ja) * 2011-05-20 2012-12-10 Olympus Corp 検出センサ、物質検出システム
KR101776089B1 (ko) * 2011-07-08 2017-09-08 삼성전자주식회사 표면탄성파 센서 시스템 및 다중울림파를 이용한 측정 방법
JP5885015B2 (ja) * 2011-09-06 2016-03-15 セイコーエプソン株式会社 ガスセンサー
US20140364325A1 (en) * 2013-06-05 2014-12-11 Matrix Sensors, Inc. Array of Sensors Functionalized with Systematically Varying Receptor Materials
KR101493374B1 (ko) * 2013-09-16 2015-02-25 주식회사 코러스트 광대역 기능성 초음파 패치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006053059A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ガス分子選択材料とそれを用いたガス分子検知素子ならびにガスセンサアレイおよびガス分析方法
CN102209890A (zh) * 2008-11-07 2011-10-05 独立行政法人产业技术综合研究所 检测传感器、检测传感器的振子
TW201201900A (en) * 2010-05-27 2012-01-16 Eiji Matsumura Liquid clathrate with gas molecule dissolved therein in high density
CN101871873A (zh) * 2010-06-11 2010-10-27 东华大学 一种重金属离子检测装置及其制备方法
CN103411904A (zh) * 2013-07-30 2013-11-27 中国科学院合肥物质科学研究院 基于聚偏氟乙烯压电薄膜的光声气体传感装置
WO2016003272A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Gas sensor array and method

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