JPH01167647A

JPH01167647A - ガス状物質検出用センサ

Info

Publication number: JPH01167647A
Application number: JP29589488A
Authority: JP
Inventors: Eckhard Lange; エクハルト、ランゲ
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1989-07-03
Also published as: EP0317871A2; EP0317871A3

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、ガス状物質検出用のセンサに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

文献「バルボ技術情報（Ｖａｌｖｏ　Ｔｅｃｈｎｉｓｃ
ｈｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）　７９０４２３　Ｊに
はコンデンサを含む湿気センサが記載されている。この
湿気センサでは両面に金フィルムを連着された箔が１つ
の平板コンデンサとなっている。１！１ｍち笛が平板コ
ンデンサの誘電体であり、両面の金フィルムが電極とな
る。空気中の湿気の影響で箔の誘電率が変わり、コンデ
ンサの容量が変化する。箔には五酸化タンタル又はボリ
イ過ドが使用される。

しかしながらこのセンサは湿度測定だけに好適である。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明の目的は、所定のガスと蒸気に対する感度を構
成部品の材料の選定によって調整することができるガス
状物質検出用のセンサを提供することである。

（課題を解決するための手段〕この目的は特許請求の範囲の請求項１に特徴として挙げ
た構成とすることによって達成される。

特許請求の範囲の請求項４に記載のセンサにはガス又は
蒸気が測定後続電体から放出されるという利点がある。

特許請求の範囲の請求項５に記載のセンサは異なる温度
においてコントロールされて操作できるという利点を示
す、この場合センサの感度は温度に関係して変化する。

特許請求の範囲の請求項６に記載のセンサに対しては約
１００種のゼオライトが公知であるという利点がある。

これらのゼオライトは小孔の大きさが異なるものである
。従ってゼオライト種の選定によりガスセンサを多数の
ガスに感応させることができる。

特許請求の範囲の請求項７に記載のセンサは光技術の導
入により極めて簡単に製作可能である」この発明のその
他の実施態様は残りの各請求項に示されている。

〔実施例〕

図面に示した実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。

第１図の実施例ではベース１が金属であり、例えば金め
っきされている。絶縁体２はベース１に電気結合される
。絶縁体２は直接ベース１に取り付けることができるが
、絶縁体２とベース１の間に中間層を設けても良い、絶
縁体２は多孔質であってガス又は蒸気を収蔵することが
できる。絶縁体２は例えば厚さ４０ないし１１００ｕの
ゼオライトである。絶縁体２にはガス透過性の金属フィ
ルム３が載せられる。金属フィルム３は例えば金で厚さ
は約ｌＯないし１１００ｎである。金属フィルム３は構
造化してガス透過性とするのが有利である０例えば金属
フィルム３にカム構造、孔構造、ストライプ構造、網構
造等を作る。金属フィルム３には第１接触４を設け、ベ
ース１に第２接触５を設ける。絶縁体２は平板コンデン
サの誘電体となり、金属フィルム３とベース１がその電
糧となる。絶縁体２が蒸気又はガスを充分吸着するとそ
の複素誘電率が変化する。特定のガスに対するガスセン
サの感度はこの現象に基づく、絶縁体２のできるだけ大
きな表面がガスに触れることが重要である。そのために
金属フィルム３をガス透過性に構成する。これに対して
はカム構造、ストライプ構造、網構造、孔構造等が可能
である。

−例として絶縁体１をゼオライトとする。これには２種
類のＡ型ゼオライトＫＡとＮａＡならびにＸ型ゼオライ
トＮａＸを使用することができる。

ゼオライトＫＡの孔径は３人、ゼオライトＮａＡの孔径
は４人、ゼオライトＮａＸの孔径は９人である。これら
のゼオライトは特に水素とメタンの検出に適している。

ガス又は蒸気を収蔵する特性は絶縁体２の温度に関係す
る。従ってベース１に加熱器６を取り付ける。これは例
えば抵抗加熱方式のものである。抵抗加熱には例えばド
ープされたシリコン層が使用される。ベース１に設けら
れた温度プローブ７によって動作温度を監視する。

測定が終わるとガス又は蒸気は加熱器６による加熱によ
って絶縁体２から放出される。

測定量はベース１、絶縁体２および金属フィルム３で構
成される平板コンデンサの種々の周波数においてのイン
ピーダンスである。第１接触４と第２接触５の間で装置
の交流抵抗が周波数の関数として測定される。これから
誘電率を含むインピーダンスが求められる。ガスを吸着
したゼオライトの誘電率はゼオライト層体の誘電率とガ
ス自体の誘電率の成分比に応じた合成である。

孔の大きさとその他の動作特性を異にしそれによってガ
ス検出感度が異なる多数のゼオライト種が公知であり、
その上温度によって異なるガス検出感度に調整すること
ができるから、このガスセンサはセンサ装置中に組み込
むのに好適である。

このようなセンサ装置は多数の感度を異にするセンサを
含みマスター検出マトリックスを使用して評価すること
ができる（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３５
１９３９７号、第３５１９４１０号、第３５１９４３５
号および第３５１９４３６号公報参照）。

ガスセンサの別の操作方式は温度変調に際してのダイナ
電ツタ特性を利用するものである。この場合温度を例え
ば周期的に調整してガスセンサの応答関数を測定する。

評価にはマスター検出マトリックスを使用するのが効果
的である。

ベースｌは侵食を阻止するため金めっきした金属小板を
支持体として成形することによって作られる。ガスセン
サの製作に際しては絶縁体２をベース１の表面に沈積、
噴霧、塗布、浸漬等の方法により層として析出させる。

沈積法によれば厚さが最低４０ｕ−のゼオライト層を必
要な均等性をもって形成することができる。金属フィル
ム３は例えば蒸着又はスパッタリングによって絶縁体２
上に設ける。ラオト技術に続くエツチング過程によりカ
ム構造、孔構造等が作られる。金属フィルふ３を作る別
の方法としては絶縁体上のフォトレジスト技術に続いて
金属例えば金を蒸着し、引きはがし法により不必要な金
属を除去する。

第２図には金属で作られ例えば金めっきされている別の
ベース２１が示されている。このベース２１は接触２５
を備え、ベース２１の上に加熱器２６が設けられる。こ
の加熱器も抵抗加熱であってドープされたシリコン層に
電流が流れることによって実現される。ベース２１上に
は温度プローブ２７が設けられる。加熱器２６上には２
つの絶縁体２２が設けられる。これらは互いに等しい構
成と厚さのものであつて、例えばゼオライトから成り４
０＃−から１００　ａｙｓの間の厚さをもつ。

一方の絶縁体２２の上には２つの金属フィルムの一方２
３１が置かれる。この金属フィルム２３１はガスと蒸気
を通過させる形態のもので、例えば金から成り厚さは約
ＩＯないし１１００ｎである。

金属フィルム２３１は例えば構造化され、カム、ストラ
イブ、網又は孔の形の構造化により安定なガス透過性形
態を確保する。金属フィルム２３１は接触２４１を備え
ている。他方の絶縁体２２の上には金属フィルム２３２
が設けられる。この金属フィルム２３２も例えば金から
成り、厚さは最低０．１μ鶴でガス非透過性である。金
属フィルム２３２は接触２４２を備えている。

２つの絶縁体２２はいずれも平板コンデンサの誘電体と
なっている。一方の平板コンデンサは金属フィルム２３
１、一方の絶縁体２２およびベース２１で構成され、他
方の平板コンデンサは金属フィルム２３２、他方の絶縁
体２２およびベース２１で構成される。金属フィルム２
３１がガス透過性であることにより、その下にある一方
の絶縁体２２は蒸気又はガスを充分吸着することができ
る。これによって一方の絶縁体２２の複素誘電率が変化
する。これに反して金属フィルム２３２はガス非透過性
であるから、その下にある他方の絶縁体２２はセンサが
蒸気又はガスにさらされてもガスを吸着することなくそ
の複素誘電率は変化しない、従ってこの構成により極め
て微量のガスも第１金属フイルム接触２４１と第２金属
フイルム接触２４２からの信号を比較することによって
検出することができる。この場合信号変化の相対的測定
だけが行われるから、絶対的な信号変化測定の場合より
も高感度になる。

この実施例でも第１図の実施例と同様に特定温度での動
作と可変温度での動作が可能である。ここでは温度プロ
ーブ２７を使用して動作温度が監視される。経験上動作
温度は最高０．１度程度まで一定に保持されるのである
から、望ましくない信号の動揺が起こる。第２図の実施
例では第１金属フイルム接触２４１に現れる信号を第２
金属フイムル接触２４２に現れる信号と比較する際にこ
の動揺が打消される。

測定値はここでも種々の交流電圧周波数においての平板
コンデンサのインピーダンスである。第１金属フイルム
接触２４１とベース接触２５の間ならびに第２金属フイ
ルム接触２４２とベース接触２５の間でデバイスの交流
抵抗が交流周波数の関数として測定される。その結果か
ら誘電率を含むインピーダンスが求められる。ガスを吸
着したゼオライトの誘電、率はゼオライト単独の誘電率
とガスの誘電率をその成分比に応じて組合わせたものと
なる。従って金属フィルム２３１を含むデバイスのイン
ピーダンスにはセンサが置かれているガスに関する情報
が含まれる。金属フィルム２３２を含むデバイスのイン
ピーダンスはこれに反してこの種の影響を受けることな
く規準（直として使用することがで参る。信号の評価に
はここでもマスター検出マトリ・イクスの使用が効果的
である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の互いに異なる実施。例の構成を示す。１．２１・・・ベース２．２２・・・絶縁体３．２３１．２３２・・・金属フィルム４．５．２５．
２４１．２４２・・・接触６．２６・・・加熱器７．２７・・・温度プローブＡＩＩＦ＋）伜理人弁理士富村　酋ＩＧ　２

Claims

【特許請求の範囲】１）誘電体を充填したコンデンサを少なくとも１つ備え
、このコンデンサが金属被覆（１、３）を備える多孔質
絶縁体（２）を含むことを特徴とするガス状物質検出用
センサ。２）金属被覆（１、３）の少なくとも１つがガス透過性
であることを特徴とする請求項１記載のセンサ。３）少なくとも１つのコンデンサが次の構成（ａ）絶縁
体（２）が金属ベース（１）上に取り付けられているこ
と、（ｂ）絶縁体（２）のベース（１）に対して反対側の表
面に金属フィルム（３）が設けられていること、（ｃ）金属フィルム（３）がガスと蒸気を透過させる形
態であること、（ｄ）金属フィルム（３）に第１接触（４）が設けられ
ていること、（ｅ）ベース（１）に第２接触（５）が設けられている
ことを有するものであることを特徴とする請求項２記載のセ
ンサ。４）加熱体（６）が設けられ、この加熱体が絶縁体（２
）を加熱するようにベース（１）に取り付けられている
ことを特徴とする請求項３記載のセンサ。５）温度プローブ（７）が設けられ、このプローブがベ
ース（１）に取り付けられていることを特徴とする請求
項４記載のセンサ。６）絶縁体（２）がゼオライトであることを特徴とする
請求項１ないし５の１つに記載のセンサ。７）金属フィルム（３）が構造化されていることを特徴
とする請求項１ないし６の１つに記載のセンサ。８）第２のコンデンサが設けられ、このコンデンサも多
孔質絶縁体（２２）を誘電体として含み、又その金属層
（２３２、２１）がガス透過性であることを特徴とする
請求項２ないし７の１つに記載のセンサ。９）絶縁体（２２）が別の金属ベース（２１）上に取り
付けられていること、絶縁体（２２）のベース（２１）
に対して反対側表面に別の金属フィルム（２３２）が設
けられていること、この金属フィルムがガスと蒸気を透
過させるように形成されていること、金属フィルム（２
３２）に第１接触（２４２）が設けられ、ベース（２１
）に第２接触（２５）が設けられていることを特徴とす
る請求項８記載のセンサ。１０）加熱体（２６）が絶縁体（２２）を加熱するよう
にベース（２１）に取り付けられていることを特徴とす
る請求項９記載のセンサ。１１）温度プローブ（２７）がベース（２１）上に設け
られていることを特徴とする請求項１０記載のセンサ。１２）ベース（２１）と別のベース（２１）が一体に構
成されていることを特徴とする請求項９ないし１１の１
つに記載のセンサ。１３）ベース（２１）と別のベース（２１）が一体に構
成され、加熱体（２６）と別の加熱体（２６）も一体に
構成されていることを特徴とする請求項１０又は１１記
載のセンサ。