JPS62174643A - Combustible gas sensor - Google Patents
Combustible gas sensorInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は可燃性ガスセンサに関し、さらに詳細にいえ
ば、電界効果トランジスタ型の構成を採用した可燃性ガ
スセンサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a combustible gas sensor, and more specifically, to a combustible gas sensor employing a field effect transistor type configuration.
〈従来の技術〉
従来から可燃性ガスセンサとして、第5図に示すように
、5n02等の如く可燃性ガスに感応して抵抗値が変化
する素子(11)に対して直8!電源(12)、および
電流計等(13)を直列接続するとともに、上記素子(
11)を約100℃〜400℃に加熱するヒータ(14
)に対して電源(15)を直列接続した構成のものが提
供されていた。<Prior art> As shown in FIG. 5, a conventional combustible gas sensor has been used for a direct 8! A power supply (12) and an ammeter etc. (13) are connected in series, and the above elements (
11) to approximately 100°C to 400°C.
) was provided with a configuration in which a power supply (15) was connected in series.
また、電界効果トランジスタ型(以下FET型と略称す
る)の水素ガスセンサとして、電界効果トランジスタの
ゲート電極をパラジウム(Pd)で構成したものが提供
されていた。Furthermore, a field effect transistor type (hereinafter abbreviated as FET type) hydrogen gas sensor has been provided in which the gate electrode of the field effect transistor is made of palladium (Pd).
〈発明が解決しようとする問題点〉
上記第5図の構成の可燃性ガスセンサにおいては、可燃
性ガスの存在を検出するための素子(11)を、ヒータ
(14)により約100℃〜400℃に加熱することが
必須であり、構成が複雑化するのみならず、ヒータ(1
4)がガス爆発を誘発する原因になるという問題がある
。<Problems to be Solved by the Invention> In the flammable gas sensor having the configuration shown in FIG. This not only complicates the configuration, but also requires a heater (1
4) has the problem of causing a gas explosion.
また、ガスの選択性が悪く、水素ガス、炭化水素ガス等
類似の可燃性ガスに対して同様に感応してしまうという
問題がある。例えば、可燃性ガスの漏出を検出するため
のセンサであっても、酒の燗をした場合に発生するアル
コールガスにも感応することになり、可燃性ガスの漏出
を検出したのと同様の状態をひき起こしてしまうという
問題がある。Further, there is a problem in that the gas selectivity is poor and the method is similarly sensitive to similar flammable gases such as hydrogen gas and hydrocarbon gas. For example, even if a sensor is used to detect a leak of flammable gas, it will also be sensitive to the alcohol gas generated when sake is heated, resulting in the same situation as when detecting a leak of flammable gas. The problem is that it can cause
上記FET型の水素センサにおいては、パラジウム(P
d)の触媒作用により分解形成されたH+イオンがゲー
ト電極にのみたまるのであるから、順次蓄積してゆくこ
とに起因する水素ガス濃度の変化率が測定できるのみで
あり、水素ガス濃度の絶対値は測定できないという問題
がある。In the above FET type hydrogen sensor, palladium (P
Since the H+ ions decomposed and formed by the catalytic action in d) accumulate in the gate electrode, it is only possible to measure the rate of change in the hydrogen gas concentration due to their sequential accumulation, and the absolute value of the hydrogen gas concentration can only be measured. The problem is that it cannot be measured.
〈発明の目的〉
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
ガス爆発の危険性を解消させることができるとともに、
可燃性ガスの選択性を向上させることができ、さらには
可燃性ガスの濃度を正確に測定することができる可燃性
ガスセンサを提供することを目的としている。<Object of the invention> This invention was made in view of the above problems,
It can eliminate the risk of gas explosion, and
It is an object of the present invention to provide a combustible gas sensor that can improve the selectivity of combustible gases and can also accurately measure the concentration of combustible gases.
く問題点を解決するための手段〉
上記の目的を達成するための、この発明の可燃性ガスセ
ンサは、電界効果トランジスタのゲート電極、およびソ
ース電極の一方を白金属金属で構成するとともに、他方
を可燃性ガスと反応しない金属で構成し、上記両電極上
を一体的に榎うガス透過性プロトン伝導体膜を形成した
ものである。Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the flammable gas sensor of the present invention comprises one of the gate electrode and the source electrode of a field effect transistor made of platinum metal, and the other made of platinum metal. A gas-permeable proton conductor membrane is formed, which is made of a metal that does not react with flammable gas, and integrally extends over both of the electrodes.
但し、上記可燃性ガスと反応しない金属としては、銀を
使用することができる。However, silver can be used as the metal that does not react with the flammable gas.
く作用〉
以上の構成の可燃性ガスセンサであれば、白金属金属で
構成された電極に、ガス透過性プロトン伝導膜を通して
可燃性ガスが導かれ、白金属金属の触媒作用により分解
形成されて電子がたまり、分解形成されたプロトンは、
ガス透過性プロトン伝導体膜を通って自由に伝導し、上
記電子との再結合を防止させられるとともに、可燃性ガ
スと反応しない金属で構成された電極の電位を、可燃性
ガスの濃度に影響されることなく所定の電位に保持する
ことができる。In the flammable gas sensor with the above configuration, combustible gas is guided through the gas-permeable proton conductive membrane to the electrode made of platinum metal, and is decomposed and formed by the catalytic action of platinum metal to generate electrons. The protons that accumulate, decompose, and form are
The concentration of the flammable gas is influenced by the potential of the electrode, which is made of a metal that conducts freely through the gas-permeable proton conductor membrane and prevents recombination with the electrons mentioned above, and does not react with the flammable gas. It can be held at a predetermined potential without being affected.
〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing examples.
第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す
概略図であり、p形基板(1)の表面所定位貯にn形の
ソース領域[21,およびドレイン領域(3)を形成し
ているとともに、上記ソース領域(2)とドレイン領域
(3)との間にn形のチャネル領域(4)を形成し、上
記ソース領域(2)に対応する部分を除いて、上記p形
基板(1)の全表面を絶縁膜(5)で被覆している。そ
して、上記チャネル領域(4)に対応させて上記絶縁膜
(5)の上に白金からなるゲート電極(6)を形成し、
上記ソース領域(2)と接触し得る状態で銀からなるソ
ース電極(力を形成し、さらに上記ゲート電極(6)、
ソース電極c刀、および絶縁膜(5)を覆うように、ガ
ス透過性プロトン伝導膜としての固体電解質膜(8)を
形成している。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, in which an n-type source region [21 and a drain region (3) are formed at predetermined positions on the surface of a p-type substrate (1). In addition, an n-type channel region (4) is formed between the source region (2) and the drain region (3), and the p-type substrate except for a portion corresponding to the source region (2) is formed. The entire surface of (1) is covered with an insulating film (5). Then, a gate electrode (6) made of platinum is formed on the insulating film (5) corresponding to the channel region (4),
a source electrode made of silver (forming a force) in contact with said source region (2), and further said gate electrode (6);
A solid electrolyte membrane (8) as a gas permeable proton conductive membrane is formed to cover the source electrode and the insulating membrane (5).
尚、(9)は直流電源、(ト))は電流計であり、上記
ソース領域(2)とドレイン領域(3)との間に直列に
接続されている。Note that (9) is a DC power supply, and (g)) is an ammeter, which are connected in series between the source region (2) and the drain region (3).
上記の構成の可燃性ガスセンサの動作は以下のとおりで
ある。The operation of the combustible gas sensor having the above configuration is as follows.
第1図中矢印Aで示すように測定ガスとしての水素ガス
が導かれた場合には、固体電解質膜(8)を通って白金
からなるゲート電極(6)に到達し、白金の触媒作用に
よりゲート電極(6)の表面において゛ト12 →
2H” +28
2日++1/202+2e−+H20
で示される反応が行なわれ、しかもH+イオンは固体電
解質膜(8)中を自由に移動するので、上記可逆反応が
頻発することはなく、固体電解質膜(8)を通ってゲー
ト電極(6)に到達する水素ガス吊が増加するにつれて
深い一電位になる(第2図A参照)。When hydrogen gas is introduced as a measurement gas as shown by arrow A in FIG. At the surface of the gate electrode (6), 12 →
2H" +28 2 days + 1/202 + 2e- + H20. Moreover, since the H+ ions move freely in the solid electrolyte membrane (8), the above reversible reaction does not occur frequently, and the solid electrolyte membrane (8) As the amount of hydrogen gas reaching the gate electrode (6) through 8) increases, the potential becomes deeper (see FIG. 2A).
他方、ソース電極(7)においては、銀が水素ガスに全
く感応しないので、水素ガスの濃度が変化しても、所定
の電位に保持され続ける〈第2図B参照)。On the other hand, in the source electrode (7), since silver is not sensitive to hydrogen gas, it continues to be held at a predetermined potential even if the concentration of hydrogen gas changes (see FIG. 2B).
したがって、ソース−ゲート電極間には水素ガスの濃度
に応じた電位がかかることになり、ソース−ドレイン電
極間に一定の電圧を印加した場合には、水素ガスの濃度
の増加に伴なって減少する電流特性を示すことになる(
第2図C参照)。Therefore, a potential depending on the concentration of hydrogen gas is applied between the source and gate electrodes, and when a constant voltage is applied between the source and drain electrodes, the potential decreases as the concentration of hydrogen gas increases. (
(See Figure 2C).
また、上記動作を行なっている間、ゲート電極(6)の
近傍において発生させられたH+イオンは浪費されるこ
となく保存されるのであるから、測定機器として特に高
インピーダンスのものを使用することは必要ではなく、
通常の電流計を使用して正確な水素ガスの濃度を測定す
ることができる。Furthermore, since the H+ ions generated in the vicinity of the gate electrode (6) during the above operation are stored without being wasted, it is not recommended to use a particularly high impedance measuring device. not necessary,
An ordinary ammeter can be used to measure the exact concentration of hydrogen gas.
また、以上には水素ガスの濃度測定についてのみ説明し
ているが、−酸イヒ炭素ガスの濃度測定も同様に行なう
ことができる。Moreover, although only the concentration measurement of hydrogen gas has been described above, the concentration measurement of -acid carbon gas can also be carried out in the same manner.
即ち、−酸化炭素ガスも水素ガスと同様に可逆反応を行
なうのであり、具体的には
Co + HO−GO2+ 2 H” + 2 e2
F+” + 1/20 +28−>1−(2
0である。したがって、上記反応により生成される電子
により一酸化炭素ガスの濃度を測定することができる。That is, -carbon oxide gas also undergoes a reversible reaction in the same way as hydrogen gas, specifically Co + HO-GO2+ 2 H" + 2 e2
F+" + 1/20 +28->1-(2
It is 0. Therefore, the concentration of carbon monoxide gas can be measured using the electrons generated by the above reaction.
第3図は他の実施例を示す概略図であり、上記実施例と
異なる点は、ゲート電極(6)を銀で構成し、ソース電
極(7′Iを白金で構成した点のみである。FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment, and the only difference from the above embodiment is that the gate electrode (6) is made of silver, and the source electrode (7'I) is made of platinum.
したがって、ゲート電極(6)は水素ガスの濃度に拘わ
らず所定の電位に保持され、ソース電極(7′Iが水素
ガスの濃度の増加に伴なって深い一電位になる。そして
、ソース−ゲート電極間には、水素ガスの濃度に依浮し
て上記実施例と逆に変化する電位がかかることになり、
ソース−ドレイン電極間に一定の電圧を印加した場合に
は、水素ガスの濃度の増加に伴なって増加する電流特性
を示すことになる(第4図参照)。Therefore, the gate electrode (6) is held at a predetermined potential regardless of the concentration of hydrogen gas, and the source electrode (7'I) becomes a deep potential as the concentration of hydrogen gas increases. A potential is applied between the electrodes that changes in the opposite way to that in the above example depending on the concentration of hydrogen gas.
When a constant voltage is applied between the source and drain electrodes, the current characteristic increases as the concentration of hydrogen gas increases (see FIG. 4).
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、銀電極に代えてカロメル電極を使用すること
、白金電極に代えて他の白金属金属からなる電極を使用
することが可能である他、固体電解質膜(8)のガス透
過性を変化させて測定レンジを変化させること、測定レ
ンジを変化させた可燃性ガスセンサを複数個並列させて
設け、図示しないスイッチ等により選択的に動作させる
ようにすること等が可能であり、その他この発明の要旨
を変更しない範囲内において、種々の設計変更を施すこ
とが可能である。Note that this invention is not limited to the above embodiments; for example, it is possible to use a calomel electrode in place of the silver electrode, or to use an electrode made of another platinum metal in place of the platinum electrode. In addition, the measurement range can be changed by changing the gas permeability of the solid electrolyte membrane (8), and a plurality of combustible gas sensors with different measurement ranges can be installed in parallel and can be selectively controlled by a switch (not shown). It is possible to make it work, and various other design changes can be made without changing the gist of the invention.
〈発明の効果〉
以上のようにこの発明は、可燃性ガスに感応する電極と
感応しない電極とを使用して電界効果トランジスタを構
成しているとともに、表面をガス透過性プロトン伝導膜
で覆っているので、ガス煤光の危険を確実に解消させた
状態で、通常の測定装置により正確な可燃性ガス濃度の
測定を行なうことができるという特有の効果を秦する。<Effects of the Invention> As described above, the present invention configures a field effect transistor using an electrode that is sensitive to combustible gas and an electrode that is not sensitive to flammable gas, and also that the surface is covered with a gas permeable proton conductive membrane. This has the unique effect of making it possible to accurately measure the concentration of combustible gas using a conventional measuring device while ensuring that the danger of gas soot is eliminated.
第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す
概略図、
第2図は可燃性ガスセンサの動作を説明する特性図、
第3図は他の実施例を示ず概略図、
第4図は特性図、
第5図は従来の可燃性ガスセンサを示す概略図。
(6)・・・ゲート電極、(7)・・・ソース電極、(
8)・・・固体電解質膜
(A)
水素ガス量
第1図
第2図FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the flammable gas sensor of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram explaining the operation of the combustible gas sensor, FIG. 3 is a schematic diagram showing other embodiments, and FIG. The figure is a characteristic diagram, and Figure 5 is a schematic diagram showing a conventional combustible gas sensor. (6)...Gate electrode, (7)...Source electrode, (
8)...Solid electrolyte membrane (A) Hydrogen gas amount Figure 1 Figure 2
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1728886A JPS62174643A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Combustible gas sensor |
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---|---|---|---|
JP1728886A JPS62174643A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Combustible gas sensor |
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JPS62174643A true JPS62174643A (en) | 1987-07-31 |
JPH0519944B2 JPH0519944B2 (en) | 1993-03-18 |
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ID=11939794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1728886A Granted JPS62174643A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Combustible gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62174643A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62237347A (en) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Tokuyama Soda Co Ltd | Field effect transistor type gas sensor |
JPS6459050A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Daikin Ind Ltd | Gaseous carbon monoxide sensor |
JPH01127943A (en) * | 1987-11-12 | 1989-05-19 | Daikin Ind Ltd | Combustible gas sensor |
-
1986
- 1986-01-28 JP JP1728886A patent/JPS62174643A/en active Granted
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62237347A (en) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Tokuyama Soda Co Ltd | Field effect transistor type gas sensor |
JPH0572979B2 (en) * | 1986-04-08 | 1993-10-13 | Tokuyama Soda Kk | |
JPS6459050A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Daikin Ind Ltd | Gaseous carbon monoxide sensor |
JPH01127943A (en) * | 1987-11-12 | 1989-05-19 | Daikin Ind Ltd | Combustible gas sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0519944B2 (en) | 1993-03-18 |
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