[go: up one dir, main page]

JP2000028562A - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

Info

Publication number
JP2000028562A
JP2000028562A JP10200000A JP20000098A JP2000028562A JP 2000028562 A JP2000028562 A JP 2000028562A JP 10200000 A JP10200000 A JP 10200000A JP 20000098 A JP20000098 A JP 20000098A JP 2000028562 A JP2000028562 A JP 2000028562A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
gas sensor
ceramic
semiconductor oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10200000A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Maki
正雄 牧
Takashi Niwa
孝 丹羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10200000A priority Critical patent/JP2000028562A/en
Publication of JP2000028562A publication Critical patent/JP2000028562A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide stable performance and a stable service life as to a semiconductor gas sensor applied to a passage for combustion exhaust gas for detecting incomplete combustion. SOLUTION: A pair of comb-shaped electrodes 3, elements provided with semiconductor oxide coating films 4 on respective surfaces of the electrodes 3, a ceramic gas-permable selective body 5 provided to be layered on a semiconductor oxide coating film 4 side of the elements, sealed by a sealing member 7 and having a controlled micro-pore size, and a porous catalyst provided on a surface corresponding to one of the comb-shaped electrodes 3 on the ceramic gas permable selective body 5 are provided on a surface of a heat-resistant insulating base material 2 provided with a heating means 1 in its back face. Poisoning gas is prevented from flowing into the semiconductor oxide coating films 4 by the gas permable selective body 5, and a stable sensitivity characteristics is provided to monitor zero gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一酸化炭素を検出す
るガスセンサに関し、過酷な使用環境でのセンサ動作の
安定性、ならびに耐久性に優れたガスセンサに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor for detecting carbon monoxide, and more particularly, to a gas sensor which is excellent in stability of operation in a severe use environment and durability.

【0002】[0002]

【従来の技術】一酸化炭素は無色、無味、無臭の気体
で、空気よりやや軽いが毒性が強く200PPMくらい
の低濃度でも2〜3時間呼吸すると頭痛などが生じ、3
000PPM以上の濃度になると10分位で、6000
PPM以上の濃度になると数分間で死亡する。
2. Description of the Related Art Carbon monoxide is a colorless, tasteless and odorless gas, slightly lighter than air but highly toxic, and causes headaches when breathing for 2-3 hours even at a low concentration of about 200 PPM.
When the concentration becomes 000PPM or more, it takes about 10 minutes,
At concentrations above PPM, they die within minutes.

【0003】一般家庭でも一酸化炭素は、瞬間湯沸かし
器、風呂釜、石油暖房器具およびガス暖房器具や炭火な
どから発生するので、これらの機器に内蔵して用いた
り、または室内に設置して用いることのできる安価で小
型で信頼性の高い一酸化炭素ガス検知センサが強く要望
されている。
[0003] Even in ordinary households, carbon monoxide is generated from instantaneous water heaters, bath kettles, oil heating appliances, gas heating appliances, charcoal fires, etc., and should be used in these appliances or installed indoors. There is a strong demand for an inexpensive, compact, and highly reliable carbon monoxide gas detection sensor that can be used.

【0004】従来から提案されているガスセンサとくに
一酸化炭素検知センサとしては、電解液に一酸化炭素
(CO)を吸収させて酸化する電極を設けて、CO濃度
に比例する電流値からCO濃度を検知する方式(定電位
電解ガスセンサ)、貴金属などの微量の添加元素で増感
した酸化スズ(Sn02)などの焼結体タイプのn型半
導体酸化物を用いて、これらの半導体が可燃性ガスと接
触した際に電気電導度が変化する特性を利用してガスを
検知する方式(半導体型ガスセンサ)、20μm程度の
白金の細線にアルミナを添着し、貴金属を担持したもの
と担持しない一対の比較素子を用いて一定温度に加熱し
て使い、可燃性ガスがこの素子に接触して触媒酸化反応
を行った際の発熱差を検出する方式(接触燃焼式ガスセ
ンサ)などが知られている。これらは例えば[文献1]
大森豊明監修:「センサ実用事典」:フジ・テクノシス
テム 第14章ガスセンサの基礎(春田正毅担当)、P
112−130(1986)に詳しい記述がある。
As a conventionally proposed gas sensor, particularly a carbon monoxide detection sensor, an electrode for absorbing and oxidizing carbon monoxide (CO) in an electrolytic solution is provided, and the CO concentration is calculated from a current value proportional to the CO concentration. Using a sensing method (a potentiostatic electrolytic gas sensor), a sintered body type n-type semiconductor oxide such as tin oxide (Sn02) sensitized with a small amount of an additional element such as a noble metal, these semiconductors are used as a combustible gas. A method of detecting gas by using the property that the electric conductivity changes when contacted (semiconductor type gas sensor), a pair of comparative elements in which alumina is attached to a thin platinum wire of about 20 μm and noble metal is supported A method of detecting the difference in heat generated when a combustible gas comes into contact with this element to perform a catalytic oxidation reaction (a contact combustion type gas sensor) is known. There. These are described, for example, in [Reference 1].
Supervised by Toyoaki Omori: "Practice Encyclopedia of Sensors": Fuji Techno System Chapter 14 Basics of Gas Sensors (Masatoshi Haruta), P
112-130 (1986).

【0005】とくに半導体式COセンサとしては、[文
献2]特公昭53−43320号公報および[文献3]
特開昭61−50051号公報に金属酸化物半導体の抵
抗値の変化を利用したガスセンサを、高温域と低温域に
交互に周期的に加熱し、低温域におけるガスセンサの出
力を間欠的にサンプリングしてCOガスを検出する方法
およびその改良が提案されている。これらは、主に信号
処理面からの工夫によりCO検出の選択性を高める点に
特徴がある。また[文献4]特開平1−227951号
公報には、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物をセ
ンサ本体としたガスセンサにおいて、センサ本体の表面
にゼオライトの被覆層を設けたガスセンサが提案されて
いる。これも狙いはCO検出の選択性を改良する点にあ
る。
[0005] Particularly, as a semiconductor type CO sensor, [Reference 2] Japanese Patent Publication No. 53-43320 and [Reference 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-50051 discloses that a gas sensor utilizing a change in the resistance value of a metal oxide semiconductor is periodically and alternately heated to a high temperature region and a low temperature region, and the output of the gas sensor in a low temperature region is intermittently sampled. There has been proposed a method of detecting CO gas by using the method and an improvement thereof. These are characterized in that the selectivity of CO detection is enhanced mainly by devising the signal processing aspect. [Reference 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-227951 proposes a gas sensor in which a metal oxide whose resistance value changes with gas is used as a sensor main body, in which a zeolite coating layer is provided on the surface of the sensor main body. I have. This also aims at improving the selectivity of CO detection.

【0006】また電気化学セルを形成して用いるガスセ
ンサとしては、安定化ジルコニアを電解質として用いる
酸素センサが自動車の排ガス浄化の制御に実用化されよ
く知られている。これは、酸素の濃淡電池の起電力を利
用する方式である。酸素と同時に一酸化炭素、二酸化炭
素を測定するガスセンサが提案されている。例えば、
[文献5]特開平4−320955号公報および[文献
6]特開平4−320956号公報等がある。ただし、
この方法の場合、濃淡電池を形成するため、一方側の電
極に濃度既知の試料ガスを導入する必要があり、分析機
器としては適用性が高くても、測定の都度試料ガスを導
入することは出来ず、家庭用機器には不向きである。し
かし、この方法は電極の劣化などをその都度補正するこ
とができる。
As a gas sensor used by forming an electrochemical cell, an oxygen sensor using stabilized zirconia as an electrolyte has been put to practical use for controlling exhaust gas purification of automobiles and is well known. This is a system utilizing the electromotive force of an oxygen concentration cell. A gas sensor that measures carbon monoxide and carbon dioxide simultaneously with oxygen has been proposed. For example,
[Reference 5] JP-A-4-320955 and [Reference 6] JP-A-4-320956. However,
In the case of this method, it is necessary to introduce a sample gas of a known concentration to one of the electrodes to form a concentration cell. Even if the analytical instrument has high applicability, it is not necessary to introduce the sample gas every measurement. Not suitable for household appliances. However, this method can correct electrode deterioration and the like each time.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これらの化学センサは
いずれも以下の欠点を有している。すなわち定電位電解
ガスセンサ、半導体型ガスセンサ、接触燃焼式ガスセン
サとも原理的に還元性ガス(可燃性ガス)に無差別に反
応するため各種工夫をおこなったとしても基本的には、
一酸化炭素(CO)以外の水素、アルコールなども検知
してしまう特性を持っている。つまりCOの選択性が悪
いという欠点を持っている。また、センサおよびセンサ
システムが全般的に高価で、センサの信号処理回路も複
雑になる欠点を持っている。また接触燃焼式を除いて
は、CO濃度に対してセンサの出力が非線形なため制御
性が悪いという欠点もあった。
All of these chemical sensors have the following disadvantages. In other words, even if a constant potential electrolytic gas sensor, a semiconductor type gas sensor, and a catalytic combustion type gas sensor in principle react indiscriminately to reducing gas (combustible gas) indiscriminately, even if various measures are taken, basically,
It has the property of detecting hydrogen, alcohol, etc. other than carbon monoxide (CO). That is, there is a disadvantage that the selectivity of CO is poor. In addition, the sensor and the sensor system are disadvantageous in that they are generally expensive and the signal processing circuit of the sensor is complicated. Except for the catalytic combustion type, there is also a disadvantage that the controllability is poor because the output of the sensor is non-linear with respect to the CO concentration.

【0008】基本的に、触媒あるいは化学吸着現象を応
用する化学センサの場合、一般に触媒の耐久性と選択性
とは相反する面があり、選択性をあげるため化学センサ
の動作を触媒反応の活性化支配側(低温側)で使うと触
媒表面上への種々の被毒ガスの吸着が起こり易く、触媒
の劣化が速く進行し耐久性が持たない。逆に動作を拡散
支配側(高温側)で使うと選択性が悪くなる面がある。
例えば、半導体型ガスセンサとしてTi4+をドープし
たαFe23に金微粒子を担持した素子を用いるセンサ
の場合、極めてCOの水素、アルコールなどに対する選
択性は優れているが触媒の耐久性に欠点がある。前記文
献2ないし7に記載の方法は、センサ素子自体が耐久性
に関係する各種被毒ガスから保護されていないため基本
的に素子の耐久性を改善するものではない。またこの点
では、ゼオライトは被毒ガスの除去効果が期待できる
が、実際に効果を有効にしようとすればゼオライト自体
の細孔構造以上にゼオライト皮膜の細孔構造の制御が必
要になる。しかし、この制御が極めて困難なため実際上
のゼオライトの効果が少なくなってしまう。すなわち、
この方法はガスセンサの選択性を向上させる効果はあっ
ても、耐久性向上にはあまり寄与しない。
[0008] Basically, in the case of a chemical sensor utilizing a catalyst or a chemical adsorption phenomenon, the durability and selectivity of the catalyst are generally in conflict with each other, and the operation of the chemical sensor is increased by increasing the selectivity. When the catalyst is used on the side where the formation is controlled (low temperature side), various poisonous gases are easily adsorbed on the surface of the catalyst, and the catalyst deteriorates rapidly and does not have durability. Conversely, if the operation is used on the diffusion dominant side (high temperature side), selectivity may deteriorate.
For example, in the case of a sensor using a device in which gold particles are supported on Ti 4 + -doped αFe 2 O 3 as a semiconductor type gas sensor, the selectivity to hydrogen and alcohol of CO is extremely excellent, but the durability of the catalyst is disadvantageous. There is. The methods described in Documents 2 to 7 do not basically improve the durability of the sensor element because the sensor element itself is not protected from various poisoning gases related to durability. At this point, zeolite can be expected to have an effect of removing poisonous gas. However, in order to actually make the effect effective, it is necessary to control the pore structure of the zeolite film more than the pore structure of the zeolite itself. However, since this control is extremely difficult, the effect of the actual zeolite is reduced. That is,
Although this method has the effect of improving the selectivity of the gas sensor, it does not contribute much to the improvement of durability.

【0009】金属酸化物半導体の抵抗変化を利用するガ
スセンサの場合、一般にガス漏れ警報器として実用化さ
れているが、耐久性は、通常3年程度とされている。こ
れは被毒ガスによる半導体酸化物の劣化が原因である。
一酸化炭素検知ガスセンサを燃焼機器に内蔵する場合、
ガスセンサの耐久性としては、10年程度が必要であ
り、従来技術に対しての大幅な耐久性の向上が求められ
る。
In the case of a gas sensor utilizing a change in resistance of a metal oxide semiconductor, it is generally put into practical use as a gas leak alarm, but its durability is usually about three years. This is due to the deterioration of the semiconductor oxide due to the poisoning gas.
When the carbon monoxide detection gas sensor is built into the combustion equipment,
The durability of the gas sensor is required to be about 10 years, and it is required to greatly improve the durability compared with the conventional technology.

【0010】ガスセンサを燃焼機器に搭載して不完全燃
焼の検出の目的に用いる場合、不完全燃焼の危険性が増
加するのは、燃焼機器をかなり使い込んだ後の状態の場
合の方が多いが、そのときにはガスセンサの劣化が進行
している危険性があり、ガスセンサの劣化により出力信
号が低下すると不完全燃焼を検出できないという問題点
があった。
When a gas sensor is mounted on a combustion device and used for detecting incomplete combustion, the risk of incomplete combustion increases more often in a state after the combustion device has been considerably used. At that time, there is a risk that the gas sensor is deteriorating, and there is a problem that incomplete combustion cannot be detected if the output signal is reduced due to the deterioration of the gas sensor.

【0011】これは、化学センサの出力が低下するの
は、すなわち劣化するのは、化学センサの中心的な機能
を担う電極や触媒が反応の進行とともに経時的に劣化す
ることによるものであり、この劣化は、燃焼の排気ガス
中に存在する水素、炭化水素などの還元性ガスで触媒が
還元されたり、電極表面に硫黄系化合物などが強く吸着
したりして、一酸化炭素の検出反応が阻害されることに
よる。これらの化学センサでは、センサ機能の中心を担
う電極または触媒などに貴金属を用いる場合が多いが、
これらの貴金属は、硫黄系化合物やシリコーン系化合物
に弱くて劣化し易く、耐久性の確保が非常に困難になる
という問題点があった。また燃焼機器の排気ガスに共存
する炭化水素は、分子量も大きく、分子のサイズも大き
いため、白金のような貴金属表面に吸着すると、一酸化
炭素の吸着が阻害され、妨害ガスとして悪影響を及ぼす
という問題点もあった。
The reason why the output of the chemical sensor is reduced, that is, the deterioration is caused by the deterioration of the electrode or catalyst which plays a central function of the chemical sensor with time as the reaction proceeds, This deterioration is caused by the reduction of the catalyst by reducing gases such as hydrogen and hydrocarbons present in the exhaust gas of combustion, and the strong adsorption of sulfur-based compounds on the electrode surface, resulting in the detection reaction of carbon monoxide. By being inhibited. In these chemical sensors, noble metals are often used for electrodes or catalysts that play a central role in the sensor function,
These noble metals are susceptible to sulfur-based compounds and silicone-based compounds and are susceptible to deterioration, making it extremely difficult to ensure durability. In addition, hydrocarbons that coexist in the exhaust gas of combustion equipment have a large molecular weight and a large molecular size, so if they are adsorbed on the surface of a noble metal such as platinum, the adsorption of carbon monoxide is hindered, which has a negative effect as an interfering gas. There were also problems.

【0012】さらに、本質的にセンサシステムがフェー
ルセーフでないため、これを高い信頼性で実用化できる
ようにするためには、極めて耐久性において信頼度が高
いセンサが求められるが、現在、思想的レベルにおいて
も耐久性の保証をきちんと確立できたセンサシステムは
実現されていないという問題点もあった。
Furthermore, since the sensor system is essentially not fail-safe, a highly reliable sensor with extremely high durability is required in order to be able to put it to practical use with high reliability. Even at the level, there was a problem that a sensor system that could properly establish durability was not realized.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明のガスセンサは、耐熱絶縁性基材の表面
に一対の電極と、この一対の電極表面上に設けた半導体
酸化物皮膜と前記半導体酸化物皮膜側の上に設けた細孔
径を制御して成るセラミックガス選択透過体と前記セラ
ミックガス選択透過体上の片方の電極に対応する面に設
けられた多孔性触媒を備えた構成を基本構成とするもの
である。
In order to solve the above-mentioned problems, a gas sensor according to the present invention comprises a pair of electrodes on a surface of a heat-resistant insulating substrate, and a semiconductor oxide provided on the pair of electrodes. A ceramic gas selective permeable body provided on the side of the coating and the semiconductor oxide film and having a controlled pore diameter; and a porous catalyst provided on a surface corresponding to one electrode on the ceramic gas selective permeable body. The basic configuration is the configuration described above.

【0014】そして、この基本構成にさらに、半導体酸
化物皮膜を加熱する加熱手段および被検出ガスがガス選
択透過体を透過せず直接半導体酸化物皮膜に到達するの
を防ぐために、ガス選択透過体と半導体酸化物皮膜との
間の空間を塞ぐためのシール部材をこの空間に配設する
構成としたものである。
Further, in addition to this basic structure, a heating means for heating the semiconductor oxide film and a gas selective permeable member for preventing the gas to be detected from directly reaching the semiconductor oxide film without passing through the gas selective permeable member. A seal member for closing a space between the semiconductor oxide film and the semiconductor oxide film is provided in this space.

【0015】本発明の基本思想は、センサの劣化は、大
部分が共存ガスによって生じるので、一酸化炭素の検出
に必要なガス以外の共存ガスは、ガス検出素子に触れさ
せいようにすれば、半永久的な耐久性が実現でき、半永
久的な耐久性が実現できれば、実用的にはフェールアウ
トは問題にはならないという考え方である。すなわち、
上記ガス選択透過体を介して、ガス検知素子に被検出ガ
スを含む気体が接触する構成によって、センサ寿命に悪
影響を及ぼす共存ガスのガス検知素子への到達を規制す
るものである。すなわち半導体金属酸化物を用いるガス
センサの最大の課題である電極の一酸化炭素以外のガス
例えば亜硫酸ガスによる劣化を細孔径を制御してなるガ
ス選択透過体によりその電極面への侵入を抑制または遮
断することで防止するものである。
[0015] The basic idea of the present invention is that most of the deterioration of the sensor is caused by the coexisting gas, so that coexisting gases other than the gas necessary for detecting carbon monoxide should be allowed to touch the gas detecting element. The idea is that if semi-permanent durability can be realized, and if semi-permanent durability can be realized, fail-out does not actually become a problem. That is,
The configuration in which the gas containing the gas to be detected comes into contact with the gas detection element via the gas selective permeable member restricts the arrival of the coexisting gas that adversely affects the sensor life to the gas detection element. In other words, the biggest problem of gas sensors using semiconductor metal oxides is that the deterioration of the electrode due to a gas other than carbon monoxide, such as sulfurous acid gas, is suppressed or blocked by a gas selective permeator whose pore size is controlled by a gas selective permeator. Is to prevent it.

【0016】ガス選択透過体は、その細孔を制御した多
孔体を用いて、多孔体中のガスの透過速度の違いを利用
して、被検出ガスと検出に不要な共存ガスとの分離を行
う。
The gas selective permeator uses a porous body whose pores are controlled, and utilizes the difference in gas permeation rate in the porous body to separate a gas to be detected from a coexisting gas unnecessary for detection. Do.

【0017】一般に多孔体の細孔内の気体分子の透過機
構は、以下のように変化する。気相での流れは、分子間
の衝突が支配的な粘性流領域から、細孔サイズが小さく
なるとともに、分子−細孔壁間の衝突が支配的なKnu
dsen(クヌッセン)拡散領域に移行する。この時、
分子の個々の性質が現れるようになり、透過速度の比は
理論的には、分子量の比の平方根で与えられる。さら
に、細孔が小さくなり、分子のサイズになると、気体分
子は流れに垂直な方向の運動の自由度を失い、気体とし
て存在することができなくなる。この状態を分子篩と呼
んでいる。また、分子が細孔の壁面に吸着しつつ輸送さ
れる表面拡散が気相流と併存する。とくに、圧力が毛管
凝縮圧を越えると、吸着層が全細孔を覆うため、表面拡
散は毛管凝縮流に移行する。
In general, the permeation mechanism of gas molecules in the pores of a porous body changes as follows. The flow in the gas phase is reduced from the viscous flow region where the collision between molecules is dominant, and the pore size is reduced and the Knu where the collision between the molecule and the pore wall is dominant.
Move to the dsen (Knussen) diffusion region. At this time,
The individual properties of the molecule become apparent, and the ratio of the permeation rates is theoretically given by the square root of the ratio of the molecular weights. Furthermore, as the pores become smaller and the size of the molecules becomes smaller, the gas molecules lose their freedom of movement in the direction perpendicular to the flow and cannot exist as a gas. This state is called a molecular sieve. In addition, surface diffusion in which molecules are transported while being adsorbed on the pore wall surface coexists with the gas phase flow. In particular, when the pressure exceeds the capillary condensation pressure, the surface diffusion shifts to the capillary condensation flow because the adsorbent layer covers all pores.

【0018】一酸化炭素の場合には、ガス検知素子の動
作に必要な一酸化炭素と酸素に対して、悪影響を及ぼす
亜硫酸ガスおよび灯油蒸気などの炭化水素ガスなどの共
存ガスとは、分子量が異なるので、クヌッセン拡散領域
の細孔サイズで、ガス検知素子への流入を規制すること
ができる。さらに、表面拡散、毛管凝縮流、分子篩を利
用することで、分離能を高めることができる。本発明で
は、とくに、オングストロームオーダーでの細孔径の制
御と、細孔内の表面の化学的な改質を目的とした細孔内
への被膜形成により、有効なガス選択透過性を多孔体に
付与して用いる。
In the case of carbon monoxide, the coexisting gas such as a sulfur dioxide gas and a hydrocarbon gas such as kerosene vapor, which have a bad influence on carbon monoxide and oxygen necessary for the operation of the gas detection element, has a molecular weight. Since they are different, the flow into the gas detection element can be regulated by the pore size of the Knudsen diffusion region. Further, the use of surface diffusion, capillary condensed flow, and molecular sieve can enhance the separation ability. In the present invention, in particular, by controlling the pore diameter on the order of angstrom and forming a film in the pores for the purpose of chemically modifying the surface of the pores, an effective gas selective permeability can be obtained in the porous body. Used by giving.

【0019】この場合には、シリカもしくはジルコニア
の一種以上を含む皮膜にて細孔径を制御したガス選択透
過体を通してガス検知素子とガスを接触させる。細孔径
が10Å以下のサイズの場合、ガス分子は、分子篩型ま
たは表面拡散型の透過性を示し、ガス分子のサイズによ
り流入が規制される特性または、ガス分子と細孔内壁と
の親和性により多孔体内部への拡散性が決定される特性
を持つ。ガス検出素子の動作に必要なガスの出入りの挙
動はガス検知素子の原理により異なるが、半導体式の場
合には、一酸化炭素、酸素が流入しガス検知素子に接触
することであるが、検知素子が裸の状態にある場合に
は、前記以外に、検知素子の動作には直接関係はしない
窒素および水蒸気や検知素子の妨害ガスになる二酸化硫
黄や灯油蒸気さらにはシリコーン系化合物などが進入し
てくる。
In this case, the gas is brought into contact with the gas detecting element through a gas selective permeable body having a controlled pore size by a film containing at least one of silica and zirconia. When the pore diameter is 10 mm or less, the gas molecule exhibits molecular sieve type or surface diffusion type permeability, and the inflow is regulated by the size of the gas molecule or the affinity between the gas molecule and the inner wall of the pore. It has the property that the diffusivity into the porous body is determined. The behavior of gas in and out required for operation of the gas detection element differs depending on the principle of the gas detection element.In the case of a semiconductor type, it means that carbon monoxide and oxygen flow in and come into contact with the gas detection element. When the element is bare, other than the above, nitrogen and water vapor, which are not directly related to the operation of the detection element, sulfur dioxide or kerosene vapor which becomes an interfering gas of the detection element, and a silicone-based compound enter. Come.

【0020】灯油蒸気やシリコーン系化合物などは、分
子のサイズが大きいため、流入を有効に規制でき、また
二酸化硫黄についても大幅に流入を規制できるが、水蒸
気については、一酸化炭素分子と同レベルの分子サイズ
をもつため通常は、流入の規制ができない上に、条件に
よっては多孔体の細孔内で毛管凝縮を起こし細孔を閉塞
してしまう懸念をもつ。その点についてガス選択透過体
の表面をシリカもしくはジルコニアの一種以上を含む皮
膜にて被覆することで強い疎水性を持たせることがで
き、水蒸気の表面拡散性を阻害し水蒸気の凝縮を防止で
きる。また同様に親水的な二酸化硫黄の表面拡散性も阻
害し、二酸化硫黄の流入をブロックできる。
Since kerosene vapor and silicone compounds have a large molecular size, the inflow can be effectively controlled, and the inflow of sulfur dioxide can be largely controlled, but the water vapor has the same level as the carbon monoxide molecule. In general, it is not possible to control the inflow, and depending on the conditions, there is a concern that capillary condensation occurs in the pores of the porous body and the pores are blocked. In this regard, by coating the surface of the gas selective permeable material with a film containing at least one of silica and zirconia, strong hydrophobicity can be imparted, and the surface diffusivity of water vapor can be inhibited to prevent condensation of water vapor. Similarly, it also inhibits hydrophilic surface diffusion of sulfur dioxide and can block the inflow of sulfur dioxide.

【0021】上記により、半導体金属酸化物などのガス
検出素子を構成する要素への被毒影響を軽減化すること
ができる。なお多孔体の基材の材質は耐熱性の観点から
セラミック製を用いることが必要である。
As described above, it is possible to reduce the influence of poisoning on elements constituting the gas detection element such as a semiconductor metal oxide. The material of the porous base material must be made of ceramic from the viewpoint of heat resistance.

【0022】加熱手段としては、電熱線、抵抗ヒータ膜
など各種手段が適用でき、抵抗ヒータ膜に用いる材料と
しては、白金など貴金属系のものが耐久性の点では望ま
しく、また電熱線を用いる場合には、鉄−クロム系、ニ
ッケル−クロム系のものが用いることができる。加熱手
段と併用して、必要に応じて、サーミスタ、熱電対など
の温度検知手段を併用して温度制御を実施する。
As the heating means, various means such as a heating wire and a resistance heater film can be applied. As a material used for the resistance heater film, a noble metal-based material such as platinum is preferable in terms of durability. The iron-chromium-based and nickel-chromium-based ones can be used. The temperature control is carried out in combination with a heating means and, if necessary, with a temperature detecting means such as a thermistor or a thermocouple.

【0023】ガス選択透過体のベースとなるセラミック
の多孔体基材について以下に説明する。セラミックの多
孔体基材は、すでに多孔性セラミックまたは多孔性ガラ
スとして市販されているものを用いて作製する。多孔性
セラミックまたは多孔性ガラスはセラミックフィルター
として各種用途に利用されおり、例えば、ビールの酵母
の分離などに利用されていることはよく知られている。
その孔径は0.05μmから数μm程度であるが、この
ままでは、ガスの選択透過性は得られないので、その細
孔を埋めて細孔径を制御する必要がある。
The ceramic porous substrate serving as the base of the gas selective permeable body will be described below. The ceramic porous substrate is prepared using a commercially available porous ceramic or porous glass. It is well known that porous ceramic or porous glass is used for various applications as a ceramic filter, for example, for separation of yeast from beer.
Although the pore size is about 0.05 μm to several μm, gas permeability cannot be obtained as it is, and it is necessary to control the pore size by filling the pores.

【0024】細孔径の制御方法としては、細孔表面上に
ゾル−ゲル皮膜を形成して行う方法。または、熱分解に
より細孔内に皮膜を形成して細孔を制御するCVD法な
どが有力な方法であるが、これまで知られている各種皮
膜形成法が適用可能である。
The method for controlling the pore diameter is to form a sol-gel film on the surface of the pores. Alternatively, a CVD method or the like in which a film is formed in the pores by thermal decomposition to control the pores is a promising method, but various known film forming methods can be applied.

【0025】この中で、例えば、金属アルコキシドの分
解反応(ゾルゲル法)やCVD反応を利用する方法は有
効で、細孔径をガスの分子拡散領域の孔径まで制御する
ことができる。これらの方法によると孔径は、平均細孔
径で10Å以下の均一な細孔に制御できる。ゾルゲル法
よりは、CVD法の方が細孔径をより細かく均一に制御
することができる。この場合の細孔のサイズは、ガス分
子のサイズまでにする必要があり、多孔体の細孔内のガ
スの移動は、細孔表面の物質とガスとの相互作用の影響
も加わり、現実には複雑な拡散特性をもつが、基本的に
はガス透過過程は、分子篩拡散または表面拡散の領域に
なり、分子のサイズの大きな分子の透過を著しく阻害す
るかまたは、細孔内壁との親和性によって拡散特性が規
制されるような特性をもつようにして、大きなサイズの
分子または細孔内壁との親和性の低い分子は、ガス選択
透過体を通過することができないようにする必要があ
る。
Among them, for example, a method utilizing a decomposition reaction of metal alkoxide (sol-gel method) or a CVD reaction is effective, and the pore diameter can be controlled to the diameter of the gas diffusion region of gas. According to these methods, the pore diameter can be controlled to uniform pores having an average pore diameter of 10 ° or less. The CVD method can control the pore diameter finer and more uniformly than the sol-gel method. In this case, the size of the pores must be reduced to the size of the gas molecules, and the movement of gas in the pores of the porous body is affected by the interaction between the gas and the substance on the surface of the pores. Has complex diffusion properties, but basically the gas permeation process is in the region of molecular sieve diffusion or surface diffusion, which significantly impedes the permeation of large molecules or has an affinity with the inner wall of the pore. Therefore, it is necessary to prevent molecules having a large size or molecules having low affinity with the inner wall of the pore from passing through the gas selective permeator so as to have a property such that the diffusion property is regulated by the gas.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明は、耐熱絶縁性基材の表面
に一対の電極とこの一対の電極表面上に設けた半導体酸
化物皮膜と前記半導体酸化物皮膜側の上に設けた細孔径
を制御して成るセラミックガス選択透過体と前記セラミ
ックガス選択透過体上の片方の電極に対応する面に設け
た多孔性触媒を備た構成を基本構成する。この基本構成
に加熱手段を加えることにより半導体式ガスセンサは、
所定の温度条件下での動作および多孔性触媒体の一酸化
炭素の酸化の触媒活性が確保される。さらに、ガス選択
透過体と半導体酸化物との間の空間にシール部材を配設
し、被検出ガスがガス選択透過体を透過せず直接半導体
酸化物皮膜に到達するのを防ぐことによりセンサ動作の
安定性を確保できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a heat-insulating base material having a pair of electrodes, a semiconductor oxide film provided on the pair of electrode surfaces, and a pore diameter provided on the semiconductor oxide film side. And a porous catalyst provided on a surface corresponding to one of the electrodes on the ceramic gas selective permeable body. By adding heating means to this basic configuration, the semiconductor gas sensor
Operation under a predetermined temperature condition and catalytic activity for oxidation of carbon monoxide in the porous catalyst body are ensured. Further, a seal member is provided in a space between the gas selective permeable body and the semiconductor oxide to prevent the gas to be detected from reaching the semiconductor oxide film directly without passing through the gas selective permeable body. Stability can be ensured.

【0027】本ガスセンサの動作について説明する。多
孔性触媒体を配置しない電極上の半導体皮膜について
は、一酸化炭素などの可燃性ガスを含まない空気の場合
には、ガス選択透過体を介して半導体酸化物皮膜に到達
した空気は、半導体酸化物皮膜を安定な酸化状態に保持
するため、電極上の半導体酸化物皮膜抵抗値は、高抵抗
値側で変化がない。次に一酸化炭素含有空気が到達した
場合には、一酸化炭素は、半導体酸化物を還元し、半導
体酸化物内の電子または正孔の補捉が解かれ、導電性が
現れ、抵抗値が下がって、一酸化炭素が検出される。こ
の抵抗値は、一酸化炭素濃度に関係するので、両者の関
数関係から、一酸化炭素濃度を検出することができる。
これに対して他方の電極上の半導体酸化物皮膜には、多
孔性触媒体によって一酸化炭素は、酸化され、一酸化炭
素を含有しない空気が常に到達するため抵抗値は、高抵
抗を維持したままの状態となる。すなわち、後者の抵抗
値は、ゼロ点に相当する抵抗値を示す。両者の抵抗値の
比を演算して用いることで、微妙な温度変化に伴う特性
変化をキャンセルすることができる。また、この場合
に、一酸化炭素の検出は、間欠データになるが半導体酸
化物皮膜への一酸化炭素の吸着等の影響による特性の不
安定性を取り除く目的で、半導体酸化物皮膜を酸化安定
状態に復帰させるための周期的な温度変化(すなわち、
高温動作および低温動作の周期的な繰り返し)を実施し
ても良い。加熱手段の温度を高温設定と低温設定は、マ
イクロコンピュータにより加熱手段の電力を2段階で設
定することで、設定できる。これにより、高温側の温度
で半導体酸化物皮膜の酸化再生が進み、半導体酸化物皮
膜の抵抗値は、高抵抗になる。これに対して、低温の温
度設定を半導体酸化物皮膜の感度の大きな温度に設定す
れば、低温側で抵抗値を測定することで良好な感度で一
酸化炭素の検出ができる。また、多孔性触媒を配した側
の半導体酸化物皮膜の抵抗値は、ゼロ点に対応するの
で、両者の比を求めれば、温度特性の影響をキャンセル
したセンサの特性が得られることになる。このような実
施の形態により、安定したセンサの出力が得られること
になる。
The operation of the gas sensor will be described. Regarding the semiconductor film on the electrode on which the porous catalyst is not disposed, in the case of air containing no flammable gas such as carbon monoxide, the air arriving at the semiconductor oxide film via the gas selective permeable body is a semiconductor. In order to keep the oxide film in a stable oxidized state, the resistance of the semiconductor oxide film on the electrode does not change on the high resistance side. Next, when the carbon monoxide-containing air arrives, the carbon monoxide reduces the semiconductor oxide, the trapping of electrons or holes in the semiconductor oxide is released, the conductivity appears, and the resistance value decreases. Down, carbon monoxide is detected. Since this resistance value is related to the carbon monoxide concentration, the carbon monoxide concentration can be detected from the functional relationship between the two.
On the other hand, carbon monoxide was oxidized by the porous catalyst to the semiconductor oxide film on the other electrode, and air not containing carbon monoxide always arrived, so that the resistance value maintained a high resistance. It remains as it is. That is, the latter resistance value indicates a resistance value corresponding to the zero point. By calculating and using the ratio of the two resistance values, it is possible to cancel a characteristic change due to a subtle temperature change. In this case, the detection of carbon monoxide is intermittent data. However, in order to remove the instability of the characteristics due to the influence of adsorption of carbon monoxide to the semiconductor oxide film, the semiconductor oxide film is placed in an oxidation stable state. Periodic temperature change to return to
High-temperature operation and low-temperature operation). The setting of the high temperature and the low temperature of the heating means can be set by setting the power of the heating means in two stages by a microcomputer. Thereby, the oxidative regeneration of the semiconductor oxide film proceeds at a high temperature, and the resistance value of the semiconductor oxide film becomes high. On the other hand, if the temperature setting at low temperature is set to a temperature at which the sensitivity of the semiconductor oxide film is large, carbon monoxide can be detected with good sensitivity by measuring the resistance value at the low temperature side. Further, since the resistance value of the semiconductor oxide film on the side where the porous catalyst is disposed corresponds to the zero point, if the ratio between the two is determined, the characteristics of the sensor in which the influence of the temperature characteristics has been canceled can be obtained. According to such an embodiment, a stable sensor output can be obtained.

【0028】ガス感応部に用いる半導体酸化物皮膜とし
ては、錫、インジウム、亜鉛などのn型半導体酸化物お
よびその感度を向上させるためのパラジウム、白金など
の貴金属増感材および皮膜の多孔化材を併用したものを
用いる。
Examples of the semiconductor oxide film used for the gas sensing portion include n-type semiconductor oxides such as tin, indium and zinc, and noble metal sensitizers such as palladium and platinum for improving the sensitivity, and porous materials for the films. Used in combination.

【0029】上記の構成により、半導体式一酸化炭素セ
ンサの最大の課題である金属酸化物半導体皮膜部の劣化
は、以下のように防止される。金属酸化物半導体皮膜を
劣化させるガスは、細孔径を制御して成るセラミックガ
ス選択透過体により面への流入が規制またはブロックさ
れることで劣化が防止される。
With the above configuration, deterioration of the metal oxide semiconductor film portion, which is the biggest problem of the semiconductor type carbon monoxide sensor, is prevented as follows. The gas that deteriorates the metal oxide semiconductor film is prevented from being deteriorated by restricting or blocking the inflow of the gas into the surface by the ceramic gas selective permeable member having a controlled pore diameter.

【0030】以上により、従来からの化学センサの最大
の弱点である不安定性、すなわちガセンサの中心の機能
を担う要素の劣化により、ゼロ点が経時的に大きく移動
したり、センサ検出感度が低下したりするなどの耐久性
にまつわる問題点を解消できる。
As described above, the zero point largely shifts with time or the sensor detection sensitivity decreases due to instability, which is the greatest weak point of the conventional chemical sensor, that is, the deterioration of the element performing the central function of the gas sensor. It is possible to eliminate problems related to durability such as rubbing.

【0031】また上記構造体の外部をセラミック繊維の
シートで外包し、その外側に電熱線を配設した構成を持
つ。本実施形態により、外部に配した電熱線によりガス
センサの動作に必要な温度が提供される。これらの電熱
線を用いることで高い信頼性のもとセンサ駆動に必要な
動作温度を実現することができる。このようにして構成
したセンサが耐久性および動作の安定性の面で優れてい
る。
Further, the outside of the above-mentioned structure is wrapped with a sheet of ceramic fiber, and a heating wire is arranged outside the outside. According to the present embodiment, the temperature required for the operation of the gas sensor is provided by an external heating wire. By using these heating wires, the operating temperature necessary for driving the sensor can be realized with high reliability. The sensor thus configured is excellent in durability and operation stability.

【0032】また加熱手段として、耐熱絶縁性基板の裏
面側に、スパッタリング膜、電子ビーム蒸着膜、印刷膜
の群から選定して成る抵抗膜を用いた構成としたもので
ある。
As a heating means, a resistance film selected from the group consisting of a sputtering film, an electron beam evaporation film, and a printed film is used on the back side of the heat-resistant insulating substrate.

【0033】これらの抵抗膜は、抵抗体として白金など
貴金属系を用いることで高い信頼性のもとセンサ駆動に
必要な動作温度を実現することができる。このようにし
て構成したセンサは耐久性および動作の安定性の面で優
れている。
By using a noble metal such as platinum as a resistor, these resistive films can realize an operating temperature necessary for driving the sensor with high reliability. The sensor thus configured is excellent in durability and operation stability.

【0034】また多孔性触媒体として、酸化触媒をセラ
ミック繊維中に混抄したセラミックシートを用いた構成
としたものである。
Further, the porous catalyst body is constituted by using a ceramic sheet in which an oxidation catalyst is mixed in ceramic fibers.

【0035】セラミック繊維としては、シリカ、アルミ
ナ、シリカ・アルミナ、ジルコニアなどの一種以上を組
み合わせた繊維を用いる。これらの無機繊維は1000
℃レベルの高い耐熱性と安定性を有する。酸化触媒とし
ては、鉄、マンガン、銅、ニッケル、コバルトなどの遷
移金属酸化物や複合酸化物およびγアルミナなどの耐熱
性多孔性担体上に白金、パラジウムなどの貴金属を担持
した触媒のいずれも用いることができる。耐水蒸気安定
性の観点からは、貴金属系が望ましい。本構成により、
多孔性触媒体および半導体ガスセンサ素子の動作に必要
な温度が得られる。このようにして構成したセンサは耐
久性および動作の安定性の面で優れている。
As the ceramic fiber, a fiber combining one or more of silica, alumina, silica / alumina, zirconia and the like is used. These inorganic fibers are 1000
It has high heat resistance and stability at the level of ° C. As the oxidation catalyst, any of transition metal oxides and complex oxides such as iron, manganese, copper, nickel, and cobalt, and catalysts in which noble metals such as platinum and palladium are supported on a heat-resistant porous carrier such as γ-alumina are used. be able to. From the viewpoint of water vapor stability, a noble metal is preferable. With this configuration,
The temperature required for the operation of the porous catalyst and the semiconductor gas sensor element is obtained. The sensor thus configured is excellent in durability and operation stability.

【0036】また、半導体酸化物皮膜として、錫、イン
ジウム、亜鉛の群から選定した一種以上の酸化物および
鉄化合物および金を含有する被膜を用いた構成としたも
のである。半導体酸化物皮膜としては、錫、インジウ
ム、亜鉛などのn型半導体酸化物およびその感度を向上
させるためのパラジウム、白金などの貴金属増感材を併
用して用いるが、これらの組成物の場合、最大の感度が
得られる温度が100〜150℃と低い課題がある。燃
焼機の排気ガスの温度は250℃程度になる場合がある
ためである。これに対して、、錫、インジウム、亜鉛の
群から選定した一種以上の酸化物および鉄化合物および
金を含有する被膜は、200〜300℃の恒温側の温度
条件下でも感度が安定しており、燃焼機の排気ガス環境
に適用するのに望ましい特性を持つ。この半導体酸化物
皮膜を用いて構成したガスセンサは耐久性および動作の
安定性の面で優れている。
Further, the semiconductor oxide film is formed using a film containing at least one oxide selected from the group consisting of tin, indium and zinc, an iron compound and gold. As the semiconductor oxide film, tin, indium, n-type semiconductor oxide such as zinc and palladium for improving the sensitivity thereof, a noble metal sensitizer such as platinum is used in combination, in the case of these compositions, There is a problem that the temperature at which the maximum sensitivity is obtained is as low as 100 to 150 ° C. This is because the temperature of the exhaust gas of the combustor may reach about 250 ° C. In contrast, a coating containing at least one oxide selected from the group consisting of tin, indium and zinc, an iron compound and gold has a stable sensitivity even at a constant temperature of 200 to 300 ° C. It has desirable characteristics to be applied to the exhaust gas environment of the combustor. A gas sensor formed using this semiconductor oxide film is excellent in durability and operation stability.

【0037】[0037]

【実施例】以下本発明の実施例について図1ないし図5
を用いて説明する。
FIG. 1 to FIG. 5 show an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.

【0038】(実施例1)図1は本発明の実施例1のガ
スセンサの断面概念図を示すものである。図1におい
て、1は、加熱手段で例えば、抵抗膜を形成して用い
る。2は、耐熱絶縁性基材で、アルミナなどのセラミッ
ク基材を用いる。3は電極としての櫛形電極で、白金、
金などを用いて、パターンを形成する。この櫛形電極
は、スパッタリングなどの薄膜タイプを用いても、ペー
ストなどの厚膜印刷のタイプを用いても良い。櫛形電極
3の表面上に4の半導体酸化物皮膜としての半導体金属
酸化物皮膜を形成する。皮膜の主成分としては、各種N
型半導体特性を持つ酸化物の中で、酸化錫、酸化インジ
ウム、酸化亜鉛などを含む皮膜は、良好なガス感度を有
する。これらの酸化物を含有する皮膜の中に、鉄、マン
ガン、銅、ニッケル、クロム、コバルトなどのP型半導
体酸化物を混ぜて、増感して用いても良い。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a conceptual sectional view of a gas sensor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heating unit which is formed, for example, of a resistance film. Reference numeral 2 denotes a heat-resistant insulating substrate using a ceramic substrate such as alumina. 3 is a comb-shaped electrode as an electrode,
A pattern is formed using gold or the like. This comb-shaped electrode may use a thin film type such as sputtering or a thick film printing type such as a paste. On the surface of the comb-shaped electrode 3, a semiconductor metal oxide film as a semiconductor oxide film 4 is formed. Various types of N
Among oxides having type semiconductor characteristics, a film containing tin oxide, indium oxide, zinc oxide, or the like has good gas sensitivity. A P-type semiconductor oxide such as iron, manganese, copper, nickel, chromium, or cobalt may be mixed in a film containing these oxides and used after sensitization.

【0039】半導体酸化物皮膜は半導体酸化物粉末をガ
ラスなどの結合材とカルボキシメチルセルロースなどの
ペースト特性を調整する高分子添加剤と樟脳などの多孔
化剤を溶剤とともに自動乳鉢や三本ロールミルなどの分
散機を用いて、ペースト化し、スクリーン印刷法で印
刷、乾燥、焼成して作製する。前記一対の半導体酸化物
皮膜に密着して細孔径を制御したセラミックガス選択透
過体5が積層して形成される。細孔径を制御したセラミ
ックガス選択透過体5の一対の櫛形電極の片方に対応す
る領域に多孔性触媒体6が配置される。
The semiconductor oxide film is formed by adding a semiconductor oxide powder to a binder such as glass, a polymer additive for adjusting paste properties such as carboxymethylcellulose, and a porogen such as camphor together with a solvent in an automatic mortar or a three-roll mill. It is made into a paste by using a disperser, printed by a screen printing method, dried, and fired. A ceramic gas selective permeable body 5 having a controlled pore diameter is formed by laminating the pair of semiconductor oxide films in close contact with each other. A porous catalyst body 6 is arranged in a region corresponding to one of a pair of comb-shaped electrodes of a ceramic gas selective permeable body 5 whose pore diameter is controlled.

【0040】シール部材7は、耐熱絶縁性基板2と細孔
径を制御したセラミックガス選択透過体とを接合するこ
とに加えて、ガスがバイパスして半導体酸化物皮膜4へ
到達することがないように、ガスは、細孔径を制御した
セラミックガス選択透過体5のみを介して流入するよう
に備えたものである。各種無機接着剤やガラス組成物を
用いて接合する。いずれの場合も、組成的に熱膨張係数
を調整したものを用いる必要がある。シール7は図1で
は外側に設けているが、細孔径を制御したセラミックガ
ス選択透過体5と耐熱絶縁性基板2の半導体酸化物皮膜
4を含まない対向した接触面に設けてもよい。
The sealing member 7 not only joins the heat-resistant insulating substrate 2 to the ceramic gas selective permeable body having a controlled pore diameter but also prevents the gas from reaching the semiconductor oxide film 4 by bypass. In addition, the gas is provided so as to flow through only the ceramic gas selective permeable body 5 whose pore diameter is controlled. Bonding is performed using various inorganic adhesives and glass compositions. In any case, it is necessary to use a composition whose thermal expansion coefficient is adjusted. Although the seal 7 is provided on the outside in FIG. 1, the seal 7 may be provided on the opposed contact surface of the heat-resistant insulating substrate 2 which does not include the semiconductor oxide film 4 and the ceramic gas selective permeable body 5 whose pore diameter is controlled.

【0041】多孔性触媒体は、ガスの透過特性を備えた
上で一酸化炭素含有ガスがその間を透過する際に一酸化
炭素を酸化する特性を備えたものであればよく、各種の
耐熱性多孔体に酸化触媒を担持したものを用いることが
できる。図1で加熱手段は、耐熱性絶縁性基板2の裏面
側に配置されているが、そこに限定されるものではな
く、多孔性触媒体の側に配置してもよい。
The porous catalyst may be any one having a gas permeation property and a property of oxidizing carbon monoxide when a carbon monoxide-containing gas permeates therethrough. What carried the oxidation catalyst in the porous body can be used. In FIG. 1, the heating means is disposed on the back side of the heat-resistant insulating substrate 2, but is not limited thereto, and may be disposed on the side of the porous catalyst.

【0042】半導体式ガスセンサとしての動作のための
250〜350℃の温度は、加熱手段1により提供され
る。片方の多孔性触媒体のない半導体酸化物皮膜には、
一酸化炭素を含有する空気が、他方の多孔性触媒体のあ
る半導体酸化物皮膜には、多孔性触媒体により一酸化炭
素を除去された空気が、いずれも細孔径を制御したセラ
ミックガス選択透過体の細孔内を拡散した上で到達す
る。一酸化炭素を含むガスが到達した場合に、片方は、
一酸化炭素を検出して低抵抗値を示すが、他方は、高抵
抗値で変化しない。この両者の比は、ゼロガスと検出ガ
スの感度を示すことになる。温度設定が経過時間ととも
に少し変化することがあっても、ゼロガスの特性との対
比でその影響をキャンセルすることができる。また半導
体式ガスセンサの半導体酸化物皮膜に吸着して寿命に悪
影響を及ぼすガス成分は、細孔径を制御したセラミック
製ガス選択透過体5により、電極面への到達を抑制また
は阻止されるため長寿命化が図れる。
A temperature of 250 to 350 ° C. for operation as a semiconductor gas sensor is provided by the heating means 1. One of the semiconductor oxide films without a porous catalyst is
The air containing carbon monoxide and the air on which the carbon monoxide has been removed by the porous catalyst are passed through the semiconductor oxide film having the other porous catalyst, and the ceramic gas is selectively permeated through a controlled pore diameter. It reaches after diffusing through the pores of the body. When the gas containing carbon monoxide arrives,
It detects carbon monoxide and shows a low resistance value, while the other does not change at a high resistance value. The ratio between the two indicates the sensitivity of the zero gas and the detection gas. Even if the temperature setting slightly changes with the lapse of time, the influence can be canceled by comparison with the characteristics of the zero gas. In addition, the gas component adsorbed on the semiconductor oxide film of the semiconductor gas sensor and adversely affecting its life is prevented or prevented from reaching the electrode surface by the ceramic gas selective permeable member 5 having a controlled pore diameter, so that the gas component has a long life. Can be achieved.

【0043】セラミック製ガス選択透過体5は、アルミ
ナあるいはジルコニアなどの焼結法により作製された細
孔径が0.1〜1μmのセラミック製多孔体基材を用い
て、ゾルゲル法もしくは、CVD法により、細孔表面上
に細孔制御皮膜を形成し用いる。すなわち、セラミック
原料粉末をそのままもしくは樹脂などの有機物と混合し
て所定の形状に成型した後、完全焼結する温度よりも低
温側で焼結して作製する。焼結法で作製される多孔体の
平均細孔径は、0.1μmが限度である。したがって、
本発明の目的に用いるためには、焼結法で作製された多
孔性基材を用いて、その細孔をコーティング膜により処
理する必要がある。焼結法で作製された、多孔体は精密
濾過膜として一般に市販されているので、本発明におい
ても、セラミック製多孔性基材は、この市販品を用いる
ことができる。
The ceramic gas selective permeable member 5 is formed by a sol-gel method or a CVD method using a ceramic porous substrate having a pore diameter of 0.1 to 1 μm produced by a sintering method such as alumina or zirconia. A pore control film is formed on the pore surface and used. That is, the ceramic raw material powder is formed as it is or mixed with an organic substance such as a resin to form a predetermined shape, and then sintered at a temperature lower than the temperature for complete sintering. The average pore diameter of the porous body produced by the sintering method is limited to 0.1 μm. Therefore,
In order to use for the purpose of the present invention, it is necessary to use a porous substrate produced by a sintering method and treat its pores with a coating film. Since the porous body produced by the sintering method is generally commercially available as a microfiltration membrane, the commercially available ceramic porous substrate can be used in the present invention.

【0044】次に、ゾルゲル法による、細孔制御方法に
ついて、以下で説明する。ジルコニウムイソプロボキシ
ドやテトラエトキシシランなどの金属アルコキシドを加
水分解後、塩酸等の触媒条件下で縮重合させて目的のゾ
ル溶液を作成する。このゾル溶液を貫通する孔をもつ多
孔性セラミックと接触、例えば多孔性セラミックをゾル
中に浸漬すると、毛管力によりゾル溶液が吸引され、こ
のゾルを乾燥させると、多孔性セラミックの細孔内でゾ
ルの濃縮さらにはゲル化が起こる。さらに、熱を進める
と、ゲル化から焼結が進みコーティング膜が形成され
る。必要により、ゾル溶液を多孔性セラミックを用いて
濾過する方法も採用できる。この方法を利用して、細孔
径の制御が可能になる。多孔性セラミックの細孔表面の
濡れ性、ゾルの溶剤、ゾルの濃度、浸漬時間、セラミッ
クの引き上げ速度などを調整することで比較的均質な細
孔径を持つガス選択透過体が得られる。
Next, a method of controlling pores by the sol-gel method will be described below. After hydrolyzing a metal alkoxide such as zirconium isopropoxide or tetraethoxysilane, it is subjected to polycondensation under catalytic conditions such as hydrochloric acid to prepare a desired sol solution. When the porous ceramic is contacted with a porous ceramic having pores penetrating the sol solution, for example, when the porous ceramic is immersed in the sol, the sol solution is sucked by capillary force, and when the sol is dried, the sol solution is dried in the pores of the porous ceramic. Concentration of the sol and further gelation occur. Further, when the heat is further advanced, sintering proceeds from gelation to form a coating film. If necessary, a method of filtering the sol solution using a porous ceramic can also be adopted. Using this method, the pore size can be controlled. By adjusting the wettability of the pore surface of the porous ceramic, the solvent of the sol, the concentration of the sol, the immersion time, the pulling speed of the ceramic, and the like, a gas selective permeable material having a relatively uniform pore diameter can be obtained.

【0045】ゾル−ゲル法以外にCVD法で、流通系で
化合物を熱分解させながら多孔体の細孔内に酸化物皮膜
を形成成長させることで細孔制御を行っても良い。
In addition to the sol-gel method, the pores may be controlled by forming and growing an oxide film in the pores of the porous body while thermally decomposing the compound in a flow system by a CVD method.

【0046】ガス選択透過体5の基材の材質について、
記載する。熱膨張係数の観点において、ガス選択透過体
の基材は、耐熱絶縁性基板1の材質と合わせるのが望ま
しい。
Regarding the material of the base material of the gas selective permeable body 5,
Describe. From the viewpoint of the coefficient of thermal expansion, it is desirable that the base material of the gas selective permeable body is matched with the material of the heat-resistant insulating substrate 1.

【0047】またガス選択透過体の細孔制御に用いる細
孔制御被膜の材質は、ジルコニア、シリカまたはその混
合物を用いるのが望ましい。ガス選択透過体を特に、1
0Å以下の平均細孔径にした場合に有効になる。10Å
以下の細孔は、ガス選択透過体の外部より内部に流れる
ガス流において高分子量のガスは通過させない有効な分
子篩効果を示す。また孔の内部に生成しているゲル皮膜
すなわち細孔制御処理被膜との相互作用により、ガス透
過性に選択性がでる。すなわち、ガス分子とゲル分子と
の分子間力は、永久双曲子間の相互作用による配向力お
よび永久双曲子と誘起双曲子間の誘起力およびファンデ
ルワールス相互作用などに基づく分散力によるガス透過
の選択性、すなわち表面拡散性をもつが、シリカもしく
はジルコニアの一種以上を含む疎水性の細孔制御皮膜
は、10Å以下の領域の細孔径を持つ多孔体を適用する
上で課題となる水蒸気の毛管凝縮による細孔閉塞の問題
がなく、SO2などの白金電極を劣化させるガスの進入
を完全にブロックすることができる。
It is desirable to use zirconia, silica or a mixture thereof for the material of the pore control coating used for controlling the pores of the gas selective permeable material. In particular, the gas selective permeator
This is effective when the average pore diameter is 0 ° or less. 10Å
The following pores show an effective molecular sieving effect that does not allow passage of a high molecular weight gas in a gas flow flowing from outside to inside of the gas selective permeable body. In addition, the interaction with the gel film formed inside the pores, that is, the pore control treatment film, increases selectivity in gas permeability. That is, the intermolecular force between the gas molecule and the gel molecule is determined by the orientation force due to the interaction between the permanent hyperboloids, the induced force between the permanent hyperboloid and the induced hyperboloid, and the gas permeation due to the dispersion force based on the van der Waals interaction. Has a selectivity, that is, a surface diffusivity, but a hydrophobic pore control film containing one or more of silica and zirconia is a problem in applying a porous body having a pore diameter of a region of 10 ° or less. There is no problem of blockage of pores due to capillary condensation, and it is possible to completely block the entry of a gas such as SO2 which degrades a platinum electrode.

【0048】(実施例2)図2は本発明の実施例2のガ
スセンサの加熱手段の要部斜視概念図を示すものであ
る。図2において、耐熱絶縁性基板2の表面に、スパッ
タリング膜、電子ビーム蒸着膜、印刷膜の群から選定し
た抵抗膜8を形成して用いるものである。抵抗膜8は、
印刷スクリーンのパターンまたはマスキング治具により
所定の回路パターンに形成する事ができる。製造上の便
宜から抵抗膜は、多数個がとれる適正なサイズで抵抗膜
を形成し、あとから必要なサイズに切断して用いること
もできる。またその体積固有抵抗を抵抗体組成および膜
厚およびパターン幅、パターン長さ等を調整することで
ヒータとしての適正な動作が可能な抵抗値に調整するこ
とができる。半導体酸化物皮膜の高活性化のため耐熱絶
縁性基材は、多孔体を用いても良い。抵抗膜を形成した
部分は、ガスの透過性は低下または損なわれるが、開口
比を調整してガスの透過特性をあまり損なわずに抵抗膜
を形成する事ができる。ヒータ膜の形成手段として、メ
ッキ膜などの湿式法を用いる場合には、細孔は閉塞し、
ガスの透過性は失われる。したがって、湿式法は本発明
では適切でない。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic perspective view of a main part of a heating means of a gas sensor according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, a resistance film 8 selected from the group of a sputtering film, an electron beam evaporation film, and a printing film is formed on the surface of a heat-resistant insulating substrate 2 and used. The resistance film 8
A predetermined circuit pattern can be formed by using a printing screen pattern or a masking jig. For convenience in manufacturing, the resistive film can be formed by forming a resistive film in an appropriate size that can take a large number of pieces, and then cutting it into a required size later. Further, the volume specific resistance can be adjusted to a resistance value that enables proper operation as a heater by adjusting the resistor composition, the film thickness, the pattern width, the pattern length, and the like. A porous body may be used as the heat-resistant insulating substrate for high activation of the semiconductor oxide film. Although the gas permeability of the portion where the resistance film is formed is reduced or impaired, the resistance film can be formed by adjusting the aperture ratio without significantly impairing the gas permeability. When a wet method such as a plating film is used as a heater film forming means, the pores are closed,
Gas permeability is lost. Therefore, the wet method is not suitable in the present invention.

【0049】本実施例のガスセンサとして動作やその長
寿命化を実現できる効果などは実施例1の場合と同様で
ある。皮膜形成法の中で、真空技術を用いるスパッタリ
ングや電子ビーム蒸着法などはバッチ処理で生産性の面
で課題があるが、基本的に本ガスセンサは、ゼロガスを
常に検出する方式を採用しているので、ガスセンサの寸
法を小型化してもセンサ特性は基本的に変化しない利点
があり。サイズを小型化することで、コストおよび生産
性の課題を解決することができる。
The operation of the gas sensor of the present embodiment and the effect of extending the life thereof are the same as those of the first embodiment. Among the film forming methods, sputtering and electron beam evaporation using vacuum technology have problems in terms of productivity in batch processing, but basically this gas sensor adopts a method that always detects zero gas. Therefore, there is an advantage that the sensor characteristics do not basically change even if the size of the gas sensor is reduced. Reducing the size can solve the cost and productivity problems.

【0050】(実施例3)図3は本発明の実施例3のガ
スセンサの断面概念図を示すものである。図3におい
て、内部のガスセンサの構成は、図1と同じである。図
1に記載したガスセンサの外面をセラミックシート9で
外包し、その外側に電熱線10を配した構成を持つ。セ
ラミックシートは、シリカ、アルミナ、ジルコニアなど
のセラミック耐熱性繊維を用いて、抄紙して作製したも
のを用いる。電熱線は、ニッケルクロム系または鉄クロ
ム系のいずれも用いることができる。予めコイル状に成
型したものを用いて、セラミックシートを外包したもの
に後から被せて作製する。セラミックシートの端部は無
機接着剤などを用いてその一部を接合しておくのが望ま
しい。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a conceptual sectional view of a gas sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 3, the configuration of the internal gas sensor is the same as that of FIG. The gas sensor shown in FIG. 1 has a configuration in which the outer surface is covered with a ceramic sheet 9 and a heating wire 10 is arranged outside the outer surface. As the ceramic sheet, a sheet made using ceramic heat-resistant fibers such as silica, alumina, and zirconia is used. As the heating wire, either nickel chromium or iron chromium can be used. It is manufactured by using a coil-shaped member that has been formed in advance, and then covering the outer member with a ceramic sheet. It is desirable that a part of the end of the ceramic sheet be joined using an inorganic adhesive or the like.

【0051】(実施例4)図4は本発明の実施例4のガ
スセンサのガスセンサの要部である多孔性触媒体の断面
概念図を示すものである。図4において、多孔性触媒体
は、酸化触媒をセラミック繊維中に混抄したセラミック
シート11と電熱線10とセラミック繊維シート12を
積層した構成よりなる。酸化触媒をセラミック繊維中に
混抄したセラミックシート11及び電熱線は、実施例3
の場合と同様である。本実施例の加熱手段を備えた多孔
性触媒体の作製法は実施例3の場合と同様である。セラ
ミックシート12を配置する意味は、電熱線の絶縁性の
確保にある。このようにして作製した加熱手段を備えた
多孔性触媒体を特徴とするガスセンサは、先の実施例と
同様に安定した動作と優れた耐久性を備えている。
(Embodiment 4) FIG. 4 is a schematic sectional view of a porous catalyst body which is a main part of a gas sensor of a gas sensor according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 4, the porous catalyst body has a configuration in which a ceramic sheet 11 in which an oxidation catalyst is mixed in ceramic fibers, a heating wire 10 and a ceramic fiber sheet 12 are laminated. The heating sheet and the ceramic sheet 11 in which the oxidation catalyst was mixed in the ceramic fiber were obtained in Example 3.
Is the same as The method for producing the porous catalyst body provided with the heating means of this embodiment is the same as that of the third embodiment. The purpose of arranging the ceramic sheet 12 is to ensure insulation of the heating wire. The gas sensor characterized by the porous catalyst provided with the heating means manufactured in this manner has stable operation and excellent durability as in the previous embodiment.

【0052】(実施例5)図5に、本発明のガスセンサ
の実施例5のガスセンサの特性グラフを示す。図5は、
酸化インジウム70重量部にCuFe2430重量部、
金0.01重量部を主成分とする半導体酸化物皮膜の一
酸化炭素濃度に対する、抵抗値特性を評価したグラフで
ある。図5は、250℃のデータである。通常半導体式
ガスセンサにおいて、ゼロガスに対する一酸化炭素ガス
1000ppmのガスの抵抗値の比を感度として評価し
ているが、一酸化炭素ガスに対して感度が高いとされ
る、パラジウム−酸化錫の場合で100〜200倍の感
度が知られており、その感度は温度100〜150℃の
時に最大となるのに対して、図5の組成物の場合、感度
は、150〜350℃の範囲において、比較的安定して
いる。図5の場合、ゼロガスでの抵抗値は約60MΩで
あり、約170倍というパラジウム一酸化錫と同程度の
感度を持つ。燃焼排気ガス系に適用する場合には、排気
温度が250℃程度になることがあるので、従来のパラ
ジウム−酸化錫の系などは、使いにくい。
Fifth Embodiment FIG. 5 shows a characteristic graph of a gas sensor according to a fifth embodiment of the present invention. FIG.
70 parts by weight of indium oxide, 30 parts by weight of CuFe 2 O 4 ,
4 is a graph showing an evaluation of resistance value characteristics with respect to a carbon monoxide concentration of a semiconductor oxide film containing 0.01 part by weight of gold as a main component. FIG. 5 shows data at 250 ° C. Usually, in a semiconductor gas sensor, the ratio of the resistance value of the gas of 1000 ppm of carbon monoxide gas to the zero gas is evaluated as the sensitivity, but the sensitivity is high for the carbon monoxide gas, in the case of palladium-tin oxide. A sensitivity of 100 to 200 times is known, and the sensitivity is maximum at a temperature of 100 to 150 ° C., whereas the sensitivity of the composition of FIG. 5 is in the range of 150 to 350 ° C. Is stable. In the case of FIG. 5, the resistance value at zero gas is about 60 MΩ, which is about 170 times as high as the sensitivity of palladium tin monoxide. When applied to a combustion exhaust gas system, the exhaust temperature may be about 250 ° C., so that a conventional palladium-tin oxide system or the like is difficult to use.

【0053】本構成が従来と同程度の高い感度を持つ理
由について考察する。各種N型半導体特性を持つ酸化物
の中で、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛の皮膜は、
良好なガス感度を有する。さらにこれらの酸化物を含有
する皮膜の中に、鉄、マンガン、銅、ニッケル、クロ
ム、コバルトなどのP型半導体酸化物を少量分散混合す
ると、これらの酸化物はガス吸着性が高くガス検出の主
体となるN型半導体酸化物にガスをスピルオーバーさせ
る化学的増感効果に加えて、N型半導体酸化物のフェル
ミ準位を変化させる物理的増感効果を併せ持ち、感度向
上効果が得られる。P型材料の量が多くなりすぎるとN
型の特性が損なわれ、ガスを検知して抵抗値が増加する
特性が強く現れ、不安定になる。各種遷移金属酸化物に
代表されるP型半導体酸化物の中で、増感作用は反応性
が強いと使い方が難しくなるため、適度な反応性を持つ
材料の選択が望ましい。この観点からすると、鉄化合物
は、適度な反応性を有し、最適である。当目的に利用で
きる鉄化合物としては、各種形態の化合物があげられ
る。鉄の単独化合物以外に、スピネル、ペロブスカイト
などの構造を有する複合酸化物や混合物が使える。さら
に金は、鉄化合物と併用すると特有の増感効果を持つこ
とを見出したものである。
The reason why the present configuration has the same high sensitivity as the conventional one will be considered. Among oxides having various N-type semiconductor characteristics, the coatings of tin oxide, indium oxide, and zinc oxide are:
Has good gas sensitivity. Furthermore, when a small amount of P-type semiconductor oxides such as iron, manganese, copper, nickel, chromium, and cobalt are dispersed and mixed in a film containing these oxides, these oxides have high gas adsorption properties and can be used for gas detection. In addition to the chemical sensitizing effect of causing a gas to spill over to the main N-type semiconductor oxide, a physical sensitizing effect of changing the Fermi level of the N-type semiconductor oxide is obtained, and an effect of improving sensitivity is obtained. If the amount of P-type material is too large, N
The characteristic of the mold is impaired, and the characteristic that the resistance value is increased by detecting gas strongly appears and becomes unstable. Among P-type semiconductor oxides typified by various transition metal oxides, if the sensitizing action has a high reactivity, it becomes difficult to use it. Therefore, it is desirable to select a material having an appropriate reactivity. From this viewpoint, the iron compound has an appropriate reactivity and is optimal. Iron compounds that can be used for this purpose include compounds in various forms. In addition to a single compound of iron, a composite oxide or a mixture having a structure such as spinel or perovskite can be used. Furthermore, they have found that gold has a specific sensitizing effect when used in combination with an iron compound.

【0054】以下に本発明の効果に関わる実験結果を記
載する。耐熱絶縁性基板として、アルミナの市販焼結品
(寸法:10mm×10mm×0.35mm)を用いた。この
裏面に10Ωの白金ヒータ膜を形成し、反対面に3×8
mmの寸法で、白金ペーストを用いて、一対の櫛形電極を
形成した。電極は、1050℃焼成に、厚膜印刷により
10μmの膜厚で形成した。
The results of experiments relating to the effects of the present invention will be described below. A commercially available sintered product of alumina (dimensions: 10 mm × 10 mm × 0.35 mm) was used as the heat-resistant insulating substrate. A 10 Ω platinum heater film is formed on the back surface, and 3 × 8
A pair of comb-shaped electrodes were formed using a platinum paste with a size of mm. The electrodes were formed at a thickness of 10 μm by baking at 1050 ° C. by thick film printing.

【0055】半導体酸化物皮膜は、以下の組成のペース
トを用いて作製した。すなわち、酸化インジウム(In
23)を主成分とするペーストを調合し(酸化インジウ
ム:20重量部、銅−鉄系スピネル化合物(CuFe2
4);5重量部、ガラス;1重量部、メチルセルロー
ズ:1重量部、混合溶剤:25重量部の配合)、10μ
mの膜厚で塗布後、100℃で10分、600℃でで3
0分乾燥して皮膜を作製した。
The semiconductor oxide film was prepared using a paste having the following composition. That is, indium oxide (In)
20 3 ) as a main component (indium oxide: 20 parts by weight, a copper-iron spinel compound (CuFe 2
O 4 ); 5 parts by weight, glass; 1 part by weight, methyl cellulose: 1 part by weight, mixed solvent: 25 parts by weight), 10 μm
m at a film thickness of 100 m
After drying for 0 minutes, a film was prepared.

【0056】セラミックガス選択透過体は、以下の手順
で作製した。ドクターブレード法にて、粒度分布および
焼成温度を調整して作製したジルコニア多孔体基板(平
均細孔径が0.2μmで寸法が10mm×10mm×0.5
mmに切断したもの)を用いて、ジルコニアイソプロポキ
シドを主成分とするアルコキシド溶液に浸漬処理して細
孔制御を行った。孔制御は、アルコキシドの20Wt%
溶液を用いて、塗り重ねることでより細かい細孔を作製
するようにした。なお、平均細孔径は、ポロシメータを
用いて水銀圧入法で評価した。平均細孔径は、塗り重ね
回数1回で0.1μm、3回で0.08μmとなったの
で3回塗り重ねたものをサンプルとして用いた。
The ceramic gas selective permeable member was manufactured in the following procedure. A zirconia porous substrate (average pore diameter of 0.2 μm and dimensions of 10 mm × 10 mm × 0.5) prepared by adjusting the particle size distribution and firing temperature by a doctor blade method.
Using the zirconia-isolated alkoxide solution containing zirconia isopropoxide as a main component, the pores were controlled. The pore control is 20 Wt% of alkoxide.
Using the solution, fine pores were created by over-coating. The average pore diameter was evaluated by a mercury porosimetry using a porosimeter. The average pore diameter was 0.1 μm for one application and 0.08 μm for three applications, and the sample applied three times was used as a sample.

【0057】次に多孔性触媒体は、以下の手順で作製し
た。先ず触媒については、粒径が40/60メッシュの
γアルミナに0.1wt%の白金およびパラジウムを坦
持して(塩化白金酸、塩化パラジウムの硝酸、塩酸水溶
液を吸着させた後、水素化ホウ素ナトリウム水溶液にて
還元)酸化触媒粉末を作製した。この酸化触媒粉末をコ
ロイダルシリカを結合材にして、500g/m2の坪量
にてシリカ・アルミナ繊維とともに混抄して30cm角
で厚み1mmのシートを得た。次にこのシートを10mm角
に切断して用いた。
Next, a porous catalyst body was prepared by the following procedure. First, as for the catalyst, 0.1 wt% of platinum and palladium are supported on gamma alumina having a particle size of 40/60 mesh (by adsorbing aqueous solutions of chloroplatinic acid, nitric acid of palladium chloride and hydrochloric acid, and then borohydride). (Reduction with sodium aqueous solution) An oxidation catalyst powder was prepared. This oxidation catalyst powder was mixed with silica-alumina fiber at a basis weight of 500 g / m 2 using colloidal silica as a binder to obtain a 30 cm square sheet having a thickness of 1 mm. Next, this sheet was cut into 10 mm squares for use.

【0058】以上で作製した各要素を積層して図1に示
す構造のガスセンサを試作した。ガスセンサ素子を積層
するための接合剤は、市販の無機接着剤「スミセラム」
(商品名)を用いておこなった。このガスセンサの感度
は、250℃で約155倍であった。
A gas sensor having the structure shown in FIG. 1 was prototyped by laminating the respective components produced as described above. The bonding agent for laminating gas sensor elements is a commercially available inorganic adhesive "Sumiceram"
(Product name). The sensitivity of this gas sensor was about 155 times at 250 ° C.

【0059】本試作センサについて、流通型の試験装置
を用いて、100ppmの亜硫酸ガスを通しての加速試
験により、本試作センサの耐久性を評価した。試験は、
一般大気に100ppmの濃度の亜硫酸ガスを添加した
空気を連続通気し、間欠的に亜硫酸ガスと止め、一般空
気のみを通気してのゼロ点の安定性の確認と、1500
ppmの一酸化炭素含有空気を送気してのセンサ感度を
確認している。対比サンプルとして同時に試作した細孔
径制御を行わない通常のセラミックフィルタすなわち、
0.2μmの平均細孔径の素子の場合は、約3時間で感
度がなくなった。
The durability of the prototype sensor was evaluated by an acceleration test using a flow-type test apparatus through a sulfur dioxide gas of 100 ppm. The exam is
Air containing sulfur dioxide gas at a concentration of 100 ppm was continuously ventilated into the general atmosphere, intermittently stopped with sulfur dioxide, and the stability of the zero point was confirmed by ventilating only general air.
The sensor sensitivity is confirmed by feeding air containing ppm carbon monoxide. Ordinary ceramic filter that does not control the pore diameter, which was simultaneously manufactured as a comparative sample,
In the case of the device having an average pore diameter of 0.2 μm, the sensitivity was lost in about 3 hours.

【0060】これに対して、上記試作センサの場合、約
450時間経過後も、感度は約145倍の水準を維持し
ている。現在も継続試験中である。その間、ペアとなる
側のガスセンサのゼロ点は安定している。
On the other hand, in the case of the above-mentioned prototype sensor, the sensitivity is maintained at about 145 times even after about 450 hours. It is still under ongoing testing. Meanwhile, the zero point of the paired gas sensor is stable.

【0061】なお、本実施例では耐熱絶縁性基材の表面
に一対の櫛形電極を設けた場合につき説明したが、電極
構造は櫛形に限定されるものでなく、本発明を実施でき
る形状であれば良く、特に電極の抵抗を容易に変えられ
る構成であるのが好ましい。
In this embodiment, the case where a pair of comb-shaped electrodes is provided on the surface of the heat-resistant insulating substrate has been described. However, the electrode structure is not limited to the comb shape, but may be any shape that can implement the present invention. It is preferable that the configuration is such that the resistance of the electrode can be easily changed.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明のガスセンサは以上説明したよう
な形態で実施され、次の効果が得られる。
The gas sensor of the present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0063】(1)一酸化炭素の検出に関し、フェール
アウトの弱点をカバーすることが出来、実用上のフェー
ルセーフが見込める。このように素子構成の信頼性が高
く燃焼機器等に設置するのに好適である。
(1) Regarding the detection of carbon monoxide, the weak point of fail-out can be covered, and practical fail-safe can be expected. As described above, the element configuration has high reliability and is suitable for installation in a combustion apparatus or the like.

【0064】(2)化学センサの実用面において、従来
から最大の課題とされていた耐久性に関して、妨害ガス
の電極面への到達を規制する細孔径を制御したセラミッ
クガス選択透過体を用いる構成によりガスセンサへの被
毒影響を持つ酸性ガスを完全にブロックできるという効
果により飛躍的な長寿命化が見込まれ、極めて高信頼性
のガスセンサシステムが構築できる。
(2) In terms of the practical use of chemical sensors, a configuration using a ceramic gas selective permeable body with a controlled pore diameter for restricting the reaching of an interfering gas to the electrode surface with respect to durability, which has been the greatest problem in the past. As a result, it is possible to completely block the acidic gas that has a poisoning effect on the gas sensor, and it is expected that the service life will be drastically prolonged, so that a highly reliable gas sensor system can be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1に係わるガスセンサを示す断
面図
FIG. 1 is a sectional view showing a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2に係わるガスセンサの加熱手
段の要部を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a main part of a heating unit of a gas sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3に係わるガスセンサを示す断
面図
FIG. 3 is a sectional view showing a gas sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4に係わるガスセンサの多孔性
触媒体示す断面図
FIG. 4 is a sectional view showing a porous catalyst body of a gas sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図5】本発明の実施例5に係わるガスセンサの特性評
価グラフ
FIG. 5 is a characteristic evaluation graph of a gas sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱手段 2 耐熱絶縁性基材 3 櫛形電極 4 半導体酸化物皮膜 5 ガス選択透過体 6 多孔性触媒 7 シール部材 8 抵抗膜 9 セラミック繊維シート 10 電熱線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating means 2 Heat resistant insulating base material 3 Comb electrode 4 Semiconductor oxide film 5 Gas selective permeable body 6 Porous catalyst 7 Sealing member 8 Resistive film 9 Ceramic fiber sheet 10 Heating wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G046 AA11 BA01 BA06 BA09 BB02 BB04 BC03 BE03 BF01 BG01 EA02 EA04 EA07 EA12 FB00 FB02 FB03 FB04 FE00 FE03 FE09 FE10 FE11 FE12 FE15 FE21 FE25 FE31 FE39 FE48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2G046 AA11 BA01 BA06 BA09 BB02 BB04 BC03 BE03 BF01 BG01 EA02 EA04 EA07 EA12 FB00 FB02 FB03 FB04 FE00 FE03 FE09 FE10 FE11 FE12 FE15 FE21 FE25 FE48

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】耐熱絶縁性基板と、前記耐熱絶縁性基板の
表面に設けた一対の電極と、前記一対の電極上に設けた
半導体酸化物被膜と、前記半導体酸化物被膜の上に設け
た細孔径を制御して成るセラミックガス選択透過体と、
前記セラミックガス選択透過体上の一対の電極のうちの
一方の電極に対応する面に設けた多孔性触媒体とを備え
たガスセンサ。
1. A heat-resistant insulating substrate, a pair of electrodes provided on a surface of the heat-resistant insulating substrate, a semiconductor oxide film provided on the pair of electrodes, and a semiconductor oxide film provided on the semiconductor oxide film. A ceramic gas selective permeable body having a controlled pore diameter,
A gas sensor comprising: a porous catalyst body provided on a surface corresponding to one of a pair of electrodes on the ceramic gas selective permeable body.
【請求項2】耐熱絶縁性基板の一対の電極を設けた面に
対応する面に加熱手段を設ける構成とした請求項1記載
のガスセンサ。
2. The gas sensor according to claim 1, wherein a heating means is provided on a surface of the heat-resistant insulating substrate corresponding to a surface on which the pair of electrodes are provided.
【請求項3】セラミック繊維シートで外包し、その外側
に電熱線を配設した請求項1記載のガスセンサ。
3. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is enveloped by a ceramic fiber sheet, and a heating wire is disposed outside the envelope.
【請求項4】被検知ガスがバイパスして半導体酸化物被
膜に直接到達しないように半導体酸化物皮膜とガス選択
透過体との間にシール部材を設ける構成とした請求項1
ないし3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
4. A seal member is provided between the semiconductor oxide film and the gas selective permeable member so that the gas to be detected bypasses and does not directly reach the semiconductor oxide film.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】加熱手段として、スパッタリング膜、電子
ビーム蒸着膜、印刷膜の群から選定して成る抵抗膜を用
いた請求項2または4記載のガスセンサ。
5. The gas sensor according to claim 2, wherein a resistance film selected from the group consisting of a sputtering film, an electron beam evaporation film, and a printed film is used as the heating means.
【請求項6】多孔性触媒体として、酸化触媒をセラミッ
ク繊維中に混抄したセラミックシートを備えた請求項1
ないし5のいづれか1項に記載のガスセンサ。
6. A porous catalyst body comprising a ceramic sheet obtained by mixing an oxidation catalyst into ceramic fibers.
6. The gas sensor according to any one of items 5 to 5.
【請求項7】半導体酸化物皮膜として、錫、インジウ
ム、亜鉛の群から選定した一種以上の酸化物および鉄化
合物および金を含有する被膜を用いた請求項1ないし6
のいづれか1項に記載のガスセンサ。
7. A film containing at least one oxide selected from the group consisting of tin, indium and zinc, an iron compound and gold, as the semiconductor oxide film.
The gas sensor according to any one of the preceding claims.
JP10200000A 1998-07-15 1998-07-15 Gas sensor Pending JP2000028562A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10200000A JP2000028562A (en) 1998-07-15 1998-07-15 Gas sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10200000A JP2000028562A (en) 1998-07-15 1998-07-15 Gas sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000028562A true JP2000028562A (en) 2000-01-28

Family

ID=16417136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10200000A Pending JP2000028562A (en) 1998-07-15 1998-07-15 Gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000028562A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008014662A (en) * 2006-07-03 2008-01-24 New Cosmos Electric Corp Gas filter and gas sensor
JP2010025718A (en) * 2008-07-18 2010-02-04 Sharp Corp Gas measuring device
WO2018182481A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Innoscentia Ab Sensing materials, method for making functional devices and applications thereof
CN113720885A (en) * 2021-08-26 2021-11-30 河南森斯科传感技术有限公司 Semiconductor gas sensor and automatic packaging method thereof
CN114088778A (en) * 2021-11-17 2022-02-25 湘潭大学 High-repeatability film type PPB (pentatricopeptide repeats) formaldehyde gas sensor and preparation method thereof
CN121253614A (en) * 2025-12-04 2026-01-02 吉林大学 A three-dimensional vertically integrated gas sensor, its manufacturing method and application

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008014662A (en) * 2006-07-03 2008-01-24 New Cosmos Electric Corp Gas filter and gas sensor
JP2010025718A (en) * 2008-07-18 2010-02-04 Sharp Corp Gas measuring device
WO2018182481A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Innoscentia Ab Sensing materials, method for making functional devices and applications thereof
US11327037B2 (en) 2017-03-31 2022-05-10 Innoscentia Ab Sensing materials, method for making functional devices and applications thereof
CN113720885A (en) * 2021-08-26 2021-11-30 河南森斯科传感技术有限公司 Semiconductor gas sensor and automatic packaging method thereof
CN113720885B (en) * 2021-08-26 2022-02-18 河南森斯科传感技术有限公司 Semiconductor gas sensor and automatic packaging method thereof
CN114088778A (en) * 2021-11-17 2022-02-25 湘潭大学 High-repeatability film type PPB (pentatricopeptide repeats) formaldehyde gas sensor and preparation method thereof
CN114088778B (en) * 2021-11-17 2023-08-29 湘潭大学 High-repeatability film type PPB-level formaldehyde gas sensor and preparation method thereof
CN121253614A (en) * 2025-12-04 2026-01-02 吉林大学 A three-dimensional vertically integrated gas sensor, its manufacturing method and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100355318B1 (en) Gas sensor and its manufacturing process
JP3736020B2 (en) Gas sensor
JPH09269307A (en) Gas sensor
JP2000028562A (en) Gas sensor
JPH10288593A5 (en)
JPH10115597A (en) Gas sensor
JP3885357B2 (en) Gas sensor
JP3841513B2 (en) Hydrocarbon sensor
JP3713819B2 (en) Gas sensor
JP3511747B2 (en) Gas sensor
JP3777749B2 (en) Gas sensor
JP2002310983A (en) Carbon monoxide gas sensor
JPH11237366A (en) Gas sensor
JP2000088790A (en) Oxygen and carbon monoxide composite sensor
JP2001033425A (en) Hydrogen gas sensor
JPH10300718A5 (en)
JP3931406B2 (en) Gas sensor
JPH0894576A (en) Gas sensor and manufacturing method thereof
JP2000221163A (en) Gas sensor element
JP2000346826A (en) Gas sensor
JP3929199B2 (en) HYDROGEN GAS DETECTION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP2000338081A (en) Gas sensor
JP3870529B2 (en) Carbon monoxide sensor and its control method
JP2001004589A (en) Gas sensor
JPH06148112A (en) Hydrogen gas detecting element