JP2001099798A - 接触燃焼式ガスセンサ並びにガス検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可燃性の混合ガスからガス種を識別すること
ができ、しかも簡単な構成で且つ安価な接触燃焼式ガス
センサ並びにガス検出方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 マイクロヒータ４と、このマイクロヒー
タ４上に形成され且つこのマイクロヒータ４の発熱量に
応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作
用する触媒層２９と、マイクロヒータ４から順番に遠ざ
かるように配置され且つ可燃性ガスの燃焼熱を検出する
第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃと
を備える。マイクロヒータ４に最も近い位置に配置され
た第１及び第４のサーモパイルは、高温で燃焼するガス
の燃焼熱を検出し、マイクロヒータからより遠ざかって
配置された第３及び第６のサーモパイルは、低温で燃焼
するガスの燃焼熱を検出する。従って、複数のサーモパ
イルからの出力を演算処理すれば、可燃性の混合ガスか
らガス種を識別することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータとガス検知
素子とで可燃性ガスを燃焼する際に発生する燃焼熱を検
出することにより可燃性ガスを検量する接触燃焼式ガス
センサ及びこの接触燃焼式ガスセンサを用いて可燃性ガ
スのガス種を識別するガス検出方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の接触燃焼式ガスセンサとしては、
例えば、特開平１１ー６８１１号公開公報に記載された
接触燃焼式ガスセンサが知られている。この公報に記載
された従来の接触燃焼式ガスセンサの構成図を図１３に
示す。

【０００３】この接触燃焼式ガスセンサは、図１３
（ａ）に示すように、基板１１２上に所定の厚さで形成
されたダイアフラム１２３上にガス検知素子１３０と補
償素子３２１，３２２，３２３とが隣接して設けられ、
ガス検知素子１３０と補償素子３２１，３２２，３２３
とで可燃性ガスを燃焼する際に発生する燃焼熱を検出す
ることにより可燃性ガスを検量する。

【０００４】ガス検知素子１３０は、図１３（ａ），図
１３（ｂ）に示すように、ダイアフラム１２３上に形成
され可燃性ガスの燃焼を促すための白金からなるヒータ
１１８、このヒータ１１８に熱的に接触して設けられた
熱伝導層としてのアルミナ１２２、このアルミナ１２２
を介して伝導されたヒータ１１８の発熱量に応じて発熱
して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用するパラ
ジウム触媒層１２４を有している。

【０００５】ヒータ１１８は、酸化膜１１４、五酸化タ
ンタル１１６に接触した状態で、酸化膜１１４、五酸化
タンタル１１６上に積層され、ヒータ１１８上に熱的に
接触した状態でアルミナ１２２が積層され、このアルミ
ナ１２２上に熱的に接触してパラジウム触媒層１２４が
積層されている。

【０００６】このようなガス検知素子１３０を設け、且
つ基板１１２よりも実効的に熱容量の小さいダイアフラ
ム１２３上にヒータ１１８を設けることにより、ヒータ
１１８が生成する発熱量が基板１１２中に熱拡散する現
象を回避できるため、ヒータ１１８が生成する発熱量を
効率よく、しかも短時間でパラジウム触媒層１２４に伝
導でき、これによって、高感度で且つ高速に可燃性ガス
を燃焼させることができる。

【０００７】また、アルミナ１２２を設けることによ
り、ヒータ１１８が生成する発熱量を効率よくしかも短
時間でパラジウム触媒層１２４に伝導させることができ
るため、これによって、高感度で且つ高速に可燃性ガス
を燃焼させることができる。さらに、可燃性ガスの燃焼
に対して触媒として作用するパラジウム触媒層１２４を
設けることにより、十分なガス検知感度を実現すること
ができる。

【０００８】図１４は、図１３に示す従来の接触燃焼式
ガスセンサをブリッジ回路に組み込んだ場合のガス検出
回路の回路構成図である。図１４に示すように、ガス検
出回路４００は、３個の補償素子３２１，３２２，３２
３とガス検知素子１３０を用いて構成したホイートスト
ーンブリッジに、電源１３６と電流検出手段１３８を組
み込んだ回路構成を有している。

【０００９】このガス検出回路４００では、ガス検知素
子１３０と補償素子３２１，３２２，３２３とで可燃性
ガスを燃焼する際に発生する燃焼熱に起因して発生する
ガス検知素子１３０の抵抗値変化、及び補償素子３２
１，３２２，３２３の抵抗値変化をホイートストーンブ
リッジとこれに接続された電流検出手段１３８によって
検出することにより、可燃性ガスを検量することができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示す従来の接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装
置にあっては、水素、一酸化炭素、メタン等の混合ガス
からなる可燃性ガスのガス種を識別する場合に、ガス検
知素子をシリコーン蒸気処理して、混合ガスの中から水
素ガスのみを選択的に検出したり、接触燃焼式ガスセン
サを活性炭フィルター等で覆うことにより、ガスを選択
的に検出していた。このため、数種類のガスを選択的に
検出するためにはガスセンサが複数個設けなければなら
ず、構成が複雑になるとともに高価なものとなってい
た。

【００１１】また、図１４に示すように、レファレンス
（比較素子、この比較素子は図１４では補償素子に対応
する。）を組み込んだブリッジ回路を用いていたため、
ガス検出装置の構成が複雑になっていた。

【００１２】本発明は、可燃性の混合ガスからガス種を
識別することができ、しかも簡単な構成で且つ安価な接
触燃焼式ガスセンサ並びにガス検出方法及びその装置を
提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成とした。請求項１の発明は、混
合ガスからなる可燃性ガスを燃焼する際に発生する燃焼
熱を検出することにより可燃性ガスを検量する接触燃焼
式ガスセンサであって、基板上に形成され前記可燃性ガ
スの燃焼を促すためのヒータと、このヒータ上に形成さ
れ且つこのヒータの発熱量に応じて発熱して前記可燃性
ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層と、前記
ヒータから順番に遠ざかるように配置され且つ前記可燃
性ガスの燃焼熱を検出する複数のサーモパイルとを備え
たことを特徴とする。

【００１４】請求項１の発明によれば、基板上に形成さ
れたヒータが発熱すると、ヒータ上に形成された触媒層
が、ヒータの発熱量に応じて発熱して触媒として作用す
るので、可燃性ガスが燃焼する。このとき、複数のサー
モパイルがヒータから順番に遠ざかるように配置されて
いる。このため、ヒータから離れるほど触媒層の温度が
低くなるので、ヒータに最も近い位置に配置されたサー
モパイルは、高温で燃焼するガスの燃焼熱を検出し、ま
た、ヒータからより遠ざかって配置されたサーモパイル
は、低温で燃焼するガスの燃焼熱を検出する。従って、
複数のサーモパイルからの出力を演算処理すれば、可燃
性の混合ガスからガス種を識別することができ、しかも
１つのガスセンサで済むから、簡単な構成で且つ安価な
接触燃焼式ガスセンサを提供することができる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１記載の接触燃
焼式ガスセンサにおいて、前記複数のサーモパイルのそ
れぞれのサーモパイルは、温接点及び冷接点を有する熱
電対を複数個有し、この複数個の熱電対が直列に接続さ
れてなることを特徴とする。

【００１６】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、それぞれのサーモパイルが、複数個の熱電
対を直列に接続してなるため、熱電対の数に比例してさ
らに大きなセンサ出力を得ることができる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２記載の接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記触媒層
が、前記サーモパイルを構成する熱電対の温接点と前記
ヒータとを覆うように形成されていることを特徴とす
る。

【００１８】請求項３の発明によれば、請求項１または
請求項２記載の効果に加え、触媒層が、サーモパイルを
構成する熱電対の温接点とヒータとを覆うように形成さ
れているため、ヒータの発熱が効率よく短時間で触媒層
に伝導されて可燃性ガスが燃焼し、その燃焼熱が熱電対
の温接点に伝導されるから、冷接点と温接点との熱容量
の差を大きくすることができる。これによって、熱電対
の起電力を大きくすることができるので、より大きなセ
ンサ出力を得ることができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれか１項記載の接触燃焼式ガスセンサにおいて、
前記基板が、所定の厚さのダイアフラムを有し、前記サ
ーモパイルを構成する熱電対の冷接点を除く部分及び前
記ヒータは、前記ダイアラム上に形成されていることを
特徴とする。

【００２０】請求項４の発明によれば、請求項１乃至請
求項３のいずれか１項記載の効果に加え、基板が、所定
の厚さのダイアフラムを有し、サーモパイルを構成する
熱電対の冷接点を除く部分及びヒータは、ダイアラム上
に形成されているので、サーモパイル及びヒータの熱容
量を小さくすることができる。これによって、ヒータの
発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避できるため、ヒ
ータの発熱量を効率よくしかも短時間で触媒層に伝導で
き、これによって、サーモパイルからさらに大きなセン
サ出力を得ることができる。

【００２１】請求項５の発明は、請求項４記載の接触燃
焼式ガスセンサにおいて、前記サーモパイルの冷接点
が、前記ダイアフラムを除く領域に形成されていること
を特徴とする。

【００２２】請求項５の発明によれば、請求項４記載の
効果に加え、サーモパイルの冷接点が、ダイアフラムを
除く領域に形成されているので、熱電対の冷接点と温接
点との熱容量の差を大きくすることができる。これによ
って、熱電対の起電力を大きくすることができるので、
より大きなセンサ出力を得ることができる。

【００２３】請求項６の発明のガス検出装置は、基板上
に形成され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ、この
ヒータ上に形成され且つこのヒータの発熱量に応じて発
熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用す
る触媒層、及び前記ヒータから順番に遠ざかるように配
置され且つ前記可燃性ガスの燃焼熱を検出する複数のサ
ーモパイルを有する接触燃焼式ガスセンサと、この接触
燃焼式ガスセンサに設けられた前記ヒータに電流を流す
ことにより前記ヒータを加熱させるヒータ駆動手段と、
前記接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記複数のサー
モパイルの各サーモパイルからの出力を演算することに
より演算出力を得る演算手段と、この演算手段で得られ
た演算出力に基づいて、前記混合ガスのガス種を識別す
るガス識別手段とを備えることを特徴とする。

【００２４】請求項６の発明のガス検出装置によれば、
ヒータ駆動手段が接触燃焼式ガスセンサに設けられたヒ
ータに電流を流すと、ヒータが加熱して、ヒータ上に形
成された触媒層が、ヒータの発熱量に応じて発熱して触
媒として作用するので、可燃性ガスが燃焼する。このと
き、複数のサーモパイルがヒータから順番に遠ざかるよ
うに配置されている。このため、ヒータから離れるほど
触媒層の温度が低くなるので、ヒータに最も近い位置に
配置されたサーモパイルは、高温で燃焼するガスの燃焼
熱を検出し、また、ヒータからより遠ざかって配置され
たサーモパイルは、低温で燃焼するガスの燃焼熱を検出
する。

【００２５】そして、演算手段は、複数のサーモパイル
の各サーモパイルからの出力を演算することにより演算
出力を得て、ガス識別手段は、演算手段で得られた演算
出力に基づいて混合ガスのガス種を識別する。従って、
可燃性の混合ガスからガス種を識別することができる。

【００２６】請求項７の発明のガス検出装置は、基板上
に形成され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ、この
ヒータ上に形成され且つこのヒータの発熱量に応じて発
熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用す
る触媒層、及び前記ヒータから順番に遠ざかるように配
置され且つ前記可燃性ガスの燃焼熱を検出する１つまた
は複数のサーモパイルを有する接触燃焼式ガスセンサ
と、この接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記ヒータ
に電流を流すことにより前記ヒータを加熱させるヒータ
駆動手段と、前記ヒータ、一端が前記ヒータの一端に接
続された第１の比較素子、一端が前記ヒータの他端に接
続された第２の比較素子、一端が前記第２の比較素子の
他端に接続され且つ他端が前記第１の比較素子の他端に
接続された第３の比較素子により構成されるブリッジ回
路と、このブリッジ回路に有する前記第１の比較素子の
一端と前記第３の比較素子の一端との相互間に流れる電
流を検出する電流検出手段と、前記接触燃焼式ガスセン
サに設けられた前記複数のサーモパイルからの出力を演
算することにより演算出力を得る演算手段と、この演算
手段で得られた演算出力及び前記電流検出手段で検出さ
れた電流出力に基づいて、前記混合ガスのガス種を識別
するガス識別手段とを備えることを特徴とする。

【００２７】請求項７の発明によれば、ヒータの加熱に
より可燃性ガスが燃焼すると、ヒータ温度が変化し、ヒ
ータ温度の変化に伴ってヒータ抵抗が変化する。このた
め、ブリッジ回路に有する第１の比較素子の一端と第３
の比較素子の一端との相互間に流れる電流を電流検出手
段により検出し、電流検出手段で検出された電流出力に
基づいて、ガス識別手段が混合ガスのガス種を識別す
る。すなわち、ヒータを用いて、高温で燃焼するガスの
ガス種を識別することができるとともに、複数のサーモ
パイルからの出力に基づいて、低温及び中温で燃焼する
ガスのガス種を識別することができる。

【００２８】請求項８の発明の前記演算手段は、請求項
６または請求項７記載のガス検出装置において、前記複
数のサーモパイルの内の隣接する２つのサーモパイルか
らの２つの出力の差を算出する減算回路を有し、前記ガ
ス識別手段は、前記減算回路で算出された２つの出力の
差に基づいて、前記混合ガスのガス種を識別することを
特徴とする。

【００２９】請求項８の発明によれば、請求項６または
請求項７記載の効果に加え、減算回路が、複数のサーモ
パイルの内の隣接する２つのサーモパイルからの２つの
出力の差を算出し、ガス識別手段は、減算回路で算出さ
れた２つの出力の差に基づいて、混合ガスのガス種を識
別する。従って、可燃性の混合ガスのガス種を精度良く
識別することができる。

【００３０】請求項９の発明のガス検出方法は、ヒータ
と触媒層と前記ヒータから順番に遠ざかるように配置さ
れた複数のサーモパイルとを有する接触燃焼式ガスセン
サの前記ヒータに電流を流すことにより前記ヒータを加
熱させ、前記触媒層が前記ヒータの発熱量に応じて発熱
して前記可燃性ガスを燃焼させ、前記複数のサーモパイ
ルが前記可燃性ガスの燃焼熱を検出し、前記複数のサー
モパイルの各サーモパイルからの出力を演算することに
より演算出力を得て、得られた演算出力に基づいて、前
記混合ガスのガス種を識別することを特徴とする。

【００３１】請求項１０の発明のガス検出方法は、ヒー
タ、一端が前記ヒータの一端に接続された第１の比較素
子、一端が前記ヒータの他端に接続された第２の比較素
子、一端が前記第２の比較素子の他端に接続され且つ他
端が前記第１の比較素子の他端に接続された第３の比較
素子により構成されるブリッジ回路を備え、前記ヒータ
と触媒層と前記ヒータから順番に遠ざかるように配置さ
れた１つまたは複数のサーモパイルとを有する接触燃焼
式ガスセンサの前記ヒータに電流を流すことにより前記
ヒータを加熱させ、前記触媒層が前記ヒータの発熱量に
応じて発熱して前記可燃性ガスを燃焼させ、前記１つま
たは複数のサーモパイルが前記可燃性ガスの燃焼熱を検
出し、前記ブリッジ回路に有する前記第１の比較素子の
一端と前記第３の比較素子の一端との相互間に流れる電
流を検出し、前記複数のサーモパイルからの出力を演算
することにより演算出力を得て、得られた演算出力及び
検出された電流出力に基づいて、前記混合ガスのガス種
を識別することを特徴とする。

【００３２】請求項１１の発明のガス検出方法は、請求
項９または請求項１０記載のガス検出方法において、前
記複数のサーモパイルの内の隣接する２つのサーモパイ
ルからの２つの出力の差を算出し、算出された２つの出
力の差に基づいて、前記混合ガスのガス種を識別するこ
とを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の接触燃焼式ガスセ
ンサ並びにガス検出方法及びその装置の実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。

【００３４】（第１の実施の形態）図１は第１の実施の
形態の接触燃焼式ガスセンサの上面図である。図２は第
１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの断面図であ
る。図３は第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサに
設けられたサーモパイルの断面図及び上面図である。図
４は第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサを用いた
ガス検出装置の回路構成図である。図５は第１の実施の
形態のガス検出方法を示すフローチャートである。図６
は第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの印加電圧
とセンサ出力との関係を示す図である。なお、図２に示
す断面図は、図１に示すＡ−Ａ間の断面図である。

【００３５】接触燃焼式ガスセンサ１は、図１に示すよ
うに、シリコン単結晶からなるＳｉ基板２を有し、この
Ｓｉ基板２の裏面には異方性エッチングにより形成され
たダイアフラム３が形成されている。

【００３６】このダイアフラム３上には、可燃性ガスの
燃焼を促すための白金等からなるマイクロヒータ４が形
成されており、このマイクロヒータ４の長手方向のヒー
タパターン両側の近傍には、第１のサーモパイル５ａ及
び第４のサーモパイル８ａが配置されている。

【００３７】第２のサーモパイル５ｂは、第１のサーモ
パイル５ａよりもマイクロヒータ４からさらに遠ざかっ
て配置され且つ第１のサーモパイル５ａと略平行に配置
されている。第３のサーモパイル５ｃは、第２のサーモ
パイル５ｂよりもマイクロヒータ４からさらに遠ざかっ
て配置されている。

【００３８】第５のサーモパイル８ｂは、第４のサーモ
パイル８ａよりもマイクロヒータ４からさらに遠ざかっ
て配置され且つ第４のサーモパイル８ａと略平行に配置
されている。第６のサーモパイル８ｃは、第５のサーモ
パイル８ｂよりもマイクロヒータ４からさらに遠ざかっ
て配置されている。

【００３９】また、第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜
５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれは、可燃性ガスの燃焼熱を
検出するもので、熱電対の冷接点を除く部分がダイアフ
ラム３上に配置されている。マイクロヒータ４は、図１
に示すように、複数のヒータパターンが互いに略平行且
つジグザグ状に配設されてなる。

【００４０】また、図１に示すように、マイクロヒータ
４には、駆動電流が供給される白金パッド６ａ₁，６ａ₂
が接続されている。第１のサーモパイル５ａには、第１
のサーモパイル５ａからの第１のセンサ出力を外部に出
力する白金パッド７ａ₁，７ａ₂が接続され、第２のサー
モパイル５ｂには、第２のサーモパイル５ｂからの第２
のセンサ出力を外部に出力する白金パッド７ｂ₁，７ｂ₂
が接続され、第３のサーモパイル５ｃには、第３のサー
モパイル５ｃからの第３のセンサ出力を外部に出力する
白金パッド７ｃ₁，７ｃ₂が接続されている。

【００４１】また、第４のサーモパイル８ａには、第４
のサーモパイル８ａからの第４のセンサ出力を外部に出
力する白金パッド９ａ₁，９ａ₂が接続され、第５のサー
モパイル８ｂには、第５のサーモパイル８ｂからの第５
のセンサ出力を外部に出力する白金パッド９ｂ₁，９ｂ₂
が接続され、第６のサーモパイル８ｃには、第６のサー
モパイル８ｃからの第６のセンサ出力を外部に出力する
白金パッド９ｃ₁，９ｃ₂が接続されている。

【００４２】また、図２に示すように、ダイアフラム３
上にはダイアフラム３に接触して酸化シリコン２３ａが
形成され、この酸化シリコン２３ａ上には酸化シリコン
２３ａに接触して窒化シリコン２３ｂが形成されてい
る。この窒化シリコン２３ｂ上には窒化シリコン２３ｂ
に接触して酸化ハフニウム２３ｃが形成され、この酸化
ハフニウム２３ｃ上には酸化ハフニウム２３ｃに接触し
てマイクロヒータ４が形成され、このマイクロヒータ４
上にはマイクロヒータ４に接触してパラジウム等の触媒
層２９が形成されている。

【００４３】触媒層２９は、マイクロヒータ４の発熱量
に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として
作用する。また、この触媒層２９は、第１乃至第６のサ
ーモパイル５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれの温接点
３１及びマイクロヒータ４を覆うように形成されてい
る。酸化シリコン２３ａ、窒化シリコン２３ｂ、及び酸
化ハフニウム２３ｃは、マイクロヒータ４の発熱量を効
率良くしかも短時間で触媒層２９に伝導させるよう作用
する。

【００４４】マイクロヒータ４は、白金の他に、抵抗温
度係数が大きく、高温まで熱的に安定な金属または化合
物であれば良く、例えば、タングステンを用いることも
できる。

【００４５】一方、第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜
５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれは、図２及び図３に示すよ
うに、Ｓｉ基板２の表面及びダイアフラム３上にこれら
に接触して形成されたｐ⁺⁺−Ｓｉ２１、このｐ⁺⁺−Ｓｉ
２１上にｐ⁺⁺−Ｓｉ２１に接触して形成された絶縁膜２
３、この絶縁膜２３上に絶縁膜２３に接触して形成され
た白金やアルミニウム等の金属膜２５、この金属膜２５
上に金属膜２５に接触して形成された酸化シリコン等の
保護膜２７を有して構成されている。この保護膜２７に
は凹部が形成され、この凹部が後述する温接点３１と冷
接点３３とに対応している。前記絶縁膜２３としては、
酸化シリコン２３ａ、窒化シリコン２３ｂ、及び酸化ハ
フニウム２３ｃである。

【００４６】第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜５ｃ，
８ａ〜８ｃのそれぞれは、図３に示すように、温接点３
１と冷接点３３を有する熱電対から構成されており、マ
イクロヒータ４の発熱により燃焼した可燃性ガスの燃焼
熱を検出し、温接点３１と冷接点３３との温度差から熱
起電力が発生することにより、第１乃至第６のサーモパ
イル５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃがこれらに対して第１乃至
第６のセンサ出力を出力するようになっている。冷接点
３３は、Ｓｉ基板２（厚さ約４００μｍ）上のダイアフ
ラム３を形成していない部分に設けられ、温接点３１
は、ダイアフラム３上に形成されている。

【００４７】また、第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜
５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれは、図３（ｂ）に示すよう
に、複数個の熱電対を有し、隣接する２つの熱電対にお
いて、一方の熱電対の温接点３１と他方の熱電対の冷接
点３３とがアルミニウム、白金等の金属膜２５により接
続されている。すなわち、第１乃至第６のサーモパイル
５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれの複数個の熱電対が
直列に接続されている。

【００４８】なお、前述したサーモパイルの熱電対の材
料として、前述した白金・ｐ⁺⁺−Ｓｉ以外に、例えば、
銅・コンスタンタン（使用温度が−２００℃〜＋３５０
℃）、鉄・コンスタンタン（使用温度が−２００℃〜＋
８００℃）、クロメル・コンスタンタン（使用温度が−
２００℃〜＋８００℃）、クロメル・アルメル（使用温
度が−２００℃〜＋１２００℃）、白金ロジウム・白金
（使用温度が０℃〜＋１６００℃）を用いることもでき
る。

【００４９】ここで、コンスタンタンは、銅（Ｃｕ）と
鉄（Ｆｅ）との合金であり、クロメルは、クロム（Ｃ
ｒ）とニッケル（Ｎｉ）との合金であり、アルメルは、
アルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）とマンガン
（Ｍｎ）とシリコン（Ｓｉ）との合金である。

【００５０】次に、図４を参照して第１の実施の形態の
ガス検出装置の構成について説明する。なお、図４で
は、第１乃至第３のサーモパイル５ａ〜５ｃのみを示し
たが、第４乃至第６のサーモパイル８ａ〜８ｃについて
も第１乃至第３のサーモパイル５ａ〜５ｃと同様である
ので、ここでは、省略した。

【００５１】ガス検出装置は、前記接触燃焼式ガスセン
サ１、コントローラ４１、接触燃焼式ガスセンサ１に有
するマイロヒータ４を駆動することによりマイクロヒー
タ４を加熱させるヒータ駆動回路４９を有している。コ
ントローラ４１は、パルス駆動信号を発生しパルス駆動
信号をヒータ駆動回路４９に出力するパルス発生器４
３、第１乃至第３のサーモパイル５ａ〜５ｃからの出力
を演算処理する演算回路４５、この演算回路４５の演算
出力に基づいて、可燃性の混合ガスのガス種を識別する
ガス識別部４７を有している。

【００５２】演算回路４５は、第２のサーモパイル５ｂ
からの出力から第３のサーモパイル５ｃからの出力を減
算して第１の減算出力を得る第１の減算回路５１、第１
のサーモパイル５ａからの出力から第２のサーモパイル
５ｂからの出力を減算して第２の減算出力を得る第２の
減算回路５３を有している。ガス識別部４７は、第３の
サーモパイル５ｃからの出力、第１の減算回路５１から
の第１の減算出力、及び第２の減算回路５３からの第２
の減算出力に基づいて、可燃性の混合ガスのガス種を識
別する。

【００５３】次に、このように構成された第１の実施の
形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置の動作を
図５に示すガス検出方法のフローチャートを参照しなが
ら説明する。ここでは、水素、一酸化炭素、メタンから
なる混合ガスから選択的にガスを検出してガス種を識別
する場合について説明する。

【００５４】まず、接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出
装置の動作に先立って、図６に示す印加電圧に対するセ
ンサ出力を説明する。マイクロヒータ４へ印加されるパ
ルス駆動信号の印加電圧が低い場合（印加電圧範囲ａの
場合）には、温度が低く、低い温度で燃焼する水素Ｈ₂
の第３のセンサ出力が得られる。すなわち、マイクロヒ
ータ４から最も遠い第３及び第６のサーモパイル５ｃ，
８ｃは、温度が低く、この第３及び第６のサーモパイル
５ｃ，８ｃからは、低い温度で燃焼する水素Ｈ₂の第３
のセンサ出力が得られるようになっている。

【００５５】また、マイクロヒータ４へ印加される印加
電圧が中程度である場合（印加電圧範囲ｂの場合）に
は、温度が中程度であり、中程度の温度で燃焼する一酸
化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成され
た第２のセンサ出力が得られる。すなわち、マイクロヒ
ータ４から中程度に遠い第２及び第５のサーモパイル５
ｂ，８ｂは、温度が中程度であり、この第２及び第５の
サーモパイル５ｂ，８ｂからは、中程度の温度で燃焼す
る一酸化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合
成された第２のセンサ出力が得られるようになってい
る。

【００５６】さらに、マイクロヒータ４へ印加される印
加電圧が高い場合（印加電圧範囲ｃの場合）には、温度
が高く、高い温度で燃焼するメタンＣＨ₄と中程度の温
度で燃焼する一酸化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素
Ｈ₂とが合成された第１のセンサ出力が得られる。すな
わち、マイクロヒータ４に最も近い第１及び第４のサー
モパイル５ａ，８ａは、温度が高く、この第１及び第４
のサーモパイル５ａ，８ａからは、高い温度で燃焼する
メタンＣＨ₄と中程度の温度で燃焼する一酸化炭素ＣＯ
と低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成された第１のセ
ンサ出力が得られるようになっている。

【００５７】次に、接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出
装置の動作を説明する。ヒータ駆動回路４９が、パルス
発生器４３からのパルス駆動信号によりマイクロヒータ
４を駆動すると、マイクロヒータ４が、加熱を開始し
（ステップＳ１１）、マイクロヒータ４から発生した熱
は、触媒層２９に伝導され、触媒層２９がマイクロヒー
タ４の発熱量に応じて発熱して触媒として作用するの
で、可燃性ガスが燃焼する（ステップＳ１３）。

【００５８】すると、可燃性ガスの燃焼熱が、第１乃至
第６のサーモパイル５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃのそれぞれ
の温接点３１に伝達される。また、それぞれのサーモパ
イル５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃの冷接点３３は、Ｓｉ基板
２上にあるので、基板温度になっている。それぞれの温
接点３１は、ダイアフラム３上にあるので、伝達された
熱により加熱され、Ｓｉ基板温度よりも温度が上昇す
る。そして、それぞれのサーモパイル５ａ〜５ｃ，８ａ
〜８ｃは、温接点３１と冷接点３３の温度差より熱起電
力を発生し、第１乃至第６のサーモパイル５ａ〜５ｃ，
８ａ〜８ｃがこれらに対して第１乃至第６のセンサ出力
を出力する（ステップＳ１５）。

【００５９】このとき、第１乃至第３のサーモパイル５
ａ〜５ｃ、第４乃至第６のサーモパイル８ａ〜８ｃがマ
イクロヒータ４から順番に遠ざかるように配置されてい
る。このため、マイクロヒータ４から離れるほど触媒層
２９の温度が低くなるので、マイクロヒータ４に最も近
い位置に配置された第１のサーモパイル５ａ及び第４の
サーモパイル８ａは、高温で燃焼するガスの燃焼熱を検
出し、第１のセンサ出力を出力する。この第１のセンサ
出力は、図６に示すように、高い温度で燃焼するメタン
ＣＨ₄と中程度の温度で燃焼する一酸化炭素ＣＯと低い
温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成されたセンサ出力であ
る。

【００６０】また、マイクロヒータ４から第１のサーモ
パイル５ａ及び第４のサーモパイル８ａよりも遠ざかっ
て配置された第２のサーモパイル５ｂ及び第５のサーモ
パイル８ｂは、中温で燃焼するガスの燃焼熱を検出し、
第２のセンサ出力を出力する。この第２のセンサ出力
は、図６に示すように、中程度の温度で燃焼する一酸化
炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成された
センサ出力である。

【００６１】さらに、マイクロヒータ４から第２のサー
モパイル５ｂ及び第５のサーモパイル８ｂよりも遠ざか
って配置された第３のサーモパイル５ｃ及び第６のサー
モパイル８ｃは、低温で燃焼するガスの燃焼熱を検出
し、第３のセンサ出力を出力する。この第３のセンサ出
力は、図６に示すように、低い温度で燃焼する水素Ｈ₂
のセンサ出力である。

【００６２】このため、ガス識別部４７は、第３のサー
モパイル５ｃからの第３のセンサ出力に基づいて、混合
ガスから水素Ｈ₂を識別することができる。この場合、
図６に示すように、第３のセンサ出力が約６００ｍＶ程
度であれば、水素Ｈ₂を識別することができる。

【００６３】次に、第１の減算回路５１が第２のサーモ
パイル５ｂからの第２のセンサ出力と第３のサーモパイ
ル５ｃからの第３のセンサ出力とを入力し、第２のサー
モパイル５ｂからの第２のセンサ出力から第３のサーモ
パイル５ｃからの第３のセンサ出力を減算して、第１の
減算出力を得る（ステップＳ１７）。

【００６４】第２のセンサ出力は、中程度の温度で燃焼
する一酸化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが
合成された出力であり、第３のセンサ出力は、低い温度
で燃焼する水素Ｈ₂のセンサ出力であるため、第１の減
算出力は、中程度の温度で燃焼する一酸化炭素ＣＯの出
力となる。

【００６５】このため、ガス識別部４７は、第１の減算
回路５１からの第１の減算出力に基づいて、混合ガスか
ら一酸化炭素ＣＯを識別することができる。この場合、
図６に示すように、第１の減算出力が約２００ｍＶ程度
であれば、一酸化炭素ＣＯを識別することができる。

【００６６】さらに、第２の減算回路５３が第１のサー
モパイル５ａからの第１のセンサ出力と第２のサーモパ
イル５ｂからの第２のセンサ出力とを入力し、第２のサ
ーモパイル５ｂからの第２のセンサ出力から第１のサー
モパイル５ａからの第１のセンサ出力を減算して、第２
の減算出力を得る（ステップＳ１９）。

【００６７】第１のセンサ出力は、高い温度で燃焼する
メタンＣＨ₄と中程度の温度で燃焼する一酸化炭素ＣＯ
と低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成された出力であ
り、第２のセンサ出力は、中程度の温度で燃焼する一酸
化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成され
た出力であるため、第２の減算出力は、高い温度で燃焼
するメタンＣＨ₄の出力となる。

【００６８】このため、ガス識別部４７は、第２の減算
回路５３からの減算出力に基づいて、混合ガスからメタ
ンＣＨ₄を識別することができる（ステップＳ２１）。
この場合、図６に示すように、第２の減算出力が約１０
０ｍＶ程度であれば、メタンＣＨ₄を識別することがで
きる。

【００６９】このように、第１の実施の形態の接触燃焼
式ガスセンサ並びにガス検出方法及びその装置によれ
ば、可燃性の混合ガスからガス種を識別することがで
き、従来のような複数のセンサを設けることなく、１つ
のガスセンサで済むから、簡単な構成で且つ安価な接触
燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置を提供することがで
きる。

【００７０】なお、第１の実施の形態の接触燃焼式ガス
センサでは、マイクロヒータ４の片側に３つのサーモパ
イルを配置したが、マイクロヒータ４の片側に２つのサ
ーモパイルを配置してもよく、あるいは４つ以上のサー
モパイルを配置してもよい。２つのサーモパイルを配置
した場合には、２種類のガスを識別することができ、４
つ以上のサーモパイルを配置した場合には、さらに多く
のガスを識別することができる。

【００７１】また、接触燃焼式ガスセンサにはサーモパ
イルを用いているので、可燃性ガスに対してより大きな
センサ出力を得ることができ、これによって、低濃度の
可燃性ガスや一酸化炭素（ＣＯ）等の感度の低い可燃性
ガスに対してガス検知感度を向上することができる。ま
た、サーモパイルが、複数個の熱電対を直列に接続して
なるため、熱電対の数に比例して大きなセンサ出力を得
ることができる。

【００７２】さらに、センサ出力が大きいため、従来の
ようなレファレンス（補償素子）を用いたブリッジ回路
も不要となり、より構成が簡単で安価となる。また、マ
イクロヒータ４とサーモパイルとが別々に設けられ、サ
ーモパイルは、温接点３１と冷接点３３の温度差により
熱起電力を発生するため、マイクロヒータ４の経時劣化
により抵抗値が変動しても、マイクロヒータ４の経時劣
化による抵抗値変動の影響を受けなくなる。これによっ
て、センサ出力変動がより小さくなる。

【００７３】さらに、触媒層２９が、サーモパイルの熱
電対の温接点３１とマイクロヒータ４とを覆うように形
成されているため、マイクロヒータ４の発熱が効率よく
短時間で触媒層２９に伝導されて可燃性ガスが燃焼し、
その燃焼熱が熱電対の温接点３１に伝導されるから、冷
接点３３と温接点３１との熱容量の差を大きくすること
ができる。これによって、大きなセンサ出力を得ること
ができる。

【００７４】また、サーモパイルの熱電対の冷接点３３
を除く部分及びマイクロヒータ４は、ダイアラム３上に
形成されているので、サーモパイル及びマイクロヒータ
４の熱容量を小さくすることができる。これによって、
マイクロヒータ４の発熱量が基板中に熱拡散する現象を
回避できるため、マイクロヒータ４の発熱量を効率よく
しかも短時間で触媒層２９に伝導でき、これによって、
高感度で且つ高速にガスを燃焼させることができるとと
もに、さらにサーモパイルから大きなセンサ出力を得る
ことができる。

【００７５】また、サーモパイルのそれぞれの冷接点３
３が、ダイアフラム３を除く領域に形成されているの
で、熱電対の冷接点３３と温接点３１との熱容量の差を
大きくすることができる。これによって、熱電対の起電
力を大きくすることができるので、より大きなセンサ出
力を得ることができる。

【００７６】さらに、絶縁膜である窒化シリコン２３ｂ
上に形成され且つ窒化シリコン２３ｂ及びマイクロヒー
タ４に接触した状態で配置された酸化ハフニウム膜２３
ｃを形成したので、高温における白金からなるマイクロ
ヒータ４と下地膜である窒化シリコン２３ｂとの密着性
が向上し、マイクロヒータ４の白金の剥離をなくすこと
ができるとともに、センサの経時劣化特性及びセンサの
破壊耐久特性を向上することができる。

【００７７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置
について説明する。図７は第２の実施の形態の接触燃焼
式ガスセンサの上面図である。図８は第２の実施の形態
の接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置の回路構
成図である。図９は第２の実施の形態のガス検出方法を
示すフローチャートである。

【００７８】第２の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ
１ａは、第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ１に
対して、図７に示すように、第１のサーモパイル５ａ及
び第４のサーモパイル８ａを取り除き、この第１のサー
モパイル５ａ及び第４のサーモパイル８ａに代えて、マ
イクロヒータ４を用いて高温で燃焼するメタン等のガス
を識別し、第２のサーモパイル５ｂ及び第５のサーモパ
イル８ｂで中程度の温度で燃焼するガスを識別し、第３
のサーモパイル５ｃ及び第６のサーモパイル８ｃで低温
で燃焼するガスを識別するようにしたことを特徴とす
る。

【００７９】このため、マイクロヒータ４の一端に接続
される白金パッド６ｂ₂にはレファレンス抵抗１８が接
続され、レファレンス抵抗１８には白金パッド６ｂ₃が
接続され、この白金パッド６ｂ₃が接地されている。

【００８０】また、図８に示すガス検出装置において、
マイクロヒータ４の他端には白金パッド６ｂ₁を介して
レファレンス抵抗５５の一端が接続され、このレファレ
ンス抵抗５５の他端にはレファレンス抵抗５７の一端が
接続され、レファレンス抵抗５７の他端は、接地されて
いる。これらマイクロヒータ４、レファレンス抵抗１
８，５５，５７でブリッジ回路を構成している。レファ
レンス抵抗１８とレファレンス抵抗５７との間にはこの
間を流れる電流を検出する電流検出回路５９が設けられ
ている。

【００８１】また、ガス識別部４７ａは、電流検出回路
５９で検出された電流出力に基づいて、混合ガスのガス
種を識別する。演算回路４５ａは、第１の減算回路５１
のみを有する。

【００８２】なお、第２の実施の形態の接触燃焼式ガス
センサ及びガス検出装置のその他の構成は、第１の実施
の形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置の構成
と同一構成であり、同一部分には同一符号を付し、その
詳細な説明は省略する。

【００８３】次に、このように構成された第２の実施の
形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置の動作を
図９に示すガス検出方法のフローチャートを参照しなが
ら説明する。

【００８４】まず、ヒータ駆動回路４９が、パルス発生
器４３からのパルス駆動信号によりマイクロヒータ４を
駆動すると、マイクロヒータ４が加熱されて（ステップ
Ｓ５１）、可燃性ガスが燃焼する（ステップＳ５３）。
すると、マイクロヒータ４の温度が変化し、ヒータ温度
の変化に伴ってヒータ抵抗が変化する（ステップＳ５
５）。このため、ブリッジ回路に有するレファレンス抵
抗１８とレファレンス抵抗５７との相互間に流れる電流
を電流検出回路５９により検出する（ステップＳ５
７）。

【００８５】そして、電流検出回路５９で検出された電
流出力に基づいて、ガス識別部４７ａが混合ガスのガス
種を識別する（ステップＳ６３）。すなわち、マイクロ
ヒータ４を用いて、マイクロヒータ４の近傍であって高
温で燃焼するメタン等のガスのガス種を識別することが
できる。

【００８６】一方、第２及び第３のサーモパイル５ｂ，
５ｃが、第２及び第３のセンサ出力を出力すると（ステ
ップＳ５９）、第１の減算回路５１は、第２のサーモパ
イル５ｂからの第２のセンサ出力から第３のサーモパイ
ル５ｃからの第３のセンサ出力を減算して、第１の減算
出力を得る（ステップＳ６１）。そして、ガス識別部４
７ａは、第１の減算回路５１からの第１の減算出力に基
づいて、混合ガスから一酸化炭素ＣＯを識別することが
できる（ステップＳ６３）。また、ガス識別部４７ａ
は、第３のサーモパイル５ｃからの第３のセンサ出力に
基づいて、混合ガスから水素Ｈ₂を識別することができ
る。

【００８７】このように、第２の実施の形態の接触燃焼
式ガスセンサ及びガス検出装置によれば、マイクロヒー
タ４を用いて、高温で燃焼するガスのガス種を識別する
ことができるとともに、第２及び第３のサーモパイル５
ｂ，５ｃ、第５及び第６のサーモパイル８ｂ，８ｃから
の出力に基づいて、低温及び中温で燃焼するガスのガス
種を識別することができる。従って、第２の実施の形態
の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置においても、
第１の実施の形態の効果と同様な効果が得られる。

【００８８】なお、第２の実施の形態の接触燃焼式ガス
センサでは、マイクロヒータ４の片側に２つのサーモパ
イルを配置したが、マイクロヒータ４の片側に１つのサ
ーモパイルを配置してもよい。この場合には、マイクロ
ヒータ４を用いて例えば、メタンを識別し、１つのサー
モパイルで一酸化炭素等を識別してもよい。また、マイ
クロヒータ４の片側に３つ以上のサーモパイルを配置し
ても良い。このようにすれば、さらに多くのガスを識別
することができる。

【００８９】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置
について説明する。この第３の実施の形態の接触燃焼式
ガスセンサ及びガス検出装置は、第１及び第２の実施の
形態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置を創作す
るに先立って、創作されたものである。

【００９０】第３の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ
及びガス検出装置は、ヒータに印加するパルス駆動電圧
を周期的に変化させることによりガス検知素子の温度を
制御し、ガス検知素子が低い電圧のときに低温で燃焼す
るガスを検知し、高い電圧のときに高温で燃焼するガス
を検知することを特徴とする。

【００９１】図１０は第３の実施の形態の接触燃焼式ガ
スセンサを用いたガス検出装置の回路構成図である。図
１１は第３の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサのガス
検知素子を３つの温度で周期的に変化させるためのパル
ス電圧を示すタイミングチャートである。図１２は第３
の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの印加電圧とセン
サ出力との関係を示す図である。

【００９２】この接触燃焼式ガスセンサは、図１３に示
すようなガスセンサであり、ガス検知素子１３０、補償
素子３２１，３２２，３２３とを有し、ガス検知素子１
３０と補償素子３２１，３２２，３２３とで可燃性ガス
を燃焼する際に発生する燃焼熱を検出することにより可
燃性ガスを検量する。ガス検知素子１３０、補償素子３
２１，３２２，３２３のそれぞれは、ヒータ１１８を有
する。

【００９３】ガス検知素子１３０、補償素子３２１，３
２２，３２３とでブリッジ回路を構成し、このブリッジ
回路の補償素子３２２と補償素子３２１との間に流れる
電流を検出し検出された電流出力をセンサ出力としてメ
モリ４４に出力する電流検出回路１３８が設けられてい
る。

【００９４】また、図１０に示すガス検出装置におい
て、コントローラ４１ｂは、第１のパルス電圧Ｖｃ（図
１１に示す例ではパルス電圧が約１．６Ｖ）有する一定
周期の第１のパルス駆動信号を発生する第１のパルス発
生器４３ａ、第２のパルス電圧Ｖｂ（図１１に示す例で
はパルス電圧が約１．０Ｖ）を有する一定周期の第２の
パルス駆動信号を発生する第２のパルス発生器４３ｂ、
第３のパルス電圧Ｖａ（図１１に示す例ではパルス電圧
が約０．６Ｖ）を有する一定周期の第３のパルス駆動信
号を発生する第３のパルス発生器４３ｃを有している。

【００９５】第１のパルス電圧Ｖｃは、図１２に示す印
加電圧範囲ｃに対応し、第２のパルス電圧Ｖｂは、図１
２に示す印加電圧範囲ｂに対応し、第３のパルス電圧Ｖ
ａは、図１２に示す印加電圧範囲ａに対応している。マ
イクロヒータ４へ印加されるパルス駆動信号の印加電圧
が低い場合（印加電圧範囲ａの場合）には、温度が低
く、低い温度で燃焼する水素Ｈ₂の第３のセンサ出力が
得られる。

【００９６】また、マイクロヒータ４へ印加される印加
電圧が中程度である場合（印加電圧範囲ｂの場合）に
は、温度が中程度であり、中程度の温度で燃焼する一酸
化炭素ＣＯと低い温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成され
た第２のセンサ出力が得られる。さらに、マイクロヒー
タ４へ印加される印加電圧が高い場合（印加電圧範囲ｃ
の場合）には、温度が高く、高い温度で燃焼するメタン
ＣＨ₄と中程度の温度で燃焼する一酸化炭素ＣＯと低い
温度で燃焼する水素Ｈ₂とが合成された第１のセンサ出
力が得られる。

【００９７】また、コントローラ４１ｂは、第１乃至第
３のパルス発生器４３ａ〜４３ｃを順番に選択して図１
１に示すようにパルス電圧を周期的に変化させたパルス
駆動信号をヒータ駆動回路４９に出力するスイッチング
回路４２、パルス電圧を周期的に変化させたパルス駆動
信号の各パルス電圧に対応して、電流検出回路１３８か
ら順番に出力される各センサ出力を格納するメモリ４
４、各センサ出力を演算することにより演算出力を得る
演算回路４５ｂ、演算出力に基づいて、可燃性ガスのガ
ス種を識別するガス識別部４７ｂを有している。

【００９８】演算回路４５ｂは、第１の減算回路５１
ｂ、第２の減算回路５３を有している。第１の減算回路
５１ｂは、パルス駆動信号の第２のパルス電圧Ｖｂに対
応して電流検出回路１３８から出力される第２のセンサ
出力から、第３のパルス電圧Ｖａに対応して電流検出回
路１３８から出力される第３のセンサ出力を減算して、
第１の減算出力を得る。第２の減算回路５３ｂは、パル
ス駆動信号の第１のパルス電圧Ｖｃに対応して電流検出
回路１３８から出力される第１のセンサ出力から、第２
のパルス電圧Ｖｂに対応して電流検出回路１３８から出
力される第２のセンサ出力を減算して、第２の減算出力
を得る。

【００９９】ガス識別部４７ｂは、第３のパルス電圧Ｖ
ａに対応して電流検出回路１３８から出力される第３の
センサ出力、第１の減算出力、及び第２の減算出力に基
づいて、可燃性ガスのガス種を識別する。

【０１００】次に、このように構成された第３の実施の
形態のガス検出装置の動作を説明する。まず、スイッチ
ング回路４２が、順番に、第１のパルス発生器４３ａ、
第２のパルス発生器４３ｂ、第３のパルス発生器４３ｃ
を選択すると、図１１に示すように、パルス電圧Ｖｃ、
パルス電圧Ｖｂ、パルス電圧Ｖａの順番でパルス電圧が
周期的に変化したパルス駆動信号がヒータ駆動回路４９
に出力され、ヒータ駆動回路４９は、このパルス駆動信
号により、印加電圧１．６Ｖ，１．０Ｖ，０．６Ｖで周
期的に間欠駆動する。なお、例えば、３０秒毎に１回１
００ｍｓで駆動する。

【０１０１】すると、ヒータ１１８により可燃性ガスが
燃焼し、可燃性ガスの燃焼熱によりガス検知素子１３
０、補償素子３２１，３２２，３２３の抵抗値がそれぞ
れ変化する。このとき、電流検出回路１３８により補償
素子３２２と補償素子３２１との間に流れる電流を検出
し、そのセンサ出力をメモリ４４に順番に記憶する。

【０１０２】ガス識別部４７ｂは、第３のパルス電圧Ｖ
ａに対応して電流検出回路１３８から出力される第３の
センサ出力に基づいて、混合ガスから水素を識別するこ
とができる。

【０１０３】また、第１の減算回路５１ｂは、パルス駆
動信号の第２のパルス電圧Ｖｂに対応して電流検出回路
１３８から出力される第２のセンサ出力から、第３のパ
ルス電圧Ｖａに対応して電流検出回路１３８から出力さ
れる第３のセンサ出力を減算して、第１の減算出力を得
る。ガス識別部４７ｂは、第１の減算出力に基づいて、
混合ガスから一酸化炭素を識別することができる。

【０１０４】さらに、第２の減算回路５３ｂは、パルス
駆動信号の第１のパルス電圧Ｖｃに対応して電流検出回
路１３８から出力される第１のセンサ出力から、第２の
パルス電圧Ｖｂに対応して電流検出回路１３８から出力
される第２のセンサ出力を減算して、第２の減算出力を
得る。ガス識別部４７ｂは、第２の減算出力に基づい
て、混合ガスからメタンを識別することができる。この
ように第３の実施の形態のガス検出装置によれば、混合
ガスからメタン、一酸化炭素、水素を識別することがで
きる。

【０１０５】このように、第３の実施の形態の接触燃焼
式ガスセンサ及びガス検出装置によれば、ヒータに印加
するパルス駆動電圧を周期的に変化させることによりガ
ス検知素子の温度を制御し、ガス検知素子が低い電圧の
ときに低温で燃焼するガスを検知し、高い電圧のときに
高温で燃焼するガスを検知することができる。

【０１０６】ここで、第３の実施の形態の接触燃焼式ガ
スセンサ及びガス検出装置と、第１及び第２の実施の形
態の接触燃焼式ガスセンサ及びガス検出装置を比較する
と、第１及び第２の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサ
及びガス検出装置は、マイクロヒータのパルス駆動電圧
を周期的に変化させることなく、異なる燃焼温度の可燃
性ガスを識別することができる。従って、第１及び第２
の実施の形態のガス検出装置は、第３の実施の形態のガ
ス検出装置に設けられた第１乃至第３のパルス発生器４
３ａ〜４３ｃを設ける必要がなくなり、ガス検出装置の
回路構成が簡単で安価となった。

【０１０７】また、図１２に示す第３の実施の形態の接
触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を図６に示す第１の実
施の形態の接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と比較す
ると、第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサのセン
サ出力の方が、非常に大きいことがわかる。すなわち、
第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサでは、サーモ
パイルを用いたので、各種の可燃性ガスに対して大きな
センサ出力を得ることができる。

【０１０８】なお、本発明は前述した第１乃至第３の実
施の形態の接触燃焼式ガスセンサに限定されるものでは
ない。第１及び第２の実施の形態では、水素、一酸化炭
素、メタンの混合ガスからガス種を識別したが、本発明
は、例えば、エタノール、イソブタン（ｉ−Ｃ₄Ｈ₁₀）
等のガスを識別することもできる。この場合、エタノー
ルは、図６の印加電圧範囲ａにおいてセンサ出力が得ら
れ且つこのセンサ出力が水素のセンサ出力よりも大きい
ので、第３のサーモパイル５ｃからのセンサ出力に基づ
いて混合ガスからエタノールを識別することができる。

【０１０９】また、イソブタンは、図６の印加電圧範囲
ｂにおいてセンサ出力が得られ且つこのセンサ出力が一
酸化炭素のセンサ出力よりも大きいので、第２のサーモ
パイル５ｂからのセンサ出力に基づいて混合ガスからイ
ソブタンを識別することができる。

【０１１０】また、第１及び第２の実施の形態では、第
１乃至第６のサーモパイルの６つのサーモパイルをマイ
クロヒータ４を挟んで両側に設けたが、例えば、３つの
サーモパイルをマイクロヒータ４の片側に設けても良
い。

【０１１１】また、第１及び第２の実施の形態では、マ
イクロヒータ４の周辺に第１乃至第６のサーモパイルを
配置したが、これに限定されるものではなく、例えば、
マイクロヒータ４上に絶縁膜２３を介して例えば、第１
乃至第６のサーモパイルを配置しても、第１及び第２実
施の形態の接触燃焼式ガスセンサの効果と同様な効果が
得られる。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない
範囲内で、種々変形して実施可能であるのは勿論であ
る。

【０１１２】

【発明の効果】請求項１の発明の接触燃焼式ガスセンサ
によれば、複数のサーモパイルがヒータから順番に遠ざ
かるように配置されているため、ヒータから離れるほど
触媒層の温度が低くなるので、ヒータに最も近い位置に
配置されたサーモパイルは、高温で燃焼するガスの燃焼
熱を検出し、また、ヒータからより遠ざかって配置され
たサーモパイルは、低温で燃焼するガスの燃焼熱を検出
する。従って、複数のサーモパイルからの出力を演算処
理すれば、可燃性の混合ガスからガス種を識別すること
ができ、しかも１つのガスセンサで済むから、簡単な構
成で且つ安価な接触燃焼式ガスセンサを提供することが
できる。

【０１１３】請求項２の発明の接触燃焼式ガスセンサに
よれば、請求項１記載の効果に加え、それぞれのサーモ
パイルが、複数個の熱電対を直列に接続してなるため、
熱電対の数に比例してさらに大きなセンサ出力を得るこ
とができる。

【０１１４】請求項３の発明の接触燃焼式ガスセンサに
よれば、請求項１または請求項２記載の効果に加え、触
媒層が、サーモパイルを構成する熱電対の温接点とヒー
タとを覆うように形成されているため、ヒータの発熱が
効率よく短時間で触媒層に伝導されて可燃性ガスが燃焼
し、その燃焼熱が熱電対の温接点に伝導されるから、冷
接点と温接点との熱容量の差を大きくすることができ
る。これによって、熱電対の起電力を大きくすることが
できるので、より大きなセンサ出力を得ることができ
る。

【０１１５】請求項４の発明の接触燃焼式ガスセンサに
よれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の効
果に加え、基板が、所定の厚さのダイアフラムを有し、
サーモパイルを構成する熱電対の冷接点を除く部分及び
ヒータは、ダイアラム上に形成されているので、サーモ
パイル及びヒータの熱容量を小さくすることができる。
これによって、ヒータの発熱量が基板中に熱拡散する現
象を回避できるため、ヒータの発熱量を効率よくしかも
短時間で触媒層に伝導でき、これによって、サーモパイ
ルからさらに大きなセンサ出力を得ることができる。

【０１１６】請求項５の発明の接触燃焼式ガスセンサに
よれば、請求項４記載の効果に加え、サーモパイルの冷
接点が、ダイアフラムを除く領域に形成されているの
で、熱電対の冷接点と温接点との熱容量の差を大きくす
ることができる。これによって、熱電対の起電力を大き
くすることができるので、より大きなセンサ出力を得る
ことができる。

【０１１７】請求項６の発明のガス検出装置によれば、
複数のサーモパイルがヒータから順番に遠ざかるように
配置されているため、ヒータから離れるほど触媒層の温
度が低くなるので、ヒータに最も近い位置に配置された
サーモパイルは、高温で燃焼するガスの燃焼熱を検出
し、また、ヒータからより遠ざかって配置されたサーモ
パイルは、低温で燃焼するガスの燃焼熱を検出する。演
算手段は、複数のサーモパイルの各サーモパイルからの
出力を演算することにより演算出力を得て、ガス識別手
段は、演算手段で得られた演算出力に基づいて混合ガス
のガス種を識別する。従って、可燃性の混合ガスからガ
ス種を識別することができる。

【０１１８】請求項７の発明によれば、ヒータの加熱に
より可燃性ガスが燃焼すると、ヒータ温度が変化し、ヒ
ータ温度の変化に伴ってヒータ抵抗が変化する。このた
め、ブリッジ回路に有する第１の比較素子の一端と第３
の比較素子の一端との相互間に流れる電流を電流検出手
段により検出し、電流検出手段で検出された電流出力に
基づいて、ガス識別手段が混合ガスのガス種を識別す
る。すなわち、ヒータを用いて、高温で燃焼するガスの
ガス種を識別することができるとともに、複数のサーモ
パイルからの出力に基づいて、低温及び中温で燃焼する
ガスのガス種を識別することができる。

【０１１９】請求項８の発明によれば、請求項６または
請求項７記載の効果に加え、減算回路が、複数のサーモ
パイルの内の隣接する２つのサーモパイルからの２つの
出力の差を算出し、ガス識別手段は、減算回路で算出さ
れた２つの出力の差に基づいて、混合ガスのガス種を識
別する。従って、可燃性の混合ガスのガス種を精度良く
識別することができる。

【０１２０】請求項９の発明のガス検出方法によれば、
請求項６の発明のガス検出装置の効果と同様な効果が得
られる。請求項１０の発明のガス検出方法によれば、請
求項７の発明のガス検出装置の効果と同様な効果が得ら
れる。請求項１１の発明のガス検出方法によれば、請求
項８の発明のガス検出装置の効果と同様な効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの上
面図である。

【図２】第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの断
面図である。

【図３】第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサに設
けられたサーモパイルの断面図及び上面図である。

【図４】第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサを用
いたガス検出装置の回路構成図である。

【図５】第１の実施の形態のガス検出方法を示すフロー
チャートである。

【図６】第１の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの印
加電圧とセンサ出力との関係を示す図である。

【図７】第２の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの上
面図である。

【図８】第２の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサを用
いたガス検出装置の回路構成図である。

【図９】第２の実施の形態のガス検出方法を示すフロー
チャートである。

【図１０】第３の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサを
用いたガス検出装置の回路構成図である。

【図１１】第３の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの
ガス検知素子を３つの温度で周期的に変化させるための
パルス電圧を示すタイミングチャートである。

【図１２】第３の実施の形態の接触燃焼式ガスセンサの
印加電圧とセンサ出力との関係を示す図である。

【図１３】従来の接触燃焼式ガスセンサの構成図であ
る。

【図１４】図１３に示す従来の接触燃焼式ガスセンサを
ブリッジ回路に組み込んだ場合のガス検出回路の回路構
成図である。

【符号の説明】

１，１ａ 接触燃焼式ガスセンサ ２ Ｓｉ基板 ３ ダイアフラム ４ マイクロヒータ ５ａ〜５ｃ 第１乃至第３のサーモパイル ８ａ〜８ｃ 第４乃至第６のサーモパイル １８，５５，５７ レファレンス抵抗 ２１ Ｐ⁺⁺−Ｓｉ ２３ａ 酸化シリコン ２３ｂ 窒化シリコン ２３ｃ 酸化ハフニウム ２５ 金属膜 ２７ 保護膜 ２９ 触媒層 ３１ 温接点 ３３ 冷接点 ４１ コントローラ ４２ スイッチング回路 ４３ パルス発生器 ４３ａ〜４３ｃ 第１乃至第３のパルス発生器 ４４ メモリ ４５ 演算回路 ４７ ガス識別部 ４９ ヒータ駆動回路 ５１ 第１の減算回路 ５３ 第２の減算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G040 AA02 AB15 BA23 BB01 BB09 CA02 CA13 CA22 CB02 DA03 DA12 DA15 EA02 EA11 EB02 GA05 GA07 HA16 HA18 2G060 AA02 AB03 AB08 AB17 AE19 BA03 BB02 BB15 BD08 HC08 JA01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 混合ガスからなる可燃性ガスを燃焼する
   際に発生する燃焼熱を検出することにより可燃性ガスを
   検量する接触燃焼式ガスセンサであって、 基板上に形成され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒ
   ータと、 このヒータ上に形成され且つこのヒータの発熱量に応じ
   て発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作
   用する触媒層と、 前記ヒータから順番に遠ざかるように配置され且つ前記
   可燃性ガスの燃焼熱を検出する複数のサーモパイルと、
   を備えたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記複数のサーモパイルのそれぞれのサ
   ーモパイルは、温接点及び冷接点を有する熱電対を複数
   個有し、この複数個の熱電対が直列に接続されてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の接触燃焼式ガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記触媒層は、前記サーモパイルを構成
   する熱電対の温接点と前記ヒータとを覆うように形成さ
   れていることを特徴とする請求項１または請求項２記載
   の接触燃焼式ガスセンサ。
4. 【請求項４】 前記基板は、所定の厚さのダイアフラム
   を有し、前記サーモパイルを構成する熱電対の冷接点を
   除く部分及び前記ヒータは、前記ダイアラム上に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
   れか１項記載の接触燃焼式ガスセンサ。
5. 【請求項５】 前記サーモパイルの冷接点は、前記ダイ
   アフラムを除く領域に形成されていることを特徴とする
   請求項４記載の接触燃焼式ガスセンサ。
6. 【請求項６】 基板上に形成され可燃性ガスの燃焼を促
   すためのヒータ、このヒータ上に形成され且つこのヒー
   タの発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対
   して触媒として作用する触媒層、及び前記ヒータから順
   番に遠ざかるように配置され且つ前記可燃性ガスの燃焼
   熱を検出する複数のサーモパイルを有する接触燃焼式ガ
   スセンサと、 この接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記ヒータに電
   流を流すことにより前記ヒータを加熱させるヒータ駆動
   手段と、 前記接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記複数のサー
   モパイルの各サーモパイルからの出力を演算することに
   より演算出力を得る演算手段と、 この演算手段で得られた演算出力に基づいて、前記混合
   ガスのガス種を識別するガス識別手段と、を備えること
   を特徴とするガス検出装置。
7. 【請求項７】 基板上に形成され可燃性ガスの燃焼を促
   すためのヒータ、このヒータ上に形成され且つこのヒー
   タの発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対
   して触媒として作用する触媒層、及び前記ヒータから順
   番に遠ざかるように配置され且つ前記可燃性ガスの燃焼
   熱を検出する１つまたは複数のサーモパイルを有する接
   触燃焼式ガスセンサと、 この接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記ヒータに電
   流を流すことにより前記ヒータを加熱させるヒータ駆動
   手段と、 前記ヒータ、一端が前記ヒータの一端に接続された第１
   の比較素子、一端が前記ヒータの他端に接続された第２
   の比較素子、一端が前記第２の比較素子の他端に接続さ
   れ且つ他端が前記第１の比較素子の他端に接続された第
   ３の比較素子により構成されるブリッジ回路と、 このブリッジ回路に有する前記第１の比較素子の一端と
   前記第３の比較素子の一端との相互間に流れる電流を検
   出する電流検出手段と、 前記接触燃焼式ガスセンサに設けられた前記複数のサー
   モパイルからの出力を演算することにより演算出力を得
   る演算手段と、 この演算手段で得られた演算出力及び前記電流検出手段
   で検出された電流出力に基づいて、前記混合ガスのガス
   種を識別するガス識別手段と、 を備えることを特徴とするガス検出装置。
8. 【請求項８】 前記演算手段は、前記複数のサーモパイ
   ルの内の隣接する２つのサーモパイルからの２つの出力
   の差を算出する減算回路を有し、 前記ガス識別手段は、前記減算回路で算出された２つの
   出力の差に基づいて、前記混合ガスのガス種を識別する
   ことを特徴とする請求項６または請求項７記載のガス検
   出装置。
9. 【請求項９】 ヒータと触媒層と前記ヒータから順番に
   遠ざかるように配置された複数のサーモパイルとを有す
   る接触燃焼式ガスセンサの前記ヒータに電流を流すこと
   により前記ヒータを加熱させ、 前記触媒層が前記ヒータの発熱量に応じて発熱して前記
   可燃性ガスを燃焼させ、前記複数のサーモパイルが前記
   可燃性ガスの燃焼熱を検出し、 前記複数のサーモパイルの各サーモパイルからの出力を
   演算することにより演算出力を得て、 得られた演算出力に基づいて、前記混合ガスのガス種を
   識別することを特徴とするガス検出方法。
10. 【請求項１０】 ヒータ、一端が前記ヒータの一端に接
    続された第１の比較素子、一端が前記ヒータの他端に接
    続された第２の比較素子、一端が前記第２の比較素子の
    他端に接続され且つ他端が前記第１の比較素子の他端に
    接続された第３の比較素子により構成されるブリッジ回
    路を備え、 前記ヒータと触媒層と前記ヒータから順番に遠ざかるよ
    うに配置された１つまたは複数のサーモパイルとを有す
    る接触燃焼式ガスセンサの前記ヒータに電流を流すこと
    により前記ヒータを加熱させ、 前記触媒層が前記ヒータの発熱量に応じて発熱して前記
    可燃性ガスを燃焼させ、前記１つまたは複数のサーモパ
    イルが前記可燃性ガスの燃焼熱を検出し、 前記ブリッジ回路に有する前記第１の比較素子の一端と
    前記第３の比較素子の一端との相互間に流れる電流を検
    出し、 前記複数のサーモパイルからの出力を演算することによ
    り演算出力を得て、 得られた演算出力及び検出された電流出力に基づいて、
    前記混合ガスのガス種を識別することを特徴とするガス
    検出方法。
11. 【請求項１１】 前記複数のサーモパイルの内の隣接す
    る２つのサーモパイルからの２つの出力の差を算出し、 算出された２つの出力の差に基づいて、前記混合ガスの
    ガス種を識別することを特徴とする請求項９または請求
    項１０記載のガス検出方法。