JP2015068820A - ガスセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス選択性を得るとともに、製造工程の増加を抑制することができるガスセンサ装置を提供する。【解決手段】酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に、金を含む検知電極１４と、白金を含む参照電極１５とからなる電極対を備えるガスセンサ１０Ａ，１０Ｂと、ヒータ１６により電極対の温度を制御するとともに、ガスセンサ１０Ａ，１０Ｂに発生する電位差に基づいて特定ガスを検知する演算部２０とが設けられ、演算部２０は、ガスセンサ１０Ａ，１０Ｂの中で特定ガスのうちの第１成分に対する感度が高い第１温度に制御された第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、ガスセンサ１０Ａ，１０Ｂの中で特定ガスのうちの第１成分および第２成分に対する感度が高い第２温度に制御された第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力と、に基づいて、第１成分および第２成分のいずれの成分に反応しているかを検出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス検知が必要な分野に適用されるガスセンサ装置に関し、特にアンモニアや硫化水素などの悪臭成分を低濃度で選択的に検知することが必要とされる分野に好適に利用されるガスセンサ装置に関する。

従来、ガスセンサ装置として、例えばＬＰガス、都市ガス等を検知するガス漏れ警報用の半導体ガスセンサなどが広く用いられている。
この種のガスセンサとしては、膜厚の異なるガス感応膜（例えば酸化スズ膜）を形成し、膜厚によるガス検知特性の違いを利用してガス選択性を高めたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、検知対象ガスおよび妨害ガスの両者に対して高い感度を有するガスセンサと、検知対象ガスに対する感度は低いが妨害ガスに対する感度は同程度であるガスセンサの出力を比較することによってガス選択性を高めるものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平０５−０１０９０５号公報 特開平０７−２０９２３４号公報

上述の特許文献１に記載のガスセンサは、ガス選択性を得る為に同一の材料でガス感応膜を形成しているが、ガス感応膜の膜厚が異なっている。この膜厚の異なるガス感応膜は、同一工程では形成することができず、別工程で形成しなければならない。そのため、特許文献１のガスセンサは、製造するために必要な工程数を削減することが困難であり、少ない工程数で製造することが難しいという問題があった。

上述の特許文献２に記載のガスセンサは、ガス選択性を得る為に異なるガス感応膜材料を用いてガス感応膜を形成している。これらのガス感応膜は、別の工程で形成されるものであるため、特許文献２のガスセンサは、製造するために必要な工程数を削減することが困難であり、少ない工程数で製造することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガス選択性を得るとともに、製造工程の増加を抑制することができるガスセンサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサ装置は、酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に、電極材料として少なくとも金を含む検知電極と、少なくとも白金を含む参照電極とからなる電極対を備えるとともに、ヒータにより前記固体電解質体および前記電極対の温度が制御され、測定雰囲気中の特定ガスによって前記電極対に電位差が発生するガスセンサと、前記ヒータに供給する電力を調節することにより、前記電極対の温度を制御するとともに、前記ガスセンサに発生する電位差に基づいて前記特定ガスを検知する演算部と、が設けられたガスセンサ装置において、前記ガスセンサは複数備えられており、前記演算部は、前記ガスセンサの中で前記特定ガスのうちの第１成分に対する感度が高い第１温度に制御された第１ガスセンサの電極対に生じる電位差である第１出力と、前記特定ガスのうちの前記第１成分および第２成分に対する感度が高い第２温度に制御された第２ガスセンサの電極対に生じる電位差である第２出力と、に基づいて、前記第１成分および前記第２成分のいずれの成分に反応しているかを検出することを特徴とする。

本発明のガスセンサ装置によれば、第１ガスセンサの制御温度と、第２ガスセンサの制御温度とを異ならせることにより、第１ガスセンサおよび第２ガスセンサの構成が同一であっても特定ガスに含まれる第１成分および第２成分を選択検知することができる。つまり、本発明のガスセンサ装置のガスセンサは、構成が同一であっても制御温度が異なる場合には、ガス成分に対するガス感度が異なってくる（言い換えると、ガス感度の温度依存性がある。）。ガス感度の温度依存性はガス成分によって異なることから、複数のガスセンサの制御温度を異ならせることにより、ガスセンサ制御装置は異なるガス成分を選択検知することができる。

また、第１ガスセンサおよび第２ガスセンサの構成が同一とは、電極対を形成する検知電極の材料および膜厚が同一であり、参照電極の材料および膜厚が同一であることをいう。そのため、ガスセンサ装置に複数のガスセンサを用いるにあたり、同じ工程で第１ガスセンサおよび第２ガスセンサを製造することができ、ガスセンサ装置の製造工程を短縮することが可能となる。なお、複数のガスセンサの各電極の材料および膜厚が同一とは、完全同一に限定されず、製造バラツキや公差の範囲内で各電極の材料や膜厚が変動しているといった実質的に同一な状態についても、同一に含まれるものとする。

上記発明において前記第１温度および前記第２温度は４００℃以上であり、かつ、前記第１温度および前記第２温度の温度差は少なくとも２０℃であることが好ましい。
このように第１温度および第２温度を４００℃以上に制御することにより、第１ガスセンサおよび第２ガスセンサのガス感度を第１成分および第２成分を良好に選択検知できる。さらに、第１温度と、第２温度との差を少なくとも２０℃とすることにより、第１ガスセンサの第１出力と、第２ガスセンサの第２出力との差が大きくなり、ガスセンサ装置が第１成分および第２成分のいずれの成分に反応しているかを検出しやすくなる。

上記発明において前記第１成分、および前記第２成分の組み合わせは、アンモニア、および硫化水素またはトリメチルアミンの組み合わせ、アンモニア、およびメチルメルカプタンの組み合わせ、硫化水素またはトリメチルアミン、およびメチルメルカプタンの組み合わせのいずれかであることが好ましい。

このように第１成分をアンモニア、第２成分を硫化水素またはトリメチルアミンとする組み合わせ、第１成分をアンモニア、第２成分をメチルメルカプタンとする組み合わせ、第１成分を硫化水素またはトリメチルアミン、第２成分をメチルメルカプタンとする組み合わせのいずれかとすることにより、他のガス種を選択検出する場合と比較して、第１成分および第２成分の選択検知が容易となる。

上記発明において、複数の前記ガスセンサは、前記演算部により前記特定ガスのうちの前記第１成分、前記第２成分および第３成分に対する感度が高い第３温度に制御される第３ガスセンサを備え、前記演算部は、前記第３温度に制御された前記第３ガスセンサの電極対に生じる電位差である第３出力と、前記第１出力および前記第２出力と、に基づいて、前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分のいずれの成分に反応しているかを検出することが好ましい。

このように第１ガスセンサの制御温度と、第２ガスセンサの制御温度と、第３ガスセンサの制御温度を異ならせることにより、第１ガスセンサ、第２ガスセンサおよび第３ガスセンサの構成が同一であっても特定ガスに含まれる第１成分、第２成分および第３成分を選択検知することができる。さらに、上述のように第１ガスセンサ、第２ガスセンサおよび第３ガスセンサにおける電極対を形成する検知電極の材料および膜厚が同一であり、参照電極の材料および膜厚が同一であるため、ガスセンサ装置の製造工程を短縮することが可能となる。なお、上記したように、複数のガスセンサの各電極の材料および膜圧が同一とは、完全同一に限定されず、製造バラツキや公差の範囲内で各電極の材料や膜厚が変動しているといった実質的に同一な状態についても、同一に含まれるものとする。

上記発明において前記第１温度、前記第２温度および前記第３温度は４００℃以上であり、かつ、前記第１温度、前記第２温度および前記第３温度は、互いに２０℃以上の差があることが好ましい。

このように第１温度、第２温度および第３温度を４００℃以上に制御することにより、第１ガスセンサ、第２ガスセンサおよび第３ガスセンサのガス感度を第１成分、第２成分および第３成分を良好に選択検知できる。さらに、第１温度、第２温度および第３温度の間の温度差を少なくとも２０℃とすることにより、第１出力、第２出力および第３出力の間の出力差が大きくなり、ガスセンサ装置が第１成分、第２成分および第３成分のいずれの成分に反応しているかを検出しやすくなる。

上記発明において前記第１成分、前記第２成分、および前記第３成分の組み合わせは、アンモニア、硫化水素またはトリメチルアミン、およびメチルメルカプタンの組み合わせであることが好ましい。

このように第１成分をアンモニア、第２成分を硫化水素またはトリメチルアミン、第３成分をメチルカプタンとすることにより、他のガス種を選択検出する場合と比較して、第１成分、第２成分および第３成分の選択検知が容易となる。

上記発明において前記固体電解質体は、少なくともイットリア安定化ジルコニアからなることが好ましい。
このように固体電解質体として、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることにより、酸素イオン導電性に優れ高いセンサ出力を得ることができる。

本発明のガスセンサ装置によれば、同一構成の第１ガスセンサの制御温度と、第２ガスセンサの制御温度とを異ならせることにより、特定ガスに含まれる第１成分および第２成分を選択検知するガス選択性を得るとともに、同じ工程で第１ガスセンサおよび第２ガスセンサを製造することができるため、製造工程の増加を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスセンサ装置の構成を説明する模式図である。 図１のガスセンサの構成を説明する模式図である。 図１のガスセンサ装置における選択検知を行う際の制御を説明するフローチャートである。 ガスセンサによる悪臭成分のガス感度評価の結果を説明するグラフである。 ガスセンサ装置による悪臭成分のガス感度評価の結果を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係るガスセンサ装置について、図１から図５を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明のガスセンサ装置１を、測定雰囲気に含まれる悪臭成分（特定ガス）を選択検知するものに適用して説明する。具体的には、アンモニア（第１成分）、硫化水素またはトリメチルアミン（第２成分）、およびメチルメルカプタン（第３成分）を選択検知するものに適用して説明する。

ガスセンサ装置１は、図１に示すように、悪臭成分を検知する第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃと、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの温度を制御するとともに、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの出力に基づいて、アンモニア、硫化水素またはトリメチルアミン、およびメチルメルカプタンを選択検知するマイコン（演算部）２０と、から主に構成されている。

第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂ、および第３ガスセンサ１０Ｃは同一の構成を有しており（換言すれば、同一の材料で形成されると共に同一の寸法で設計されており）、マイコン２０により制御される第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂ、第３ガスセンサ１０Ｃにそれぞれ設けられるヒータの加熱温度が異なるものである。そのため、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂ、および第３ガスセンサ１０Ｃの構成については、第１ガスセンサ１０Ａについてのみ説明し、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃについては説明を省略する。

第１ガスセンサ１０Ａは、図２に示すように、アルミナからなる絶縁基板１１と、絶縁基板１１の一方の面に配置された酸素イオン伝導性の固体電解質であるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる固体電解質体１２と、固体電解質体１２における絶縁基板１１とは反対側の面である表面に配置された電極対１３と、絶縁基板１１における固体電解質体１２とは反対側の面である裏面に配置されたヒータ１６と、から主に構成されている。

電極対１３は、検知電極１４と参照電極１５とから主に構成されている。検知電極１４は、電極材として金（Ａｕ）を主体（最も多い含有成分）に構成されており、具体的には、Ａｕおよび共素地としての酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）から構成されている。検知電極１４の厚みは、例えば２４μｍである。

参照電極１５は、電極材として白金（Ｐｔ）を主体（最も多い含有成分）に構成されており、具体的には、Ｐｔおよび共素地としての酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）から構成されている。参照電極１５の厚みは、例えば２０μｍである。さらに、図１に示すように検知電極１４は、Ａ／Ｄコンバータ１７を介して出力がマイコン２０に入力されるように構成され、その一方で、参照電極１５は接地されている。

ヒータ１６は、マイコン２０から電力が供給されることにより熱を発生させ、電極対１３が所望の温度（加熱温度）になるように制御するものである。本実施形態では、ヒータ１６として公知のものを用いることができ、特にその種類を限定するものではないが、本実施形態ではＰｔを主体に構成された材料にてヒータ１６が形成されている。

なお、本実施形態では、ヒータ１６にはマイコン２０から電力が供給される例に適用して説明するが、バッテリから電力が供給されていてもよく、電力を供給する相手を特に限定するものではない。

マイコン２０は、ＣＰＵ（中央演算ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、図１に示すように、ＣＰＵを演算処理部２１として機能させるものであり、ＲＯＭ等を記憶部２２として機能させるものである。なお、マイコン２０によるガスセンサ装置１の詳細な制御については後述する。

次に、本実施形態のガスセンサ装置１における製造方法、特に、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの製造方法について説明する。上述のように、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの構成は同一であるため、その製造方法についても同一である。

まず、絶縁基板１１の固体電解質体１２の形成位置に、例えばスクリーン印刷法を用いてＹＳＺペーストが塗布され１０００℃にて焼成される。これにより絶縁基板１１の上に固体電解質体１２が形成される。このように固体電解質体１２として、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることにより、酸素イオン導電性に優れ高いセンサ出力を得ることができる。なお、前述のＹＳＺペーストは、ＹＳＺ粉末に、例えばバインダーを加えてペースト状としたものである。以下の他のペーストも、周知の同様な手法にて製造することができる。

次に、固体電解質体１２の表面において、検知電極１４の形成位置にＡｕ／ＺｒＯ_２ペースト（共素地としてＺｒＯ_２を含むＡｕペースト）が塗布され、参照電極１５の形成位置にＰｔ／ＺｒＯ_２ペースト（共素地としてＺｒＯ_２を含むＰｔペースト）が塗布される。その後、１４００℃にて焼き付けが行われることにより、検知電極１４および参照電極１５が形成される。

上述の工程により製造されたガスセンサ１０（以下、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃを区別しない場合には、単に「ガスセンサ１０」と表記する。）を、図１に示すようにＡ／Ｄコンバータ１７およびマイコン２０と接続することによりガスセンサ装置１が得られる。なお、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの間で、Ａ／Ｄコンバータ１７およびマイコン２０への接続方法の違いはなく、同じ方法で接続されている。

次に、上記の構成からなるガスセンサ装置１における作用について図３から図５を参照しながら説明する。まず、図３を参照しながらガスセンサ装置１における悪臭成分の選択検知を行う際の制御について説明する。

選択検知の制御が開始されると、マイコン２０は、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの温度制御を開始する（Ｓ１０）。具体的には、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃのヒータ１６へ電力の供給を開始し、各ガスセンサの温度をそれぞれ目標の温度に制御する処理を開始する。温度の制御方法については、公知の方法を用いることができ特に限定するものではないが、本実施形態では、各ヒータ１６に供給する電力をＰＷＭ通電制御することにより、それぞれの目標の温度に制御するようにしている。

本実施形態では、第１ガスセンサ１０Ａを第１温度である５７５℃に制御し、第２ガスセンサ１０Ｂを第２温度である５００℃に制御し、第３ガスセンサ１０Ｃを第３温度である４５０℃に制御する例に適用して説明する。これら第１温度から第３温度の値は、マイコン２０の記憶部２２に予め記憶されている。

その後、マイコン２０は、Ｓ１０の温度制御を開始してから、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの温度がそれぞれの目標温度である第１温度、第２温度および第３温度となるための一定時間を経過したか否かを判定する処理を行う（Ｓ１１）。一定時間は、実験等と通じて予め求められた時間であり、マイコン２０の記憶部２２に予め記憶されている。一定時間を経過していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、再びＳ１１の判定処理を行う。

一定時間が経過したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、マイコン２０は、第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力と、第３ガスセンサ１０Ｃの第３出力と、を取得する処理を行う（Ｓ１２）。なお、第１出力は第１ガスセンサ１０Ａの電極対１３に発生する電位差であり、第２出力は第２ガスセンサ１０Ｂの電極対１３に発生する電位差であり、第３出力は第３ガスセンサ１０Ｃの電極対１３に発生する電位差である。

その後、マイコン２０は取得した第１出力から第３出力に基づいて、測定雰囲気に含まれる悪臭成分の含有を判定する処理を行う（Ｓ１３）。具体的には、悪臭成分であるアンモニアと、硫化水素またはトリメチルアミンと、メチルメルカプタンの含有を選択検知する処理を行う。処理の具体的内容については、後述するガス感度の評価結果において説明する。

次に、ガスセンサ装置１で用いられているガスセンサ１０単体による悪臭成分のガス感度評価について図４を参照しながら説明する。
ここでは、ガスセンサ１０を電気炉内のガラスセル中に設置し、ガラスセルの中には、空気または検知対象ガスであり、悪臭成分でもあるアンモニア、トリメチルアミン、硫化水素、およびメチルメルカプタンがそれぞれ流通される。その際に、ヒータにより電極対１３の制御温度を変えながら検知電極１４と参照電極１５との間の電位差（起電力）であるガスセンサ１０の出力の測定を行っている。

なお、アンモニアの濃度は２．６ｐｐｍであり、トリメチルアミンの濃度は０．６２ｐｐｍであり、硫化水素の濃度は０．９ｐｐｍであり、メチルメルカプタンの濃度は０．０３２ｐｐｍである。

図４は、上述のようにして測定されたガスセンサ１０の出力を説明するグラフである。グラフにおける縦軸はガスセンサ１０の出力であり、横軸は電極対１３の制御温度である。トリメチルアミンによる出力は菱形（◇）、アンモニアによる出力は四角（□）、硫化水素による出力は三角（△）、メチルメルカプタンによる出力は丸（○）により示している。

図４によると、制御温度が５７５℃（第１温度）の近辺では、トリメチルアミン、硫化水素およびメチルメルカプタンの出力が低く、アンモニアの出力が高くなっていることが分かる。また制御温度が５００℃（第２温度）の近辺では、メチルメルカプタンの出力が低く、トリメチルアミン、アンモニアおよび硫化水素の出力が高くなっていることが分かる。制御温度が４５０℃（第３温度）の近辺では、トリメチルアミン、アンモニア、硫化水素およびメチルメルカプタンについてそれぞれ出力が高くなっている。

次に、ガスセンサ装置１における悪臭成分のガス感度評価およびその結果について図５（ａ）および図５（ｂ）を参照しながら説明する。
本評価では、ガスセンサ装置１の第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂ、および第３ガスセンサ１０Ｃを、アンモニア、トリメチルアミン、メチルメルカプタンが混合された雰囲気中に曝している。ここでのアンモニアの濃度は２．６ｐｐｍであり、トリメチルアミンの濃度は０．６２ｐｐｍであり、メチルメルカプタンの濃度は０．０３２ｐｐｍである。

図５（ａ）は、上述の雰囲気中に曝されたガスセンサ１０の出力と電極対１３の温度との関係を示すグラフであり、トリメチルアミンによる出力は菱形（◇）、アンモニアによる出力は四角（□）、メチルメルカプタンによる出力は丸（○）で示したものである。

図５（ａ）に示されているように、制御温度が５７５℃（第１温度）である第１ガスセンサ１０Ａは、トリメチルアミンおよびメチルメルカプタンのガス感度が低く、アンモニアのガス感度が高くなっている。制御温度が５００℃（第２温度）である第２ガスセンサ１０Ｂは、メチルメルカプタンのガス感度が低く、アンモニアおよびトリメチルアミンのガス感度が高くなっている。さらに、制御温度が４５０℃（第３温度）である第３ガスセンサ１０Ｃは、トリメチルアミン、アンモニア、およびメチルメルカプタンのそれぞれに対してガス感度を有していることが分かる。

そのためマイコン２０は、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力に基づくことにより、アンモニアの選択検知を行うことができる。また、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、アンモニアおよびトリメチルアミンのガス感度が高い第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力とに基づくことにより、トリメチルアミンの選択検知を行うことができる。具体的には、第２出力に含まれるアンモニアの影響を、第１出力を利用してキャンセルすることにより、トリメチルアミンの選択検知を行うことができる。

さらに、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、アンモニアおよびトリメチルアミンのガス感度が高い第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力と、アンモニア、トリメチルアミンおよびメチルメルカプタンのガス感度が高い第３ガスセンサ１０Ｃの第３出力とに基づくことにより、メチルメルカプタンの選択検知を行うことができる。具体的には、第３出力に含まれるトリメチルアミンおよびメチルメルカプタンの影響を、第１出力および第２出力を利用してキャンセルすることにより、メチルメルカプタンの選択検知を行うことができる。

次に、ガスセンサ装置１の第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂ、および第３ガスセンサ１０Ｃを、アンモニア、硫化水素、メチルメルカプタンが混合された雰囲気中に曝している例について説明する。ここでのアンモニアの濃度は２．６ｐｐｍであり、硫化水素の濃度は０．９ｐｐｍであり、メチルメルカプタンの濃度は０．０３２ｐｐｍである。

図５（ｂ）は、上述の雰囲気中に曝されたガスセンサ１０の出力と電極対１３の温度との関係を示すグラフであり、アンモニアによる出力は四角（□）、硫化水素による出力は三角（△）、メチルメルカプタンによる出力は丸（○）で示したものである。

図５（ｂ）に示されているように、制御温度が５７５℃（第１温度）である第１ガスセンサ１０Ａは、硫化水素およびメチルメルカプタンのガス感度が低く、アンモニアのガス感度が高くなっている。制御温度が５００℃（第２温度）である第２ガスセンサ１０Ｂは、メチルメルカプタンのガス感度が低く、アンモニアおよび硫化水素のガス感度が高くなっている。さらに、制御温度が４５０℃（第３温度）である第３ガスセンサ１０Ｃは、アンモニア、硫化水素、およびメチルメルカプタンのそれぞれに対してガス感度を有していることが分かる。

そのためマイコン２０は、図５（ａ）の場合と同様に、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力に基づくことにより、アンモニアの選択検知を行うことができる。また、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、アンモニアおよび硫化水素のガス感度が高い第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力とに基づくことにより、硫化水素の選択検知を行うことができる。

さらに、アンモニアのガス感度が高い第１ガスセンサ１０Ａの第１出力と、アンモニアおよび硫化水素のガス感度が高い第２ガスセンサ１０Ｂの第２出力と、アンモニア、硫化水素およびメチルメルカプタンのガス感度が高い第３ガスセンサ１０Ｃの第３出力とに基づくことにより、メチルメルカプタンの選択検知を行うことができる。

上記の構成のガスセンサ装置１によれば、第１ガスセンサ１０Ａの制御温度と、第２ガスセンサ１０Ｂの制御温度と、第３ガスセンサ１０Ｃの制御温度を異ならせることにより、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの構成が同一（完全同一または実質的に同一）であっても悪臭成分に含まれるアンモニア（第１成分）、硫化水素またはトリメチルアミン（第２成分）、およびメチルメルカプタン（第３成分）を選択検知することができる。つまり、本実施形態のガスセンサ装置１の第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃは、構成が同一であっても制御温度が異なる場合には、ガス成分に対するガス感度（出力挙動）が異なってくる（言い換えると、ガス感度の温度依存性がある。）。ガス感度の温度依存性はガス成分によって異なることから、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの制御温度を異ならせることにより、ガスセンサ装置１は異なるガス成分を選択検知することができる。

また、上述のように第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃにおける電極対１３を形成する検知電極１４の材料および膜厚が同一であり、参照電極１５の材料および膜厚が同一であるため、ガスセンサ装置１の製造工程を短縮することが可能となる。

第１温度、第２温度および第３温度を４００℃以上とすることにより、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃのガス感度を第１成分、第２成分および第３成分を良好に選択検知できる。さらに、第１温度、第２温度および第３温度の間の温度差を少なくとも２０℃とすることにより、第１出力、第２出力および第３出力の間の出力差が大きくなり、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃが第１成分、第２成分および第３成分のいずれの成分に反応しているかを検出しやすくなる。

第１成分をアンモニア、第２成分を硫化水素またはトリメチルアミン、第３成分をメチルカプタンとすることにより、他のガス種を選択検出する場合と比較して、第１成分、第２成分および第３成分の選択検知が容易となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃの絶縁基板１１にヒータ１６が取り付けられ、一体になっている例に適用して説明しているが、ヒータ１６は電極対１３の温度を制御できればよいため一体に構成されていなくてもよい。

また、上記の実施形態では、第１ガスセンサ１０Ａ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃを用いてアンモニア（第１成分）、硫化水素またはトリメチルアミン（第２成分）、およびメチルメルカプタン（第３成分）を選択検知する例に適用して説明したが、第１ガスセンサ１０Ａおよび第２ガスセンサ１０Ｂによりアンモニア（第１成分）および硫化水素またはトリメチルアミン（第２成分）を選択検知する組合せ、第１ガスセンサ１０Ａおよび第３ガスセンサ１０Ｃによりアンモニア（第１成分）およびメチルメルカプタン（第３成分）を選択検知する組合せ、第２ガスセンサ１０Ｂおよび第３ガスセンサ１０Ｃにより硫化水素またはトリメチルアミン（第２成分）およびメチルメルカプタン（第３成分）を選択検知する組み合わせで合ってもよく、特に限定するものではない。

１…ガスセンサ装置、１０Ａ…第１ガスセンサ、１０Ｂ…第２ガスセンサ、１０Ｃ…第３ガスセンサ、１２…固体電解質体、１３…電極対、１４…検知電極、１５…参照電極、１６…ヒータ、２０…マイコン（演算部）

Claims (7)

1. 酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に、電極材料として少なくとも金を含む検知電極と、少なくとも白金を含む参照電極とからなる電極対を備えるとともに、ヒータにより前記固体電解質体および前記電極対の温度が制御され、測定雰囲気中の特定ガスによって前記電極対に電位差が発生するガスセンサと、
   前記ヒータに供給する電力を調節することにより、前記電極対の温度を制御するとともに、前記ガスセンサに発生する電位差に基づいて前記特定ガスを検知する演算部と、
   が設けられたガスセンサ装置において、
   前記ガスセンサは複数備えられており、
   前記演算部は、前記ガスセンサの中で前記特定ガスのうちの第１成分に対する感度が高い第１温度に制御された第１ガスセンサの電極対に生じる電位差である第１出力と、前記ガスセンサの中で前記特定ガスのうちの前記第１成分および第２成分に対する感度が高い第２温度に制御された第２ガスセンサの電極対に生じる電位差である第２出力と、に基づいて、前記第１成分および前記第２成分のいずれの成分に反応しているかを検出することを特徴とするガスセンサ装置。
2. 前記第１温度および前記第２温度は４００℃以上であり、かつ、前記第１温度および前記第２温度の温度差は少なくとも２０℃であることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ装置。
3. 前記第１成分、および前記第２成分の組み合わせは、アンモニア、および硫化水素またはトリメチルアミンの組み合わせ、アンモニア、およびメチルメルカプタンの組み合わせ、硫化水素またはトリメチルアミン、およびメチルメルカプタンの組み合わせのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ装置。
4. 複数の前記ガスセンサは、前記演算部により前記特定ガスのうちの前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分に対する感度が高い第３温度に制御される第３ガスセンサを備え、前記演算部は、前記第３温度に制御された前記第３ガスセンサの電極対に生じる電位差である第３出力と、前記第１出力および前記第２出力と、に基づいて前記ガスセンサが前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分のいずれの成分に反応しているかを検出することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ装置。
5. 前記第１温度、前記第２温度および前記第３温度は４００℃以上であり、かつ、前記第１温度、前記第２温度および前記第３温度は、互いに２０℃以上の差があることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ装置。
6. 前記第１成分、前記第２成分、および前記第３成分の組み合わせは、アンモニア、硫化水素またはトリメチルアミン、およびメチルメルカプタンの組み合わせであることを特徴とする請求項４または５に記載のガスセンサ装置。
7. 前記固体電解質体は、少なくともイットリア安定化ジルコニアからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスセンサ装置。

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