(57)【要約】【課題】熱線型半導体式のガス検知素子におけるガス検知精度を向上させ、ガス濃度等を定量する際の信頼性を、より向上させること。【解決手段】導線コイル１１に金属酸化物半導体を主成分とする感応層１２を設けてある熱線型半導体式のガス検知素子１を備えたガス検知装置であって、前記ガス検知素子１に交流電圧を印加する交流電源部２を備え、前記ガス検知素子のガス検知に基づくインピーダンス変化に従った出力を得る出力部３を備えたガス検知回路４を設けた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線コイルに金属酸化物半導体を主成分とする感応層を設けてある熱線型半導体式のガス検知素子を備えたガス検知装置であって、
前記ガス検知素子に交流電圧を印加する交流電源部を備え、前記ガス検知素子のガス検知に基づくインピーダンス変化に従った出力を得る出力部を備えたガス検知回路を設けたガス検知装置。
【請求項２】
前記交流電源部が、前記導線コイルに交流を印加したときのインピーダンスが直流電圧を印加したときの抵抗値の１．５倍以上となる周波数を印加可能に構成してある請求項１に記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導線コイルに金属酸化物半導体を主成分とする感応層を設けてある熱線型半導体式のガス検知素子を備えたガス検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検知装置としては、前記ガス検知素子に直流電圧を印加する直流電源部を備えたものが用いられている。
通常、前記ガス検知素子は、前記感応層が被検知ガスと接触したときに、前記感応層で、前記被検知ガスが反応して、その感応層に対して電子の授受を行う。このために、その感応層の見かけ抵抗が変化することから、その感応層の見かけ抵抗と前記導線コイルの抵抗との合成抵抗の変化に基づく出力を捉えることによって、前記感応層で反応した被検知ガス量を知ることができ、さらに、そのガス検知素子の設けられている雰囲気の被検知ガス濃度を知ることができるものとされている。
ここで、前記ガス検知素子の抵抗値は、前記感応層の見かけ抵抗と前記導線コイルの抵抗とが並列に接続された合成抵抗となるものと模式化されている。また、前記出力は、例えば、前記ガス検知素子をブリッジ回路に組み込むことにより、そのブリッジ回路のブリッジ電圧として得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のガス検知装置によれば、前記感応層の見かけ抵抗と前記導線コイルの抵抗とが並列に接続された合成抵抗として挙動するために、例えば前記感応層に電子供与体として働く被検知ガスが接触したとすると、前記感応層は、前記被検知ガスから受けた電子を電流成分として供給することになって、見かけ抵抗値が低下する。また、逆に電子受容体として働く被検知ガスに対しては逆に抵抗値が上昇することになる。このようなときの感応層の抵抗の変化度をΔＲＬとすると、導線コイルの抵抗値が一定であるとすると、合成抵抗の変化度は、感応層の抵抗をＲＬ、コイルの抵抗をＲＣとして、合成抵抗ＲＳは、数１中（１）のように表され、ΔＲＳが数１中（２）のように表される。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
そのため、感応層の抵抗ＲＬが十分小さいときには感応層の抵抗変化ΔＲＬが合成抵抗の変化ΔＲＳとして取り出せるが、感応層の抵抗ＲＬが大きいときには感応層の抵抗変化ΔＲＬが合成抵抗の変化ΔＲＳとして捉えられにくいということになり、感応層としては比較的抵抗の小さなものが好適に用いられている。
しかし、導線のコイルの抵抗に較べ、金属酸化物半導体の抵抗はきわめて大きいため、合成抵抗の変化度ΔＲＳは、小さな出力としてしか得られず、前記被検知ガス濃度を定量する場合に、被検知ガス濃度の微少な変化に対する前記合成抵抗の微小な変化を分解能高く測定することは困難となり、その測定精度を向上させるにも限界があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記実情に鑑み熱線型半導体式のガス検知素子におけるガス検知精度を向上させ、ガス濃度を定量する際の信頼性を、より向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の合成抵抗の変化度ΔＲＳを感応層の抵抗ＲＬの変化に対して大きくさせるには、前記感応層を構成する金属酸化物半導体の抵抗値を小さく設定するのに代えて、前記導線コイルの抵抗値を大きく設定することによっても実現可能であるものと予想し、鋭意研究の結果本発明に想到したものであって、
上記目的を達成するための本発明のガス検知装置の特徴構成は、
導線コイルに金属酸化物半導体を主成分とする感応層を設けてある熱線型半導体式のガス検知素子を備え、
前記ガス検知素子に交流電圧を印加する交流電源部を備え、
前記ガス検知素子のガス検知に基づくインピーダンス変化に従った出力を得る出力部を備えた点にある。
また、前記交流電源部が、前記導線コイルに交流を印加したときのインピーダンスが直流電圧を印加したときの抵抗値の１．５倍以上となる周波数を印加可能に構成してあることが好ましい。
【０００８】
〔作用効果〕
つまり、導線コイルに金属酸化物半導体を主成分とする感応層を設けてある熱線型半導体式のガス検知素子の合成抵抗は、上述の式１（１）の合成抵抗ＲＳとなる。そして、その合成抵抗の変化度ΔＲＳは、上述の式１（２）のように表せるから、従来は感応層の抵抗ＲＬを小さくすることによって合成抵抗の変化度ΔＲＳを大きくしていたのに対して、本発明では、前記導線コイルの抵抗としてインピーダンスＲＣをとることとし、そのインピーダンスＲＣを大きくすることによっても合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳを大きくすることができる。
このため、本発明のガス検知装置では、前記ガス検知素子に交流電圧を印加する交流電源部を備えてあり、前記導線コイルに交流電流を流すように構成してある。すると、前記導線コイルのインピーダンスＲＣは、単なる導線の抵抗に較べて大きくなり、前記式１（２）中導線コイルのインピーダンスＲＣを大きくできるようになる。従って、合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳを大きくすることができる。
そのため、前記ガス検知素子のガス検知に基づく合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳに従った出力を得る出力部を備えれば、その合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳは、被検知ガスの濃度に対応した値をとることになるから、前記合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳから前記被検知ガス濃度を求めることができる。
【０００９】
すると、前記合成抵抗の変化度ΔＲＳは、前記式１（２）より、導線コイルのインピーダンスＲＣが小さいほど前記導線コイルのインピーダンスＲＣの誤差やコイル導線の直流抵抗値の誤差に対して大きく変動することになるから、導線コイルのインピーダンスＲＣが大きいほど前記合成抵抗（インピーダンス）の変化度ΔＲＳが安定することになる。そのため、前記導線コイルのインピーダンスＲＣが大きくなるように前記導線コイルに交流電圧を印加することが望ましい。例えば、前記交流電源部が１ＭＨｚ以上の交流電圧を印加可能なものであると、前記導線コイルインピーダンスＲＣが十分大きく設定されるとともに、測定容易な抵抗値（インピーダンス）の間で変動することになる。
【００１０】
従って、精度高くガスを検知することができるようになり、ガス検知装置が被検知ガスを誤認識するのを抑制し、警報動作が誤作動したり、ガス濃度測定値の信頼性が低くなったりするのを防止することができる。
【００１１】
また、導線コイルのインピーダンスＲＣを大きくすることができるようになるので、前記感応層の抵抗ＲＬが大きくても合成抵抗（インピーダンス）ＲＳの変化を十分精度良く測定できるようになるから、従来は高抵抗であるために使用に適さない、として実用されていなかった酸化鉄、酸化亜鉛等の他の金属酸化物半導体であっても、前記感応層の材料として好適に使用できるようになるものと考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のガス検知装置は、熱線型半導体式のガス検知素子１を備え、前記ガス検知素子１に交流電圧を印加する交流電源部２を備え、前記ガス検知素子１のガス検知に基づく抵抗値の変化をガス検知出力として検出する出力部３を備えたガス検知回路４を設けて構成してあり、前記出力部３からのガス検知出力に基づきスピーカ５の鳴動状態を制御する制御装置６を設けてある。また、前記ガス検知回路４には、前記出力部３から出力を得るために前記ガス検知素子１と直列に基準抵抗７を備える。
【００１３】
図２に前記ガス検知素子１の詳細を示す。このガス検知素子は、白金を主成分とし、線径３０μｍ、巻き数１５ｔｕｒｎ、長さ５５０μｍの導線コイル１１に、酸化スズを主成分とする金属酸化物半導体を塗布焼成して球状に形成した感応層１２を設けてある。
尚、前記導線コイル１１としては、白金に代えて白金ロジウム、白金パラジウム等の貴金属線コイルを用いると、熱的安定性が高いので好ましい。また、酸化スズに代えて酸化インジウム、酸化鉄、酸化亜鉛、等の金属酸化物半導体も利用可能である。
【００１４】
上述のガス検知回路によると、前記出力部には前記感応層１２の抵抗値変化に基づくインピーダンス変化に従った出力を出力する。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
先の実施の形態に記載のガス検知装置において、前記ガス検知素子に振幅２０ｍＶの正弦波交流電圧を入力し、前記出力部としてオシロスコ−プを用いて前記ガス検知素子の抵抗値変化を調べた。
【００１６】
その結果、図３に示すように入力電圧の周波数の増加に従って、ガス検知素子の抵抗値（インピーダンス）が上昇していることがわかる。
【００１７】
次に、１００ＭＨｚの交流電圧で駆動した際の前記ガス検知素子の抵抗値（インピーダンス）のガス濃度依存性を調べたところ、図４に示す様になった。図４によれば、従来の直流電圧駆動のものでは、一酸化炭素濃度の１０００ｐｐｍの変化に対して数Ωの抵抗値変化しか観測できなかったのに対して、本発明のガス検知素子では３０Ω以上の抵抗値変化を観測することができるようになり、精度良くガス濃度を測定可能なことがわかる（図５参照）。また、導線コイルの直流抵抗値には、ばらつきが生じる場合があるが、例えば、この直流抵抗値が１０％ばらついた場合には、５００ｐｐｍの一酸化炭素ガス濃度測定値が３５０〜７００ｐｐｍ程度までばらつく虞があるが、交流電圧の印加によって抵抗値（インピーダンス）が大きく変化し、測定値のばらつきが１０ｐｐｍ程度しか観測されなくなった。
【００１８】
図６に、被検知ガスの検出濃度域の上限と下限とにおける出力の比（感度比）、および、コイルの直流での抵抗値と交流でのインピーダンスとの比の関係を示す。この感度比が０．５以下になっていれば、通常、その出力を高精度に測定できるので、導線コイルの抵抗値変化度が導線コイルに電圧を印加する前後での抵抗値（インピーダンス）の比（コイル抵抗比）として１．５倍以上になれば、前記ガス検知素子の抵抗値（インピーダンス）がガス濃度に依存して十分大きく変化し高精度の測定が可能になることがわかった。例えば、上述の例では、１０ＭＨｚの駆動周波数で十分高い感度比の変化が実現できているので（図７参照）、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の駆動周波数であってもガス検知精度の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知装置の概略図
【図２】ガス検知素子の一部破断斜視図
【図３】ガス検知素子の駆動周波数と抵抗値（インピーダンス）との関係を示すグラフ
【図４】ガス検知素子の抵抗値（インピーダンス）と被検知ガス濃度との関係を示すグラフ
【図５】導線コイルの抵抗値のばらつきに対する感度曲線の変化を示すグラフ
【図６】コイル抵抗値比と感度比との関係を示すグラフ
【図７】被検知ガス濃度と感度比との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　ガス検知素子
２　交流電源部
３　出力部
４　ガス検知回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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