JPS58221154A - Gas sensor element - Google Patents
Gas sensor elementInfo
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- JPS58221154A JPS58221154A JP10380582A JP10380582A JPS58221154A JP S58221154 A JPS58221154 A JP S58221154A JP 10380582 A JP10380582 A JP 10380582A JP 10380582 A JP10380582 A JP 10380582A JP S58221154 A JPS58221154 A JP S58221154A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、都市ガス、プロパンガス々とのガスセンサ素
子に関するものにして、特に、検知しようとする目的ガ
ス以外のガス(妨害ガス)の影響を少なく減殺するに好
適なガスセンサ素子に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gas sensor element for city gas and propane gas, and is particularly suitable for reducing the influence of gases other than the target gas to be detected (interfering gases). The present invention relates to a gas sensor element.
在米からある、または開発中のガスセンサとしては、5
n02.F820s、2nOなどの金属酸化物半導体を
用いた焼結型のセンサがある。しかし、これらのガスセ
ンサは、都市ガスの成分であるCH4やH2以外のガス
または蒸気、友とえばアルコール蒸気(以下、単にアル
コールと称す)に強い応答性を有している。このため、
これらのガスセンサtガス漏えい警報器に用いた場合、
ガス漏えいの有無にかかわらず、料理用、飲料用などの
日常に用いるアルコールに触れただけで、あたかもガス
を検知したごとき馳検知tする欠点がある。There are 5 gas sensors in the US or under development.
n02. There are sintered sensors using metal oxide semiconductors such as F820s and 2nO. However, these gas sensors have strong responsiveness to gases or vapors other than CH4 and H2, which are components of city gas, such as alcohol vapor (hereinafter simply referred to as alcohol). For this reason,
When these gas sensors are used in gas leak alarms,
Regardless of whether or not there is a gas leak, there is a drawback that just by touching alcohol that is used in daily life such as cooking or drinking, it will be detected as if gas were detected.
本発明の目的は、上記した工すな、検卸し工うとする目
的以外の妨害ガスの影響ン少なくするように減殺して、
誤検知のないようにしたガスセンサ累子乞提供すること
にある。たとえば、5n02累子によるCH4やプロパ
ンガスの検知に対しては、アルコール感度を抑え、また
は必要にエフH2の感度を抑えたセンチ累子馨提供する
にある。The purpose of the present invention is to reduce the influence of interfering gas other than the purpose of inspection and inspection by eliminating the above-mentioned work.
An object of the present invention is to provide a gas sensor system that does not cause false detection. For example, for the detection of CH4 or propane gas using a 5n02 sensor, a centimeter sensor with suppressed alcohol sensitivity or, if necessary, the sensitivity of FH2 may be provided.
上記の目的のための本発明のガスセンサ素子の特徴とす
るところは、金属酸化物エフなる感ガス材層;該感ガス
材層の上部表面側のガス透過性の上部電極膜層:該感ガ
ス材層と下部の基板との間の下部電極膜層;とを有して
なる積層型ガスセンサ素子にして、該上部電極膜層の上
方に、検知せんとする目的ガス以外の他のガス欠分解箇
だは分W#を促進させるに有効な金属酸化twJ工9な
る妨害ガス減殺被積層を該感ガス材層乞被榎するように
設けてなること圧ある。The gas sensor element of the present invention for the above purpose is characterized by: a gas-sensitive material layer made of metal oxide F; a gas-permeable upper electrode film layer on the upper surface side of the gas-sensitive material layer; a lower electrode film layer between the material layer and the lower substrate; The main feature is that an interfering gas reducing layer, which is a metal oxide twJ process 9, which is effective in promoting W#, is provided over the gas-sensitive material layer.
本発明の原理ケ以下に述べる。The principle of the present invention will be described below.
従来からm 5no2.F82os#l・2nOなど
の金属酸化物半導体は、 CH4,H2などの都市ガ
ス成分に触れると、その導電率が変化しく抵仇が変る)
、これによって、上記のガス成分の検知をする方法が知
られている。Conventionally m5no2. When metal oxide semiconductors such as F82os#l and 2nO come into contact with city gas components such as CH4 and H2, their conductivity changes and resistance changes.)
A method is known in which the above-mentioned gas components are detected using this method.
しかし、これらの材料の最大の欠虞は、上記以外のガス
にも応答し、ことにアルコールに高い感度を有している
ことである。However, the biggest drawback of these materials is that they also respond to gases other than those mentioned above, and are particularly sensitive to alcohol.
第1表 各種厚膜ガスセンサのガス応答特性たとえば、
第1表に示す値は1本発明者らが。Table 1 Gas response characteristics of various thick film gas sensors, e.g.
The values shown in Table 1 are those of the present inventors.
本発明を達成するに至った一連の研究において明らかに
した値であるが、これらの値は、各種の金属酸化物半導
体(粉末)乞用いて、それらの厚膜ガスセンサを試作し
、そのガス応答特性について調べた値である。These values were clarified in a series of studies that led to the achievement of the present invention, and these values were obtained by prototyping thick film gas sensors using various metal oxide semiconductors (powders) and measuring their gas response. These are the values investigated for characteristics.
#!1表から明らかなように、この樵の感ガス材料は複
数の種類のガスに同時に感応し、ことにア、 3 。#! As is clear from Table 1, this woodcutter's gas-sensitive material is sensitive to multiple types of gases at the same time, especially A, 3.
ルコールにはほとんどのセンサが強い感度を示した。Most sensors showed strong sensitivity to lucor.
そこで、たとえば5n02素子で(lHJ十H2を検知
しよりとするとき、アルコールもそれ以上に感応する。Therefore, for example, when using a 5n02 element to detect (1HJ + H2), alcohol is also more sensitive.
このようなことは、ガスセンサの使用目的から見て、き
わめて都合の悪いことがあるが、この性質は、その材料
のもつ本質的特性であるため、従来から幾つかの改良が
ガロえられて米たが未だ十分な効果は見られていない。This may be extremely inconvenient from the viewpoint of the intended use of the gas sensor, but since this property is an essential property of the material, several improvements have been made over the years. However, sufficient effects have not yet been seen.
たとえば、従来の改良方法としては5n02の母材1c
Pt+Pdの微量の添加物を加え、その触媒作用馨利用
して、ある種の、たとえはプロパンガスの感度ン増力口
させる方法などがある。しかし、この方法では、感ガス
材に触れたガスと同時に混在する妨害ガス、たとえはア
ルコールは除かれていないので、その影響は依然として
残る。For example, as a conventional improvement method, 5n02 base material 1c
There is a method of adding a small amount of Pt+Pd additives and utilizing the catalytic effect to increase the sensitivity of a certain type of gas, for example, propane gas. However, this method does not remove interfering gases, such as alcohol, that coexist with the gases that come into contact with the gas-sensitive material, so their effects still remain.
本発明の原理に工れば、この工つな不合理ン根本的に除
こうとする方法が提供される。Applying the principles of the present invention, a method is provided which attempts to fundamentally eliminate this unreasonable irrationality.
第1図fat 、 (blは、本発明を説明するために
、代、4 。FIG.
表例につき1本発明のガスセンサの積層部分を拡大して
模式化した断面図である。この代表例は。FIG. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view of a laminated portion of a gas sensor of the present invention for each table example. A typical example of this is:
感ガス材に5no2ン用い、アルコールの影響を除くた
め1本発明ン適用した例である。以下、この積層型セン
サンサンドイッチ型センナと呼ぶ。This is an example in which 5NO2 was used as a gas-sensitive material and the present invention was applied to remove the influence of alcohol. Hereinafter, this will be referred to as a laminated sensan sandwich type senna.
第1図(alにおいて、符号1は妨害ガス減殺被覆層で
あるり、Nj05 の厚膜である。2は、このサンドイ
ッチ型ガスセンサのガス透過性上部電極膜層で、 P
tの卑属製である63は、5noz v感ガス材とする
感ガス材層である。4は、サンドイッチ型ガスセンサの
下部電極膜層で厚膜製である。In FIG. 1 (al), numeral 1 is an interfering gas reduction coating layer or a thick film of Nj05. 2 is a gas permeable upper electrode film layer of this sandwich type gas sensor, and P
63, which is a base metal of t, is a gas-sensitive material layer made of a 5noz V gas-sensitive material. 4 is a lower electrode film layer of a sandwich type gas sensor, which is made of a thick film.
5は、上記の厚膜を支えるためのアルミナ基板である。5 is an alumina substrate for supporting the above thick film.
第1図(blは、従来から考案されていたサンドイッチ
型の本発明以前のもので1本発明の部分を明確に説明す
るための参考比較図である断面図にして、符号2,5,
4.5は、それぞれ第1図(aJの同一符号と同一のも
のン示すものである。FIG. 1 (bl is a cross-sectional view of a conventionally devised sandwich type prior to the present invention; 1 is a cross-sectional view for reference and comparison to clearly explain the parts of the present invention;
4.5 indicate the same elements as the same reference numerals in FIG. 1 (aJ), respectively.
以下、第1図(a) 、 (bl Y用いて本発明の原
理ン。The principle of the present invention will be explained below using FIG. 1(a) and (bl Y).
検知目的ガスがCH&ガスであるものに、検知ン妨害す
るガスとしてアルコールン混入した場合ン例として説明
する。An example will be described in which alcohol is mixed as a gas that interferes with detection in a case where the target gas for detection is CH& gas.
まず、従来から考案されてい友第1図(blに示される
ものにおいてはI CH4ガスおよびアルコールは、
ガス透過性上部電極膜層2ケ通過し、5n02 工9な
る感ガス材層3に達する。ここで、5n02は、 C
H4ガスエリアルコールに強い応答感度ン有しているた
め、第1表に示したように、11000ppの濃度でC
H4に一14%、アルコールに一89%と、アルコール
の万が約6.4倍大きい抵抗変化軍Z示す。First, in the conventionally devised solution shown in Figure 1 (bl), I CH4 gas and alcohol are
It passes through the two gas-permeable upper electrode film layers and reaches the gas-sensitive material layer 3, which is 5n02 layer 9. Here, 5n02 is C
Since it has a strong response sensitivity to H4 gas erial alcohol, as shown in Table 1, C at a concentration of 11000pp.
The resistance change force Z is 114% for H4 and 189% for alcohol, which is about 6.4 times larger than that of alcohol.
一万1本発明によるものである第1図(alに示すもの
は、上記の第1図(b)と異なる点は上部電極膜層2の
上方表面側に本発明の特徴要素である妨害ガス減殺作用
ン有する金属酸化物であるLaN10゜の厚膜エリなる
妨害ガス減殺被覆層1を被覆しである点である。ここで
、少しLaN1 Os の性質について述べなけれは
ならない。1 (al), which is based on the present invention, is different from the above-mentioned FIG. The main point is that the interfering gas reducing coating layer 1 is coated with a thick layer of LaN10°, which is a metal oxide having a reducing effect.Here, the properties of LaN1Os must be briefly described.
LaN10g はアルコールン分解し、他のガス。10g of LaN decomposes into alcohol and other gases.
たとえばCHa * C2H6,C5Ha 、 CO#
H2などt分解し彦い性質がある。このため、もしC
Ha とアルコールが同時に本発明による素子である
第1図(alに示したものに触詐ると、アルコールはL
aNiO3膜によって、最終的には次のように分解され
る。For example CHa * C2H6, C5Ha, CO#
It has the property of being t-resolved, such as H2. For this reason, if C
If Ha and alcohol are simultaneously present in the element according to the invention shown in FIG.
The aNiO3 film is ultimately decomposed as follows.
C2H50H+12→2C02+3H20ここで、アル
コールが完全に上記の化学式のようにCO2とH20t
で、すべて分解されるか否かは、素子の温度* La
NiO3の膜の厚さ、アルコールの濃度などに工って異
なる。しかし1通常の都市ガスセンナとして使用する場
合、アルコールについては11000ppまでの濃度に
ついて妨害作用が防止できれは実際上は十分である。こ
の場合、LaNiOsの膜の厚さは実験的には30〜1
00μあ詐は十分上記の作用tする。C2H50H+12→2C02+3H20 Here, the alcohol is completely combined with CO2 and H20t as shown in the chemical formula above.
Whether or not it is completely decomposed depends on the temperature of the element * La
It varies depending on the thickness of the NiO3 film, the concentration of alcohol, etc. However, when used as a normal city gas senna, it is practically sufficient to prevent interference with alcohol concentrations up to 11,000 pp. In this case, the thickness of the LaNiOs film is experimentally determined to be 30~1
The 00μ effect sufficiently works as described above.
他方、CHaガスは本発明の素子である第1図(alに
示すものの表面に触れると+ LAN105の妨害ガ
ス減殺被積層□セは何等の作用も受けることなく、被覆
層1お工びガス透過性の上部電極層2ン透過し、5nO
zよりなる感ガス材層3に達する。On the other hand, when CHa gas touches the surface of the device of the present invention, shown in FIG. 5nO
The gas-sensitive material layer 3 consisting of z is reached.
・ 7 ・
このとき1本素子はCH4の作用によって5n02より
なる感ガス材層の電気抵抗が低下する。7. At this time, the electrical resistance of the gas-sensitive material layer made of 5n02 in the single element decreases due to the action of CH4.
第2図は本発明になるガスセンサ素子においてCH4お
工びアルコールが1両万共素子表面に触れて作用しなが
ら、アルコールン感じないか、あるいは感じK(<、ま
たCH4のみがなぜ感応するかについての説明のための
概念図である。部品の符号中、第1図におけるものと則
−のものは同一部品ン示し、符号6は素子加熱ヒータで
ある。Figure 2 shows that in the gas sensor element of the present invention, when CH4 alcohol touches and acts on the surface of the element, whether alcohol is not felt, or why only CH4 is sensitive. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the components.The reference numerals of parts shown in FIG. 1 are the same as those in FIG.
第2図に見らnるように1本発明素子の今一つの特徴は
妨害ガス減殺被覆層であるLaNiO3の被覆層1の付
与の位置、付与の構造にある。すなわち、ガス透過性上
都電&膜層2のさらに上方表面側にあることが特徴で、
これにはリード線が片面(下部)しか接触していないこ
とである。このため、妨害ガスが化学的あるいは何等か
の作用で妨害ガス減殺被覆層1で分解し、このとき被覆
層1と妨害カスとの間に電子的授受関係が起って、もし
、被覆層1の導電率が変化しても、これは完全に素子の
導電率の変化として計測されないこと・ 8 ・
である。As seen in FIG. 2, another feature of the device of the present invention lies in the position and structure of application of the LaNiO3 coating layer 1, which is an interfering gas reducing coating layer. That is, it is characterized by being located further on the upper surface side of the gas permeable Upper Toden & Membrane layer 2,
This is because the lead wires are in contact with only one side (lower part). Therefore, the interfering gas decomposes in the interfering gas reduction coating layer 1 due to chemical or other action, and at this time, an electronic transfer relationship occurs between the coating layer 1 and the interfering residue, and if the coating layer 1 Even if the conductivity of the element changes, this is not completely measured as a change in the conductivity of the element.
すなわち、感ガス材層3の5n02の抵抗変化と被覆層
1のLaN10sの抵抗変化とは完全にかかわフケ持友
ない素子の構造である。That is, the structure of the element is such that the resistance change of 5n02 of the gas-sensitive material layer 3 and the resistance change of LaN10s of the coating layer 1 are completely independent of each other.
このことは従来の改良方法とは根本的に異なる創意に基
づいた改良方法である。すなわち、従来は感カス材、た
とえは5n02の内部または直接表面に触媒作用のある
他の金属酸化物を塗7f5.あるいは8102などン被
株している。この場合、妨害ガスの分解作用を面接素子
が受は持つため、その影響YX子の電気抵抗の変化とし
て取り出してし筐う。This is an improvement method based on an originality that is fundamentally different from conventional improvement methods. That is, in the past, other metal oxides having a catalytic effect were coated on the inside or directly on the surface of the scum-sensitive material, for example 5n02, 7f5. Or, 8102 etc. are held in stock. In this case, since the interface element has the effect of decomposing the interfering gas, this effect can be taken out as a change in the electrical resistance of the YX element.
本発明の喪虞は、妨害ガス、fcとえはアルコールン分
解する分解層(妨害ガス減殺被覆層)と。The disadvantage of the present invention is the decomposition layer (interfering gas reduction coating layer) that decomposes interfering gases, FC, and even alcohol.
検知しようとするガス、たとえばCH4を検知する検知
層(感ガス材層)とン、別個の独立した層とする積層構
造とした虞である。そして、妨害ガス分解層Kf用する
物質として、検知しエリとするガス以外の妨害ガスン分
解させるに有効な金属酸化物、たとえはLaNiOs
、 S、102などン使用することである。There is a possibility that the detection layer (gas-sensitive material layer) for detecting the gas to be detected, for example, CH4, has a laminated structure in which it is a separate and independent layer. As a material for the interference gas decomposition layer Kf, a metal oxide, such as LaNiOs, which is effective in decomposing interference gases other than the gas to be detected and eliminated, is used.
, S, 102, etc.
このようにして1本発明のガスセンサ素子は、その上部
表面から、第1層目の妨害ガス減殺被覆層で、検知しよ
うとする目的以外のガスを分解し感ガス材層である中間
層には到達しない工すに抑制することが特徴である。In this way, in the gas sensor element of the present invention, gases other than those to be detected are decomposed by the first interfering gas reduction coating layer from the upper surface thereof, and the intermediate layer, which is the gas-sensitive material layer, is The feature is that it is suppressed to the point where it cannot be reached.
このため、上記の代表側に見らnるようにI CH4V
i従米通り在米するのに対し、その検知を妨害するアル
コールについては、はぼ検知しないことができる。For this reason, as seen on the representative side above, I CH4V
In contrast to alcohol, which interferes with detection, it is possible to avoid detection of alcohol.
このような原理の本発明にLrば、上記の代表例に限ら
ず、金属酸化物の各種ガスに対する分解作用の性質を利
用して、種々のガスを選択的に検知することができる。According to the present invention based on such a principle, various gases can be selectively detected by utilizing the property of the decomposition action of metal oxides on various gases, not limited to the above-mentioned representative examples.
なお、本発明の特徴である金属酸化物の被覆方法および
被覆層の構造については、前述の原理の説明で述べたよ
うに、被覆層が電極に少なくとも一部は触扛ないことが
必要で条る。Regarding the metal oxide coating method and the structure of the coating layer, which are the characteristics of the present invention, as described in the explanation of the principle above, it is necessary that the coating layer does not touch the electrode at least partially. Ru.
し力為し、実際はこの原則は次の場合は守られなくても
十分に目的を達することができる。たとえば、第3図を
参照して、被覆層が電極の両端に触れても、被積層経由
抵抗値R1が感ガス材層経由抵抗値R2エリも十分に高
けむば(R,>>R2)よい。すなわち、被覆層が妨害
ガスに触れ、その抵抗値R1が多小αだけ低下しても、
その抵抗値R1−α工りも感ガス材層を経由した導伝路
の万が、さらに充分に小であれば、結果的に悪影響を受
けることはない。However, in reality, this principle can be used to achieve the purpose even if it is not followed in the following cases. For example, referring to FIG. 3, even if the coating layer touches both ends of the electrode, if the resistance value R1 through the laminated layer and the resistance value R2 through the gas-sensitive material layer are sufficiently high (R, >> R2). good. That is, even if the coating layer comes into contact with the interfering gas and its resistance value R1 decreases by a small amount α,
If the resistance value R1-α of the conduction path via the gas-sensitive material layer is sufficiently small, it will not be adversely affected as a result.
本発明において感ガス材層に使用できる材料としては、
従来のガスセンサに用いらnているSn021 F e
20 B −2nO等の金属酸化物を挙げることがで
きる。In the present invention, materials that can be used for the gas-sensitive material layer include:
Sn021 Fe used in conventional gas sensors
Examples include metal oxides such as 20 B -2nO.
本発明における妨害ガス減殺被覆層に使用できる材料と
してはb Cr20 s −T 1021 M no
2 、F e 20s 。Materials that can be used for the interfering gas reduction coating layer in the present invention include b Cr20 s -T 1021 M no
2, F e 20s.
N10.CuO,Zn0m8nO2*’l’H2O3、
WOasLBN105等の金属酸化物を挙げることが出
来、これらは単独または複数において使用できるもので
あり、それらの種類は対象とする妨害ガスに1って選択
されることかできるものである。N10. CuO, Zn0m8nO2*'l'H2O3,
Metal oxides such as WOasLBN105 can be mentioned, and these can be used singly or in combination, and the type thereof can be selected depending on the target interfering gas.
なお、本発明のガスセンサ素子の積層体におけ、11
。In addition, in the laminate of the gas sensor element of the present invention, 11
.
る、上部電極膜層、下部電極膜層、基板等の材料として
、従来のガスセンサに用いられているものが、それぞn
の材料として使用されることができるものである。The materials used in conventional gas sensors, such as the upper electrode film layer, lower electrode film layer, and substrate, are
It can be used as a material for
以下に1本発明を実施例につき1図面を参照して、さら
に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below with reference to one drawing per example.
実施例 1゜
本実施例は感ガス材層を5n02厚膜としたサンドイッ
チ型ガスセンサ素子である。Example 1 This example is a sandwich type gas sensor element in which the gas-sensitive material layer is a 5n02 thick film.
本実施例は5n02感ガス層におけるI CH4対ア
ルコール(蒸気)の感度の比を改善した実施例で、素子
の作製には厚膜技術を用いた。This example is an example in which the sensitivity ratio of I CH4 to alcohol (vapor) in the 5n02 gas-sensitive layer was improved, and thick film technology was used to fabricate the device.
1) 81102ペーストの作製
まず、感ガス材層に使用する5y102ペーストを得る
ため1次の工うにして5no2粉末を作製した。1) Preparation of 81102 paste First, in order to obtain 5y102 paste to be used for the gas-sensitive material layer, 5no2 powder was prepared in the first step.
金鵜スズ(Sn99.99%)に濃HNOMを加え、白
色のスズ酸を生じさせた。これをデカンテーシ。Concentrated HNOM was added to Golden Cormorant Tin (99.99% Sn) to produce white stannic acid. Decant this.
ンにエフ水洗し、余分なHNOsを除去した。この際、
水洗液のpHが6.5〜&8程度になるまで水洗した。The sample was thoroughly washed with water to remove excess HNOs. On this occasion,
It was washed with water until the pH of the washing liquid became approximately 6.5 to 8.
次に、このスズ酸の白色沈澱物をエアパ、12 。Next, this white precipitate of stannic acid was washed with an air purifier for 12 minutes.
ス中、120℃の温度で蒸発乾固した後、軽く乳鉢で固
まりをくずし、空気中700℃の温度で2h(以下、h
は時間の略称)片焼した。After evaporating to dryness at a temperature of 120°C in the air, the lumps were slightly broken in a mortar, and the mass was left in the air at a temperature of 700°C for 2 hours (hereinafter referred to as h).
is an abbreviation for time) One side was grilled.
この工すにして得7t8nO2粉末に1重txのPd粉
末を混入さすため、それに対応する量のPdCA2
の水溶液を加え、ライカイ機で約6h混合した後、空気
中、600℃の温度で1h加熱した。In this process, in order to mix 1 layer tx of Pd powder into the obtained 7t8nO2 powder, a corresponding amount of PdCA2 is added.
After adding an aqueous solution of and mixing with a Raikai machine for about 6 hours, the mixture was heated in air at a temperature of 600° C. for 1 hour.
この加熱に工ってPdCβ2はPd十Cぶ2tに分解し
、5n02粉末の表面にPdの微粉末が均一に分散した
。Pd1%を含んだ感カス材である5n02の原料粉末
か得られた。Due to this heating, PdCβ2 was decomposed into 10C and 2t of Pd, and fine Pd powder was uniformly dispersed on the surface of the 5n02 powder. A raw material powder of 5n02, which is a sensitive waste material containing 1% Pd, was obtained.
次に、この原料粉末を10gとり、これにエチルセルロ
ースとα−テルピネオールからなる有機物のベヒクルを
6aa力口え、さらにJ −Pd −Jl−’[’i
系からなる結晶化ガラス粉末を約10wt、%加え、
ライカイ機で1h混練し% 5n02の感ガス材用ペ
ーストを作製した。Next, take 10 g of this raw material powder, add 6 aaa of organic vehicle consisting of ethyl cellulose and α-terpineol to it, and add J -Pd -Jl-'['i
Add about 10 wt% of crystallized glass powder consisting of
The paste was kneaded for 1 hour using a Raikai machine to prepare a paste for gas-sensitive materials having a percentage of 5n02.
If)S102厚膜サンドイツチ型センサの作6次に、
このペーストを用い、厚膜技術を用いて第4図の一部切
欠斜視図に示すような、5n02を感ガス材層とする厚
膜サンドイッチ型カスセンサを作製した。第4図におい
て、符号2は厚膜によるPtの上部電極膜層% 3ij
SHOzjりなる感ガス材層、4Vi厚膜[jるPtの
下部電極膜層である。また、5はこれらの膜を支持する
アルミナの基板、6′は、このアルミナの基板の裏面に
厚膜技術を利用して付与した素子加熱用Ptヒータのヒ
ータ端子である(ヒータ部分は下方にあって図示されず
)。またグ、4′は、それぞむ上部電極および下部電極
のリード用端子である。If) Construction of S102 thick film sandwich type sensor 6 Next,
Using this paste, a thick film sandwich-type gas sensor having 5n02 as a gas-sensitive material layer was fabricated using a thick film technique, as shown in the partially cutaway perspective view of FIG. In FIG. 4, the symbol 2 indicates the thick Pt upper electrode film layer.
The gas-sensitive material layer is made of SHOzz, and the lower electrode film layer is made of Pt, a 4Vi thick film. In addition, 5 is an alumina substrate that supports these films, and 6' is a heater terminal of a Pt heater for heating the element, which is attached to the back side of this alumina substrate using thick film technology (the heater part is located below). (not shown). Further, numerals 4' and 4' are lead terminals for the upper and lower electrodes, respectively.
なお、この厚膜カスセンサの焼成I/i900’Cの−
<ルトPrz−tた。印刷用スクリーンJ1325メツ
シュのステンレススクリ〜ンヲ用いた。In addition, - of the firing I/i900'C of this thick film waste sensor
<Ruto Prz-t. A printing screen J1325 mesh stainless steel screen was used.
このようにして、筐ず、厚膜サンドイッチ型のガスセン
サを作製しておく、なお、このままの状態での各種ガス
に対する応答特性は第2衣に示す工9な佃であった。In this way, a thick-film sandwich type gas sensor was fabricated.The response characteristics to various gases in this state were as shown in Section 2.
第2表に示した値から分かるように、従来のままの積層
型(サンドイッチ型)だけではI CH4に応答スる
と同時に、アルコールにもCH4に対する以上の感度を
持っている。As can be seen from the values shown in Table 2, the conventional laminated type (sandwich type) alone responds to I CH4 and is also more sensitive to alcohol than it is to CH4.
1111 LaNiOs膜エリなる被覆層の形成次に
、上記の妨害アルコールの影響を除く目的で、上部電極
層2の表面上に、Ladies 膜よりなる被覆層を
形成するため以下のようにした。1111 Formation of Coating Layer Made of LaNiOs Film Next, in order to eliminate the influence of the interfering alcohol mentioned above, a coating layer made of Ladies film was formed on the surface of the upper electrode layer 2 as follows.
LaNiOsの化学量論的組成比となるようにLaお工
びN1の酢酸塩を採取し、これを純水に溶解し、減圧下
においてエバポレータで濃縮し、乾固し、これを空気中
600℃の温度で2h加熱分解した。次に、これを空気
中1000℃の温度で焼成し、LaNiOsの組成を有
する多結晶の固形物を得た。この固形物をライカイ機で
10h粉砕し、LaNi0jの黒色粉末を得た。Collect the acetate of La processed N1 so that it has the stoichiometric composition ratio of LaNiOs, dissolve it in pure water, concentrate it in an evaporator under reduced pressure, dry it, and heat it in air at 600°C. It was thermally decomposed at a temperature of 2 hours. Next, this was fired in air at a temperature of 1000° C. to obtain a polycrystalline solid having a composition of LaNiOs. This solid material was pulverized for 10 hours using a Laikai machine to obtain a black powder of LaNi0j.
この黒色粉末のLaNiOsを用い、上記の5n02の
場合と同様な方法・でペーストを作製し、また。Using this black powder of LaNiOs, a paste was prepared in the same manner as in the case of 5n02 above.
5n02の場合と同様の厚膜化の方法で、前記のサンド
イッチ型センサの上部電極膜層の上ICLaN40sの
被覆層を形成した。このとき、被覆層の膜厚は約20μ
であり、膜面の大きさは上記の上部電極膜の面とほぼ同
じ様にした。これは、アルコール蒸気を下側の5n02
工りなる感ガス材層に直接触れさせないようにするため
である。A coating layer of ICLaN40s was formed on the upper electrode film layer of the sandwich type sensor by using the same film thickening method as in the case of 5n02. At this time, the thickness of the coating layer is approximately 20μ
The size of the film surface was made almost the same as the surface of the above-mentioned upper electrode film. This will direct the alcohol vapor to the lower 5n02
This is to prevent direct contact with the unfinished gas-sensitive material layer.
このようにして得た本実施例1の5102厚膜がスセン
サ素子のガス応答特性は、第3表に示すようなものであ
った。The gas response characteristics of the 5102 thick film sensor element of Example 1 thus obtained were as shown in Table 3.
第3表 実施例1のガスセンサ特性
ここで、CHa の感度が上記の第2表の値より上昇し
た(370℃の場)理由は不明であるが、以下の実施例
での幾つかは、アルコールの感度を抑えるとCH4の感
度か上昇した。Table 3 Gas sensor characteristics of Example 1 Here, the reason why the sensitivity of CHa increased from the value in Table 2 above (at 370°C) is unknown, but some of the following examples When the sensitivity of CH4 was suppressed, the sensitivity of CH4 increased.
第2表と第3表との値の対照から分かるように本実71
例KLるものは、アルコールの感度を従来の妨害ガス減
殺被覆層のないものに比較して約1A以下に低減するこ
とができた。As can be seen from the comparison of values in Tables 2 and 3, Honjitsu 71
Example KL was able to reduce the alcohol sensitivity to about 1 A or less compared to the conventional one without an interfering gas reducing coating layer.
実施例 2゜
この実施例は、実施例1における妨害カス減殺被覆層で
あるLaN2O5膜の厚さを変えて本発明の効果を顕著
にすることに関するものである。Example 2 This example relates to making the effect of the present invention more noticeable by changing the thickness of the LaN2O5 film, which is the interference scum reduction coating layer in Example 1.
実施例1と同様な方法により作製したLaNiOs工り
なる被覆層を有する本発明の5n02厚膜サンドイツチ
型ガスセンサ素子にして、ただし5LaN105の被覆
層の膜厚のみを、30μ、40μ、50μに変えた3種
類の本発明になるガスセンサ素子を作製した。A 5N02 thick-film sandwich-type gas sensor element of the present invention having a LaNiOs coating layer was prepared by the same method as in Example 1, except that only the thickness of the 5LaN105 coating layer was changed to 30μ, 40μ, and 50μ. Three types of gas sensor elements according to the present invention were manufactured.
そ詐らのガスセンサ素子のガス応答特性は第4衣に示す
ようなものであった。この測定値は素子温度が450℃
、ガス濃度11000ppの条件におけるものである。The gas response characteristics of these gas sensor elements were as shown in Figure 4. This measured value indicates that the element temperature is 450℃.
, under conditions of a gas concentration of 11,000 pp.
第4表から分かるように1本発明によればアルコールの
感度をほとんど実用的範囲で問題にならない程度以下に
抑えることができる。As can be seen from Table 4, according to the present invention, the sensitivity to alcohol can be suppressed to a level that does not pose a problem within a practical range.
実施例 &
本実施例は、5n02厚膜センサのH2の感度を抑える
場合のものである。Example & This example is for suppressing the H2 sensitivity of a 5n02 thick film sensor.
H2ガスの分解作用の比較的太きいものとしてTlO2
なる酸化物の粉末をH2ガスの影響を減殺する被積層用
の材料として選んだ。ここで用いた’I’:102は市
販の999%以上の純度の粉末である。TlO2 has a relatively strong decomposition effect on H2 gas.
An oxide powder was selected as the material for lamination to reduce the influence of H2 gas. 'I':102 used here is a commercially available powder with a purity of 999% or more.
この粉末を用い、実施例1の被種層の場合と同様の処理
にエリペーストを作製し、また同様の厚膜技術によt)
被核層を形成した。被覆層の膜厚を60μとした。Using this powder, ellipaste was prepared by the same treatment as in the case of the seed layer in Example 1, and by the same thick film technique.
The enucleated layer was formed. The thickness of the coating layer was 60μ.
この工すにして作表した本発明になるガスセンサ素子の
カス応答特性は第5衣に示すようなものであった。The gas response characteristics of the gas sensor element according to the present invention tabulated using this method were as shown in Section 5.
この場合の測定条件は、素子温度約490’C。The measurement conditions in this case are an element temperature of approximately 490'C.
ガスm度11000ppである。The gas concentration is 11,000 pp.
第5表 実施例3のガスセンサ素子応答特性実施例 4
゜
本実施例は感ガス材料にznOを用い、アルコールより
なる妨害ガスの影響減殺用被積層の材料にFe2O,を
用いた場合のものである。Table 5 Example 4 of gas sensor element response characteristics of Example 3
In this embodiment, ZnO is used as the gas-sensitive material, and Fe2O is used as the material of the laminated layer for reducing the influence of interfering gas made of alcohol.
znO粉末には、一般市販品中の最も微粉末のものを選
んで用い友。For ZnO powder, select the most fine powder among general commercially available products.
実施例1の場合と同様の方法で、ZnOを感ガス材層と
する従来タイプのサンドイッチ型素子を作製し、これに
Fe2O,ペーストを用いて、焼成後の膜厚が約50μ
となるように複数回印刷塗布し、Fezes より、な
る被覆層を、実施例1の場合と同様に形成した。In the same manner as in Example 1, a conventional sandwich type element with ZnO as the gas-sensitive material layer was fabricated, and Fe2O and paste were used to create a film thickness of approximately 50 μm after firing.
A coating layer of Fezes was formed in the same manner as in Example 1.
得らnた本発明になるガスセンサ素子のガス応答特性は
第6表に示すようなものであった。The gas response characteristics of the gas sensor element of the present invention obtained were as shown in Table 6.
この場合の素子温度は510℃、ガス@度ti200Q
、19 、
PPm である。In this case, the element temperature is 510℃, gas @ degree ti200Q
, 19, PPm.
第6表 英施4のガスセンサ素子応答特性第6表から分
かるように、従来の2no 感ガス材のみではアルコー
ルに対し強い感度を有しているものが、本発明によるF
e2O3被稜層を検温するここ[エリ約1/4以下に抑
えることができた。Table 6 Gas sensor element response characteristics of Eishi 4 As can be seen from Table 6, the conventional 2no gas-sensitive material alone has a strong sensitivity to alcohol, but the F of the present invention has a strong sensitivity to alcohol.
The temperature of the e2O3 ridge layer was measured here [I was able to keep the temperature down to about 1/4 or less.
実施例 5
本実施例は、5no2を感カス材層の材料に使用すると
同時に、被覆層の材料としても使用した場合の実施例で
ある。すなわち、この場合は、サントイブチ内に挾まn
ている5no2はCHaガスの検知材料として、また、
上部電極層上に被覆する被核層における5n02は(H
4の検知を妨害するアルコールやH2の工りな妨害ガス
を分層する目的に使用するものである。Example 5 This example is an example in which 5no2 is used as the material for the sensitive material layer and at the same time as the material for the coating layer. In other words, in this case, the
5no2 is used as a detection material for CHa gas, and
5n02 in the nucleation layer covering the upper electrode layer is (H
It is used for the purpose of separating the layers of artificial interfering gases such as alcohol and H2 that interfere with the detection of 4.
・20・
まず、実施例1の場合と同様にして、従来タイプの被覆
層のないサンドイッチ型のS、nO2ガスセンサ素子を
作製した。次に、この無被覆のサンドイッチ型の素子に
、焼成後の膜厚が約50μになるように塗布し、焼成し
た。5102↓りなる被核層を有する本発明になるガス
センサ素子を作製した。・20・ First, in the same manner as in Example 1, a conventional sandwich type S, nO2 gas sensor element without a coating layer was produced. Next, this uncoated sandwich-type element was coated and fired so that the film thickness after firing was about 50 μm. A gas sensor element according to the present invention having a nucleation layer of 5102↓ was fabricated.
このガスセンサ素子のガス応答特性は第7表に示す工り
なものであった。The gas response characteristics of this gas sensor element were as shown in Table 7.
なお、この測定におけるアルコールの濃度は笑用範囲で
ある11000pp’2でとした。The alcohol concentration in this measurement was set at 11,000 pp'2, which is within the safe range.
第7表 実施例5のガスセンサ素子特性上記の実施例以
外に、多数の感ガス材料と被覆層材料の組み合せ(被覆
層なしを含む)による、前記の突施例と同様のサンドイ
ッチ型センサを作製したものについての特性を測定した
結果を第8衣に示す。Table 7 Gas sensor element characteristics of Example 5 In addition to the above examples, sandwich-type sensors similar to the above-mentioned specific examples were fabricated by combining many gas-sensitive materials and coating layer materials (including those without a coating layer). The results of measuring the characteristics of the sample are shown in Section 8.
第8表
・23・
以上のよりに、本発明に工nば、感ガス材層および妨害
ガス減殺被覆層の材料に各種の材料を組み合わせて、そ
の使用目的にそって、巧みに利用することができる。な
お、本発明においては、同一の材料でも、被検知ガスの
検知用を、妨害ガスの分解用に使い分けることができる
ものであり、これは本発明における独特の例である。Table 8・23・ According to the above, the present invention allows various materials to be combined for the gas-sensitive material layer and the interfering gas reduction coating layer, and to be skillfully utilized according to the purpose of use. I can do it. In the present invention, even the same material can be used for detecting a gas to be detected and for decomposing an interfering gas, and this is a unique example of the present invention.
第1図は、本発明によるものと従来のものとのカスセン
サ素子の構造を示す断面図である。
第2図は1本発明による厚膜ガスセンサの原理を説明す
るための積層構造を示す断面図である。
第6図#−i、本発明における被覆層経由抵抗値と感カ
ス材層経由抵抗値の関係を説明するための回路図である
。
第4図は、本発明の一実施例における積層型厚膜ガスセ
ンサの構造を示す一部切欠斜視図である。
1・・・妨害カス減殺被覆層、2・・・上部電極膜層。
3・・・感ガス材層、4・・・下部電極膜層、5・・・
アルミナ基板、6・・・素子加熱用ヒータ。
タ / 因
UH4C2H50H
CH4(2H5−OH
λス日FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a cass sensor element according to the present invention and a conventional one. FIG. 2 is a sectional view showing a laminated structure for explaining the principle of a thick film gas sensor according to the present invention. FIG. 6 #-i is a circuit diagram for explaining the relationship between the resistance value via the coating layer and the resistance value via the sensitive material layer in the present invention. FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing the structure of a multilayer thick film gas sensor in one embodiment of the present invention. 1... Interfering residue reduction coating layer, 2... Upper electrode film layer. 3... Gas-sensitive material layer, 4... Lower electrode film layer, 5...
Alumina substrate, 6... Heater for element heating. TA/CauseUH4C2H50H CH4(2H5-OH λS day
Claims (1)
部表面側のガス透過性の上部電極膜層;該感ガス材層と
下部の基板との間の下部電極膜層;とt有してなる積層
型ガスセンサ素子にして、該上部電極膜層の上方に、検
仰せんとする目的ガス以外の他のガスを分解または分解
を促進させるに有効な金属酸化物よりなる妨害ガス減殺
被覆層を該感ガス材層′ft被覆するように設けてなる
ことを特徴とするガスセンサX子。 z、前記の妨害ガス減殺被覆層は、cr2o5. ’I
’102゜Mn02r F620s 、Ni O,cu
o 、2nO−5nO2a Ta205 。 W 05 * LaN 10 s工9なる金属酸化物の
群中エフ選ばれた一種以上よりなるものである特許請求
の範囲第1項記載のガスセンサ素子。 8、該感ガス材層は5n02 ’Y:用いた厚膜層にし
て、該妨害ガス減殺被覆層はLaNi0.の塗蒲換被榎
層。 あるいは厚M1fCは薄膜技術〉用いてなる被蝋層であ
る特許請求の範囲第1項記載のガスセンサ素子。[Claims] 1. A gas-sensitive material layer made of a metal oxide; a gas-permeable upper electrode film layer on the upper surface side of the gas-sensitive material layer; a layer between the gas-sensitive material layer and the lower substrate; A layered gas sensor element comprising: a lower electrode film layer; A gas sensor X element characterized in that an interfering gas reducing coating layer made of an oxide is provided to cover the gas-sensitive material layer. z, the interfering gas reducing coating layer is cr2o5. 'I
'102゜Mn02r F620s, Ni O, cu
o, 2nO-5nO2a Ta205. The gas sensor element according to claim 1, which comprises one or more selected from the group of metal oxides W05*LaN10s. 8. The gas-sensitive material layer is a thick film layer using 5n02'Y: and the interfering gas reducing coating layer is LaNi0. The repainted layer. Alternatively, the gas sensor element according to claim 1, wherein the thickness M1fC is a waxed layer formed using thin film technology.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10380582A JPS58221154A (en) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | Gas sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10380582A JPS58221154A (en) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | Gas sensor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58221154A true JPS58221154A (en) | 1983-12-22 |
Family
ID=14363613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10380582A Pending JPS58221154A (en) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | Gas sensor element |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS58221154A (en) |
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- 1982-06-18 JP JP10380582A patent/JPS58221154A/en active Pending
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