接触燃焼式ガスセンサ/ガスセンサのリーディングカンパニーフィガロ技研

ガスセンサとは ~ガスセンサの検知原理~

動画でわかる!ガスセンサ

ガスセンサとは、目に見えないガスの存在を調べることができるセンシングデバイスです。家庭の都市ガス・プロパンガス警報器をはじめとして、エアコンや空気清浄機、自動車等に広く使われています。
その中で、当社が得意とする3つのガス検知の原理を解説いたします。

  • 半導体式
  • 接触燃焼式
  • 電気化学式

検知原理

接触燃焼式ガスセンサは、可燃性ガスに対して反応する検知片(D)と反応しない補償片(C)の2つの素子から構成されております。可燃性ガスが存在すると、検知片のみで燃焼するため検知片温度は上昇し、検知片の抵抗が増加します。
他方補償片では燃焼しないため、抵抗の変化はありません(図1)。このような素子でホイーストンブリッジ回路(図2)を組み、可燃性ガスの存在しない雰囲気で、ブリッジ回路が平衡状態となるよう可変抵抗(VR)を調整しておきます。
その後、ガスセンサが可燃性ガスに曝されると、検知片のみが抵抗上昇するためブリッジ回路のバランスが崩れ、この変化を不均衡電圧(Vout)として検出することができます。 この不均衡電圧とガス濃度との間には図3で示すような比例関係にあり、その電圧を測定することによってガス濃度を検知することができます。

■ (図1)測定回路

■ (図2)測定回路

■ (図3)

ご使用にあたってのお願いと注意事項

  • ご使用の際は必ず当社の製品技術資料等により、製品の仕様と使用条件の確認を行ってください。
  • 回路上で他の電子部品にショート、オープンなどの不具合が発生した場合、ガスセンサに定格を超える電圧、電流、温度などがかからないような設計にご留意ください。
  • ガスセンサの故障により、他の部品に影響を及ぼし、直接あるいは間接的にガスセンサを使用する機器の誤動作、発煙、発火その他の不安定状態を生じるなど、機器の安全性を損なう事の無い設計にご留意ください。
  • 必要に応じて保護回路等のフェールセーフ機能などの安全対策を講じていただきますようにお願いいたします。

ご使用上の安全に関する注意事項

使用電圧について
過電圧を経験したガスセンサは使用しないでください。定格を超える電圧がガスセンサに印加されると、断線などの物理的な損傷が明瞭でない場合でも、検知素子やリード線、センサ特性などに影響や損傷を受けていることがあります。
使用温度について
定格温度を超える高温下でガスセンサを使用しないでください。定格温度を超える高温環境下で使用した場合、センサの特性に影響を受ける場合があります。
使用環境について
  • シリコン接着剤やシリコンを含む整髪料、シリコンゴム、シリコンパテなどが使われている可能性のある場所ではガスセンサの使用や保管を避けてください。シリコンを含む製品から発生するシリコン蒸気がセンサのガス検知部表面に吸着すると、感ガス材料を覆う皮膜となってガス感度が低下し、元に戻らなくなります。
  • 硫化水素や硫黄酸化物、塩素、塩酸など腐食性の高濃度ガスにガスセンサが長時間暴露される環境では使用しないでください。リード線やヒータ線材が腐食あるいは断線する場合があります。
  • アルカリ金属によりガスセンサが汚染されると、ガスセンサの特性に影響を与える場合があります。特に塩水噴霧などは避けてください。
  • ガスセンサが10,000ppm以上の高濃度のアルコールなど有機系の蒸気に長時間曝されると、フィルタが破過することがあります。そのような場合、アルコールなどに対する応答は通常よりも大きくなります。
  • ガスセンサを使用中あるいは保管中に、高濃度のガスに長時間暴露されると、ガスセンサの特性に影響を受ける場合があります。
  • ガス感知部の表面で水が凍結した場合には、感ガス材料がひび割れし、センサ特性に影響を与える場合があります。
  • ガスセンサは、酸素濃度がゼロあるいは低濃度の環境においては正常に作動しません。ガス感知部の表面において可燃性ガスの燃焼反応が起きるためには、ある程度の酸素が必要です。
  • ガス感知部表面での結露状態が長期間続くと、センサの特性に影響を与える場合があります。通常の室内環境下での使用中に生じる軽度の結露がガスセンサに重大な影響を与えることはありません。
取扱いについて
  • ガスセンサを水中に浸したり、ガスセンサに水をかけたりしないでください。特性に影響を与える場合があります。
  • 通電の有無にかかわらず、過度の高湿度や極端な温度、あるいは高濃度汚染環境などの苛酷な環境下に長時間曝されると、ガスセンサの性能に影響を与える場合があります。
  • ガスセンサに強い衝撃を与えないでください。強い衝撃を受けると、ゼロ点の移動やリード線の断線が起きる場合があります。
  • ガスセンサを分解したり、本体やキャップ部を変形させたりしないで下さい。
保管方法について
  • 衝撃回避のため、工場出荷時の発泡プラスチックにガスセンサを固定して、密閉袋に入れて保管してください。
  • 本製品は、清浄な空気が入った密閉袋に入れて保管し、シリカゲルは入れないでください。
応用機器設計時の注意事項
  • ガスセンサまたはガスセンサを搭載する機器を無通電で長期間保管すると、保管中の環境条件によっては抵抗値が変化する場合があります。このような変化は可逆的です。
  • 無通電での保管期間が長くなるほど、ガスセンサが安定化するまでに必要な予備通電時間が長くなります。
実装時の注意事項
  • ガスセンサを基板実装する際には、できる限り手はんだを推奨します。
  • はんだ槽を使用して回路基板に本製品をはんだ付けする場合には、以下の条件を守ってください。
    (1) 推奨するフラックス: 塩素含有が最小限の松脂フラックス
    (2) 搬送速度: 1~2m/分
    (3) プリヒーター温度: 100±20℃
    (4) はんだ槽温度: 250±10℃
    (5) はんだ槽許容回数: 最大2回まで
  • 上記以外の条件ではんだ槽を使用された場合は、フラックスの種類によってはシリコン蒸気への暴露時に似た影響をセンサ特性に与えることがあり、その結果については保証できません。
  • 耐湿性・耐ガス性の向上を目的に樹脂コートを使用される場合は、樹脂に含まれる化学成分溶剤により特性劣化を起こすことがあります。
  • 過度の振動がガスセンサに加わると、ゼロ点のずれや、検知素子やリード線の共振を起こして断線に至る場合があります。ガスセンサを実装する機器の製造工程においてエアードライバーや超音波溶接機を使用すると、このような振動を与えることがありますので、量産前の試組みによりセンサ特性への影響度を事前にご確認ください。
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  • 電気化学式