[发明专利]具有浓缩功能的氢气传感器以及其中使用的氢气传感器探头

说明书

本发明提供一种小型、具有量产性、廉价、对氢气的选择性高、并且是高灵敏度、高精度的氢气传感器。在从基板(1)上热分离的薄膜(10)上具有加热器(25)和温度传感器(20)以及氢吸收材料(5)的氢气的浓缩部(300)与氢气传感器元件(500)设置在相同的微腔室(100)内。通过氢气传感器元件(500)，对经过加热器加热而从浓缩部(300)释出并成为高浓度化的氢气进行测量。通过使氢吸收材料(5)具有氢气的选择性，从而氢气传感器元件(500)不需要具有氢气选择性。通过在微腔室(100)的出入口设置气流限制部(250)，从而防止因外部气体的流入而引起的氢气的稀薄化。可以使用泵等导入机构(150)，以规定的周期进行被检测气体向微腔室(100)的导入。

技术领域

本发明涉及氢气传感器以及其中使用的氢气传感器探头，具体涉及：为了应用于氢气的泄漏检测器等，因而在提高对氢气的选择性的同时，将被检测气体中的氢气进行浓缩从而实现高灵敏度化的氢气传感器及其传感器探头。

背景技术

众所周知，在自然界的空气中包含有0.5ppm左右的氢气(H₂)，这一数值小于氦气(He)的约5ppm，作为泄漏检测器，可以以这种程度实现高分辨能力的氢气的泄漏检测器是优选的。但是如人们公知的那样，在空气中，氢气在4.0至75.0％(体积％)的非常宽广的存在范围内有爆炸的危险性。因此，4.0％的爆炸下限以下的低浓度的氢气浓度测量变得重要。以往，在高灵敏度的氢气传感器方面，存在有一种利用加热器提高Pt催化剂等的温度，利用在该高温区域中的催化作用，即，在加热器加热时测量的接触燃烧式的氢气检知传感器(参照专利文献1)等。

另外，作为半导体气体传感器，也存在有一种传感器，其利用由还原性气体的吸附、还原反应所引起的半导体表面的载流子密度变化，依然在加热器加热时测量电阻的变化。然而，除了氢气以外，如果是还原性气体，那么任一者都发生反应，因而存在丧失了对于氢的选择性的问题。

另外，也存在有一种通过利用氢等特定气体的吸收、透过而提高气体的选择性的传感器。例如，作为利用储氢合金来检测氢气的装置，已知有如下的氢检测装置，其在基板的一个面上附着储氢合金，在另一个面上安装应变仪，在吸收氢气时储氢合金发生体积膨胀，由应变仪检测此时发生的基板的应变，基于所检测出的应变的大小来检测出氢吸收量(参照专利文献2)。

人们还提出了一种氢检测装置，其通过利用对氢的选择性高的储氢合金，一边将储氢合金保持为一定温度一边检测吸收了氢气时的状态变化(重量变化)，从而检测气体中所含的氢气的浓度(参照专利文献3)。

以往，作为温度传感器，存在有可测定绝对温度的绝对温度传感器以及可仅测定温度差的温度差传感器。作为可测定绝对温度的绝对温度传感器，存在有热敏电阻、本申请人所发明的使用晶体管作为热敏电阻的晶体管热敏电阻(专利文献4、日本特许第3366590号)以及使用二极管作为热敏电阻的二极管热敏电阻(专利文献5、日本特许第3583704号)，此外，存在有温度与二极管的顺电压、晶体管的射极-基极间电压处于直线关系的IC温度传感器等。另外，作为可仅测定温度差的温度差传感器，存在有热电偶、通过将其串联连接并且使输出电压增大化而得到的热电堆。

以往，人们提出了一种氢传感器，其主要的特征在于由如下的机构构成：用金属膜将储氢合金的粉末颗粒进行覆膜的微囊机构、基于热电偶的温度检测端机构、将微囊机构所覆膜了的储氢合金的粉末与温度检测端机构的热电偶收纳于盖子内而得到的一体化机构、基于包含电源的电子控制部的电子控制机构(专利文献6)。