РЕЗИСТИВНЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК Российский патент 1997 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и, в частности, к полупроводниковым датчикам для измерения концентрации газов в окружающей среде.

Известен резистивный газовый датчик [1] содержащий диэлектрическое основание, прикрепленное к корпусу датчика боковой стороной, на верхней поверхности которого около противолежащей незакрепленной стороны расположена подложка с выполненным на ее верхней поверхности газочувствительным слоем с пленочными электродами, а около закрепленной боковой стороны выполнены пленочные выводы электродов газочувствительного слоя и пленочного нагревателя, причем пленочные электроды газочувствительного слоя соединяются с пленочными выводами проволочными перемычками. Пленочный нагреватель с пленочными электродами выполнены на нижней поверхности подложки и электрически соединены с пленочными выводами нагревателя проволочными перемычками, служащими одновременно для механического крепления подложки к диэлектрическому основанию.

Крепление подложки к основанию с помощью проволочных соединений снижает механическую прочность надежность датчика и повышает трудоемкость изготовления. Кроме того, в известном датчике ввиду наличия локальных теплостоков по проволочным выводам снижается равномерность температуры газочувствительного слоя, что снижает точность измерений.

Наиболее близким к изобретению является резистивный газовый датчик [2] содержащий диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного резистивного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами, параллельного боковой стороне подложки, и газочувствительный слой с пленочными электродами.

Подложка прикреплена к корпусу датчика с помощью проволочных перемычек, приваренных к пленочным контактам нагревателя и пленочным электродам газочувствительного слоя, играющих одновременно роль электрических выводов.

Недостатками датчика являются низкие механическая прочность и надежность, обусловленные способом крепления подложки с помощью проволочных перемычек. Кроме того, необходимость выполнения большого количества сварных соединений, что повышает трудоемкость изготовления датчика.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и снижение трудоемкости изготовления датчика.

Результат достигается тем, что в резистивном газовом датчике, содержащем диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного резистивного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами, параллельного боковой стороне подложки, и газочувствительный слой с пленочными электродами, диэлектрическая подложка прикреплена к корпусу датчика боковой стороной, параллельной резистивному элементу нагревателя, а на ее верхней поверхности дополнительно выполнены пленочные выводы нагревателя и газочувствительного слоя, являющиеся продолжением пленочных контактов нагревателя и электродов газочувствительного слоя, причем электроды газочувствительного слоя расположены между пленочным нагревателем и противолежащей незакрепленной стороной диэлектрической подложки.

На чертеже изображен датчик, вид сверху.

Датчик содержит диэлектрическую подложку 1, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель 2 в виде меандра с пленочными контактами 3, газочувствительный слой 4 с пленочными электродами 5, пленочные выводы 6 нагревателя 2 и пленочные выводы 7 электродов 5. Подложка 1 прикреплена к корпусу датчика (не показан) боковой стороной 8, параллельной резистивным полосам нагревателя.

Газочувствительный слой 4 с пленочными электродами 5 расположен между пленочным нагревателем 2 и противолежащей незакрепленной стороной 9 подложки 1.

Датчик работает следующим образом.

При подаче через пленочные выводы 6 напряжения со схемы термостабилизации (не показана) на пленочном нагревателе 2 рассеивается мощность, вызывающая его нагрев до заданного значения. Сопротивление R_г газочувствительного слоя, выполняемого на основе полупроводниковых оксидов (SnO₂, ZnO, Fe₂O₃ и др.) и фталоцианинов металлов зависит от концентрации регистрируемого газа. Изменение R_г с изменением концентрации газа регистрируется схемой обработки (не показана) посредством пленочных выводов 7 электродов газочувствительного слоя.

Крепление подложки 1 боковой стороной 8 и ориентация резистивных полос нагревателя 2 параллельно закрепленной стороне 9 подложки 1 обеспечивают формирование равномерного температурного поля в области расположения газочувствительного слоя 4. При этом температура газочувствительного слоя будет приблизительно равна температуре ближайшей к нему резистивной полосы нагревателя ввиду отсутствия теплостока от нагревателя по подложке в направлении к ее незакрепленной стороне.

Тепловое сопротивление между нагревателем и закрепленной стороной подложки приводит к снижению температуры в месте ее крепления, что упрощает процесс сборки датчика и снижает требования к термостойкости припоя или склеивающего компаунда.

Выполнение нагревателя и газочувствительного слоя в одной плоскости и возможность формирования электродов ГС и пленочных контактов нагревателя в едином технологическом цикле снижают трудоемкость изготовления датчика.

Использование: для определения концентрации газа. Сущность изобретения: резистивный газовый датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнены пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами и газочувствительный слой с пленочными электродами. Диэлектрическая подложка прикреплена к корпусу датчика боковой стороной, параллельной резистивному элементу нагревателя. На верхней поверхности подложки выполнены пленочные выводы нагревателя и газочувствительного слоя, являющиеся продолжением пленочных контактов нагревателя и электродов газочувствительного слоя. Электроды газочувствительного слоя расположены между пленочным нагревателем и противолежащей незакрепленной стороной диэлектрической подложки. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Резистивный газовый датчик, содержащий диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнены пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного резистивного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами и газочувствительный слой с пленочными электродами, отличающийся тем, что диэлектрическая подложка прикреплена к корпусу датчика боковой стороной, параллельной резистивному элементу нагревателя, а на ее верхней поверхности дополнительно выполнены пленочные выводы нагревателя и газочувствительного слоя, являющиеся продолжением пленочных контактов нагревателя и электродов газочувствительного слоя, причем электроды газочувствительного слоя расположены между пленочным нагревателем и противолежащей незакрепленной стороной диэлектрической подложки. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что пленочный нагреватель выполнен в форме меандра. 3. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что ширина каждого резистивного элемента возрастает с приближением к электродам газочувствительного слоя. 4. Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в месте изгиба пленочного резистивного элемента, ближайшего к электродам газочувствительного слоя, выполнены дополнительный пленочный контакт и пленочный вывод нагревателя.