ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК Российский патент 2004 года по МПК G01N27/12 

Описание патента на изобретение RU2235315C2

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода и других газов.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя [1]. Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа кислорода точность определения невысока.

Известен также датчик [2], позволяющий определять содержание кислорода с большей чувствительностью, однако он сложен по конструкции: включает селективную мембрану с необходимым для прохождения кислорода размером пор, полость с иммобилизованным флуоренцирующим красителем и устройство для фиксирования степени гашения красителя, которая пропорциональна парциальному давлению кислорода.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, с нанесенным на ее поверхность металлическими электродами [3].

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность и при этом трудоемкость изготовления, предусматривающего легирование селенида цинка.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика, расширение его функциональных возможностей, в частности обеспечение возможности его применения для анализа кислорода.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия.

Повышение чувствительности заявляемого датчика, по сравнению с известным датчиком [3], принцип его работы и аналитические возможности демонстрируется чертежами, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика; на фиг.2 - график изменения контактной разности потенциалов (КПР), т.е. изменение поверхностного изгиба зон в процессе адсорбции кислорода при комнатной температуре (1 - вакуум, 2 - Ро=0,93 Па) и на фиг.3 - градуировочная кривая - изменение вольт-амперной характеристики (ВАХ) прибора при увеличении доли кислорода в общем объеме водорода. Последняя наглядно иллюстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде монокристаллической пластины арсенида галлия 1 с нанесенными на его поверхность металлическими электродами 2.

Принцип работы заявляемого датчика основан на связи поверхностного изгиба зон, о чем судят по изменению электрофизических характеристик (ВАХ и КРП, преимущественно ВАХ), и избирательности адсорбции на полупроводниковой пластине при наличии двух и более компонентов.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции кислорода, сопровождающейся образованием ионов и ионо-радикалов (О-2

, О- и др.), происходит заряжение поверхности полупроводниковой пластины, соответственно изгиб энергетических зон и, как следствие, изменение концентрации свободных носителей зарядов и электрофизических характеристик (ВАХ, КРП). По величине их изменения с помощью градуировочных кривых можно определить содержание кислорода.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ВАХ (силы тока I) от содержания кислорода (Рo2), в частности в водородной среде, следует: заявляемый датчик при существенном упрощении конструкции позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, на порядок превышающую чувствительность известного датчика кислорода другого устройства [2].

К достоинствам заявляемого прибора следует также отнести его очень малые размеры (не более 3 мм3) и невысокую стоимость.

Источники информации

1. Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. - М.: Высш.школа, 1987.

2. Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал. 1998, №3. С.72-76.

3. Патент №2161794, М.Кл. G 01 N 27/12, 25/56.

Похожие патенты RU2235315C2

название год авторы номер документа
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2003
  • Кировская И.А.
RU2235316C1
Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода 2019
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Новгородцева Любовь Владимировна
  • Эккерт Алиса Олеговна
  • Эккерт Роберт Владимирович
RU2710523C1
ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ 1997
  • Кировская И.А.
RU2125260C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ 1999
  • Кировская И.А.
RU2161794C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ КИСЛОРОДА 2015
  • Кировская Ирина Алексеевна
  • Новгородцева Любовь Владимировна
RU2603337C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
RU2281485C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ КИСЛОРОДА 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Букашкина Татьяна Леонидовна
RU2610349C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2011
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Буданова Елена Михайловна
RU2464553C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2011
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Дубина Оксана Николаевна
RU2469300C1
ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2011
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Буданова Елена Михайловна
  • Юрьева Алла Владимировна
RU2464552C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 235 315 C2

Реферат патента 2004 года ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК

Использование: изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания кислорода. Сущность изобретения состоит в том, что в заявляемом газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия. Заявляемый датчик при существенном упрощении конструкции позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, на порядок превышающей чувствительность известного датчика кислорода. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и технологичности изготовления датчика, расширении его функциональных возможностей. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 235 315 C2

Газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, отличающийся тем, что основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2235315C2

ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2000
  • Кировская И.А.
  • Азарова О.П.
RU2178558C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 1999
  • Кировская И.А.
  • Ложникова Т.В.
RU2178559C2
Датчик влажности газов 1985
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Скутин Евгений Дмитриевич
  • Штабнов Владимир Геннадьевич
  • Штабнова Валентина Леонидовна
  • Емельянова Елена Никитична
SU1234763A1
Датчик влажности газов 1991
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Юрьева Алла Владимировна
  • Скутин Евгений Дмитриевич
  • Штабнов Владимир Геннадьевич
SU1798672A1
Устройство для управления процессом термовлажностной обработки изделий 1986
  • Рульнов Анатолий Анатольевич
  • Егоров Александр Владимирович
  • Сидоров Евгений Петрович
  • Костенко Борис Иванович
SU1416315A1
Исполнительный орган проходческого комбайна 1986
  • Зысманов Лев Гаврилович
  • Наумова Виктория Георгиевна
SU1463911A2

RU 2 235 315 C2

Авторы

Кировская И.А.

Шакалов Ф.Е.

Даты

2004-08-27Публикация

2002-11-11Подача