ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА Российский патент 2010 года по МПК G01N27/12 

Описание патента на изобретение RU2400737C2

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано для решения задач экологического контроля.

Известен датчик (детектор) теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - 287 с.).

Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается веществами с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа аммиака точность определения невысока.

Известен также датчик (Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал. 1998, №3. С.75), позволяющий определять содержание аммиака с большей чувствительностью. Он включает в качестве преобразователя-полупроводника оксид металла (SnO2, In2O3, Nb2O5) и нанесенный на его поверхность адсорбционный слой специального материала, дающий отклик на присутствие определяемого компонента.

Однако указанный датчик сложен по конструкции и механизму получения отклика на присутствие определяемого компонента. Для получения отклика необходимы такие дополнительные операции, как нагревание оксида до 200-400°С, так как при комнатной температуре он является диэлектриком и не проводит электрический ток, хемосорбция на нагретой поверхности кислорода воздуха, сопровождающаяся образованием отрицательно заряженных ионов O2-, О- и взаимодействием последних с определяемым газом (его окислением). Таким образом, электропроводность полупроводникового (оксидного) слоя в воздухе определяется не непосредственно содержанием определяемого газа, а степенью заполнения поверхности хемосорбированным кислородом, которая, в свою очередь, изменяется пропорционально концентрации определяемого газа.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами и непроводящей подложки (Патент №2161794, М. кл. G01N 27/12, 25/56. 2001 / И.А.Кировская).

Недостатком этого известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей аммиака. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операции легирования и напыления металлических электродов.

Задачей изобретения является повышение чувствительности датчика при контроле микропримесей аммиака и повышение технологичности изготовления датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание и подложку, согласно заявляемому изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде нелегированной поликристаллической пленки сульфида кадмия, а подложка выполнена в виде электродной площадки пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг.2 - кривая зависимости величины адсорбции аммиака от температуры, на фиг.3 - градуировочная кривая зависимости изменения частоты колебания пьезокварцевого резонатора с нанесенной полупроводниковой пленкой (Δf) в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления NH3 (PNH3). Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки сульфида кадмия, нанесенной на электродную площадку 2 пьезокварцевого резонатора 3.

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, и вызывающих изменение его массы, а соответственно частоты колебаний (Δf).

Работа датчика осуществляется следующим образом. Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание аммиака газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки CdS происходит избирательная адсорбция молекул NH3, увеличение массы композиции «пленка - кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего. По величине изменения частоты колебаний с помощью градуировочных кривых можно определить содержание аммиака в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость (Δf) от содержания аммиака (PNH3), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,2 см3) в сочетании с малой массой пленки-адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс.

Кроме того, исключаются операции легирования полупроводникового основания и напыления на него металлических электродов, что повышает технологичность изготовления датчика.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Похожие патенты RU2400737C2

название год авторы номер документа
НАНОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2013
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2530455C1
Полупроводниковый датчик аммиака 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2613482C1
Датчик микропримесей аммиака 2023
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2797767C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2017
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2652646C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2020
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2743155C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
RU2281485C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Миронова Елена Валерьевна
RU2607733C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2011
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Буданова Елена Михайловна
RU2464553C1
Датчик микропримесей аммиака 2021
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2772443C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2019
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2700035C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 400 737 C2

Реферат патента 2010 года ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания аммиака. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. Основание выполнено из поликристаллической пленки сульфида кадмия, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности при контроле микропримесей аммиака и повышение технологичности изготовления датчика. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 400 737 C2

Датчик микропримесей аммиака, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из нелегированной поликристаллической пленки сульфида кадмия, а подложка выполнена в виде электродной площадки пьезокварцевого резонатора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2400737C2

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
RU2281485C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 1999
  • Кировская И.А.
  • Ложникова Т.В.
RU2178559C2
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, ПРЕДУПРЕЖДАЮЩЕЕ ОТВИНЧИВАНИЕ ГАЕК 1926
  • Васильев В.Н.
SU5652A1

RU 2 400 737 C2

Авторы

Кировская Ираида Алексеевна

Земцов Александр Евгеньевич

Тимошенко Оксана Тарасовна

Филатова Татьяна Николаевна

Даты

2010-09-27Публикация

2008-04-23Подача