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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
НАНОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК | 2013 |
|
RU2530455C1 |
Полупроводниковый датчик аммиака | 2015 |
|
RU2613482C1 |
Датчик микропримесей аммиака | 2023 |
|
RU2797767C1 |
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА | 2017 |
|
RU2652646C1 |
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА | 2020 |
|
RU2743155C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК | 2005 |
|
RU2281485C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА | 2015 |
|
RU2607733C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР | 2011 |
|
RU2464553C1 |
Датчик микропримесей аммиака | 2021 |
|
RU2772443C1 |
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА | 2019 |
|
RU2700035C1 |
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.
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.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК | 2005 |
|
RU2281485C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК | 1999 |
|
RU2178559C2 |
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, ПРЕДУПРЕЖДАЮЩЕЕ ОТВИНЧИВАНИЕ ГАЕК | 1926 |
|
SU5652A1 |
Авторы
Даты
2010-09-27—Публикация
2008-04-23—Подача