Датчик угарного газа Российский патент 2018 года по МПК G01N27/12 

Описание патента на изобретение RU2649654C2

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей монооксида углерода. Изобретение может быть использовано в экологии.

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

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In2О3), легированного оксидами щелочных металлов (amaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. N 2. P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7-0,05 Па СО во влажном воздухе при 300°С. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура 300°С и трудоемкость изготовления.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (патент РФ №2206083, МПК G01N 27/12, опубл. 10.01.2007 г.).

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операции напыления металлических электродов и прямых адсорбционных измерений.

Техническим результатом изобретения является создание датчика, позволяющего, при повышенной чувствительности и технологичности его изготовления, определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами и непроводящую подложку, согласно изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)0,77(CdS)0,23, нанесенной на непроводящую подложку. При этом исключаются операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов и трудоемких прямых адсорбционных измерений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция заявляемого датчика; на фиг. 2 - кривые зависимости величины рН изоэлектрического состояния поверхности (рНизо) полупроводников системы СdТе-СdS, экспонированных в инертном газе (а) и в атмосфере оксида углерода (б), от состава; на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (ΔрНизо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (РСО). Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)0,77(CdS)0,23, и непроводящей подложки 2 (фиг. 1).

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на непроводящую подложку, и вызывающих изменение рН изоэлектрического состояния, а соответственно, изменения силы активных центров ее поверхности.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ей может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание оксида углерода газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (СdТе)0,77(Сс18)0,23 происходит избирательная адсорбция молекул СО и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности пленки (ΔрНизо). По величине изменения рН изоэлектрического состояния поверхности с помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔрНизо от содержания оксида углерода (РCO), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. Существенное упрощение технологии изготовления датчика обусловлено исключением операций нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов и трудоемких измерений адсорбции.

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.

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

Похожие патенты RU2649654C2

название год авторы номер документа
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2017
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2666575C1
ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2013
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
  • Миронова Елена Валерьевна
RU2526225C1
Датчик угарного газа 2021
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2760311C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2013
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Карпова Елена Олеговна
RU2528118C1
ДАТЧИК УГАРНОГО ГАЗА 2017
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Васина Марина Владимировна
RU2666189C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР УГАРНОГО ГАЗА 2014
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Васина Марина Владимировна
RU2565361C1
Полупроводниковый газоанализатор угарного газа 2020
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Васина Марина Владимировна
RU2741266C1
Газоанализатор угарного газа 2019
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Васина Марина Владимировна
RU2700036C1
Полупроводниковый датчик оксида углерода 2021
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Васина Марина Владимировна
  • Копылова Екатерина Николаевна
RU2778207C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Миронова Елена Валерьевна
RU2607733C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 649 654 C2

Реферат патента 2018 года Датчик угарного газа

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)0,77(CdS)0,23, нанесенной на непроводящую подложку. Заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание монооксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 649 654 C2

Датчик угарного газа, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)0,77(CdS)0,23, нанесенной на непроводящую подложку.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2649654C2

ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2013
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
  • Миронова Елена Валерьевна
RU2526225C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2011
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Дубина Оксана Николаевна
RU2469300C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2009
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Шубенкова Екатерина Гаррьевна
RU2398219C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
RU2281485C1
МАШИНА ТРЕНИЯ 2002
  • Невенчанная Т.О.
  • Перекрестов А.П.
  • Митин А.Ю.
RU2234074C2
JP2002328109A, 15.11.2002
JP2007187476A, 26.07.2007.

RU 2 649 654 C2

Авторы

Кировская Ираида Алексеевна

Нор Полина Евгеньевна

Даты

2018-04-04Публикация

2015-11-13Подача