ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА Российский патент 2021 года по МПК G01N27/12 

Описание патента на изобретение RU2743155C1

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) по 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 на вещества 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// Соровский образовательный журнал. 1998, № 3. С.75), позволяющий определять содержание аммиака с большей чувствительностью. Однако, он сложен по конструкции и механизму получения отклика на присутствие определяемого компонента: включает в качестве преобразователя-полупроводника оксид металла (SnO2, In2O3, Nb2O5)и нанесенный на его поверхность адсорбционный слой специального материала, дающий названный отклик. 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 О2-, 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, МПК G 01 N 27/ 12, опубликовано 10.01.2001).

Недостатком этого известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей аммиака. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операцию напыления металлических электродов, что является трудоемкой операцией.

Техническим результатом 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 поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdS)0,63(CdTe)0,37, а подложка - 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 твердого раствора состава (CdS)0,63(CdTe)0,37, 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 твердого раствора состава (CdS)0,63(CdTe)0,37 происходит избирательная адсорбция молекул NH3,увеличение массы композиции «пленка - кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего. По величине изменения частоты 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 превышающую 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, исключается операция напыления на полупроводниковое основание 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 RU2743155C1

название год авторы номер документа
Датчик микропримесей аммиака 2021
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2772443C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2019
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2700035C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2017
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2652646C1
Датчик микропримесей аммиака 2023
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2797767C1
Полупроводниковый датчик аммиака 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2613482C1
НАНОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2013
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Нор Полина Евгеньевна
RU2530455C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2015
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Миронова Елена Валерьевна
RU2607733C1
ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА 2008
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
  • Тимошенко Оксана Тарасовна
  • Филатова Татьяна Николаевна
RU2400737C2
Полупроводниковый анализатор аммиака 2016
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Юрьева Алла Владимировна
RU2631009C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Кировская Ираида Алексеевна
  • Земцов Александр Евгеньевич
RU2281485C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 743 155 C1

Реферат патента 2021 года ДАТЧИК МИКРОПРИМЕСЕЙ АММИАКА

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение 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 (CdS)0,63(CdTe)0,37, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 743 155 C1

Датчик микропримесей аммиака, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdS)0,63(CdTe)0,37, нанесенной на подложку, выполненную в виде электродной площадки пьезокварцевого резонатора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2743155C1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ГАЗОВОГО СЕНСОРА ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА СО БЕЗ НАГРЕВАНИЯ 2013
  • Гаськов Александр Михайлович
  • Румянцева Марина Николаевна
  • Васильев Роман Борисович
  • Чижов Артем Сергеевич
RU2544272C2
ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ СЛОЙ(И) НА ОСНОВЕ ГРАФЕНА, И/ИЛИ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2010
  • Веерасами Виджайен С.
RU2535235C2
ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР 2019
  • Аниськов Роман Витальевич
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Никонов Вадим Сергеевич
  • Эль-Салим Суад Зухер
  • Захаров Николай Николаевич
RU2718133C1
CN 109906376 A, 18.06.2019
WO 2011066984 A1, 09.06.2011.

RU 2 743 155 C1

Авторы

Кировская Ираида Алексеевна

Нор Полина Евгеньевна

Даты

2021-02-15Публикация

2020-06-18Подача