Датчик угарного газа Российский патент 2021 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида 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. – 287с.) Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In₂O₃), легированного оксидами щелочных металлов (Yamaura 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 датчика 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, М. ПК. G 01 N 27/ 12, опубликовано 10.01.2007г.).

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, что является трудоемкой операцией.

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)_0,35(CdS)_0,65, нанесенной на непроводящую подложку. При этом исключаются операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов и трудоемких прямых адсорбционных измерений.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены

на фиг. 1 представлена конструкция заявляемого датчика;

на фиг. 2 – кривые зависимости величины рН изоэлектрического состояния поверхности (рН_изо) полупроводников системы CdTe – CdS, экспонированных в инертном газе (а) и в атмосфере оксида углерода (б), от состава;

на фиг. 3 изображена градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (∆рН_изо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (P_СО). 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)_0,35(CdS)_0,65, 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 силы активных центров ее поверхности.

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 оксида углерода газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (CdTe)_0,35(CdS)_0,65 происходит избирательная адсорбция молекул CO и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности пленки (∆рН_изо). 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 ∆рН_изо от содержания оксида углерода (P_СО), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающую 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 при повышенной чувствительности и технологичности его изготовления, определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре, а также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода, и может быть использовано для экологического мониторинга. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)_0,35(CdS)_0,65, нанесенной на непроводящую подложку. Датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

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)_0,35(CdS)_0,65, нанесенной на непроводящую подложку.