Газочувствительный элемент Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к аналити ческому приборостроению, а именно к устройствам для анализа газообразных веществ и паров, и может быть использовано при изготовлении газочувствительных элементов для анализа газив в окружающей среде и в выдыхаемом воздухе, которые найдут применение в различных отра лях промышленности, медицине, сель ком хозяйстве, биапогии. Известно устройство, содержащее элемент, состоящий из спирали нагревателя, изготовленного из трудн окисляемого При высоких температур металла, снаружи покрытой неоргани ческим окислом. Параллельно этому элементу расположены проволочные измерительные электроды из трудноокисляемого при высоких температур металла. Вся конструкция покрыта полупроводниковым окислом таким об разом, что выводы нагревательного и измерительных электродов закрепл ны непосредственно в полупроводнике Cl . Недостатки известного устройств заключаются в том, что выводы элек тродов закреплены непосредственно в газо-чувствительном окисле, в процессе эксплуатации, в результате механических нагрузок (ударов, вибраций, термоударов) на выводы эле тродов, газочувствительный слой, прил,егакщий к поверхности выводов, постепенно разрушается, что ведет к снижению ресурса газочувствительного элемента и точности анализа (происходит увеличение начального сопротивления чувствительного слоя ,а следовательно, и аддитивная сое.тавляквдая прогрессирующей погрешности j , выводы электродов, изготовленные из драгметаллов, невыгодны в экономическом отношении, а выводы например, из никеля окисляются в процессе эксплуатации, так как конструкция устройств не препятствует/ оксилению электродов через поры газочувствительного окисла и участков электродов, находяищхся вне окисла, ресурс нагревателя при этом мал, а его сопротивление постоянно растет в процессе эксплуатации,что ухуд 11ает точностные характеристики газочувствительного элемента,которые в значительной степени зависят от стабильности температуры газочув вительного слоя (температура нагрев теля зависит от его сопротивления)J толщина чувствительного слоя не может быть менее диаметра спирали нагревателя, что приводит к значительной инерционности нагрева толстого чувствительного слоя и снияса ет КПД.. .. Наиболее близким к изобретению является газочувствительный элемент, содер ;ащий расположенный на изолирующей трубке нагреватель, армирующие выводы которого помещены р зазором в изолирующую трубку, и чувствительный слой с выводами 2 „ Недостатками конструкции являются использование нагревателя из драгметаллов и недопустимость применения нагревателя из окисляемого металла (в негерметичном корпусе будет происходить окисление такого нагревателя и, соответственно, умень шение ресурса и ухудшение точносткых характеристик газочувствительного элемента). Кроме того, наличие воздушного зазора трубкой и нагревателем увеличивает инерционность нагрева и снижает КПД, а жесткая посадка выводов ограничивает выбор материала чувствите:аьного слоя по механической прочности, так как хрупкий пористый газочувствительный слой будет разрушаться при посадке держателей электродов (при этом значительно снижается ресурс газочувстБительного элемента) . Цель изобретения - увеличение срока службы газочувствительного элемента. Поставленная цель достигается тем, что в газочувстБительном-элементе, содержащем расположенный на изолирующей трубке нагреватель, армирующие выводы которого ,ены с зазором в изолирующую трубку, и чувствительный слой с выводакги, выводы чувствительного слоя выполнены в виде помещенных в этот слой витков спирали - причем одл: из выводов чувствительного слоя расположен в месте нахождения зазора между арлтрующлми выводами, который смещен к одному из концов газочувстБительного элемента. На чертеже изображен газочувствительный элемент. Газочувствительный элемент содер-жит расположенный на изолирующей (герметизирующей) трубке 1 нагреватель 2, армирующие выводы (электрода) 3 которого помещены с зазором 4 в трубку 1, на которой нанесен чувствительный (газочувстзительный) слой 5 с измерительными электрода- ми 6, которые являются измерительными армирующими выводами, и выпол-нены в виде помещенных в ело: 5 витков спирали, причем один кэ электродов б расположен .в месте нахождения зазора 4 между армируки ими выводами 3. Зазор 4 смещен к одному из концов газочувствит(гльного элемента и находит1;н в стороне от рабочего участка 7 газочувствительного слоя, йлводы 3 выполнены из трудкоокисляемого при высоких температурах метапла и могут предварительно закрепляться в трубке из неорганическо1ю окисла.

Устройство работает следующим образом.

Газочувствительный элемент включается в газоанализатор, задающий на нем режим эксплуатации, путем подачи напряжения на выводы 3 нагревателя и измерительные электроды 6. Газочувствительный слой, нагретый до той или иной температуры, адсорбирует газ, изменяя при этом свои электрофизические свойства в зависимости от концентрации адсорбируемого газа. Изменение электрофизических свойств элемента преобразуется в газоанализаторе в изменение выходного сигнала, измеряемого показывающим прибором.

Газочувствительный элемент может быть изготовлен следующим образом.

В трубку 8 из неорганического окисла с двух концов вводят выводы 3 из малоокисляемого металла (с зазором между ними), оплавляют трубку присоединяют выводы к металлическому нагревателю, который с присоединенными участками армирующих выводов помещают в трубку 1 из неорганического окисла, герметизируют, оплавляя трубку леремоцением зонного нагревателя вдоль трубки, к концу трубки, с которого вакуумируют ее полость, навивают на трубку два измерительных электрода 6, между которыми наносят газочувствительный спой.

; Армирующие выводы 3. нагревателя :не соприкасаются с гаэочувствительJHHM слоем, что исключает его разрушние при механических и тепловых нагрузках на выводы нагревателя. Ресурс гаэочувствительного элемента при этом повыщается, а точностные характеристики улучшаются. Рабочий участок 7 газ.очувствительного слоя находится между витками измерительных электродов 6 и достаточно удален от места выхода электродов б из слоя 5, чтобы не разрушаться при нагрузках на них в процессе эксплуатации. Это повышает ресурс и улучшает точностные характеристики газочувствительного элемента. Данная (Конструкция позволяет использовать нагреватель из окисляемого материала, так как он загерметизирован. Это повышает ресурс и улучшает точностные характеристики. Предлагаемая конструкция устройства позволяет наносить очень тонкий ra3O4yj0ствительный слой, что уменьшает инерционность нагрева и повышает КПДГ Это преимущество позволяет использовать эти элементы при создании портативных экспресс-анализаторов.

Примером конкретного применения данного устройства являются адсорб|ционные чувствительные элементы (АЧэ} изготовленные в двух вариантах и прошедшие испытания в макетах газот анализаторов с положительным эффектом. Первый вариант АЧЭ был изготовлен с армирующими выводаг-га 3 из платиноиридиевой проволоки (0 0,15 мм) на трубках из стекла С-48 с платиновы ли измерительными электродгили 6 (0 0,06 мм) и платиновым нагревателем(,02 мм). Другой вариант АЧЭ изготоавливался с армирующими выводами из платиноиридиевой проволоки (,15 мм) на трубках из стекла С-39 с гшатиновыьда измерительными электродами (0,1 мм) и никелевым нагревателем(0,05 ьщ.

ГЛЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ,, содержащий расположенный на изолирующей трубке нагреватель, армирующие выводы которого помещены с зазором в изолирующую трубку, и чувствительный слой с выводами, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы газочувствительного элемента, выводы газочувствительного слоя выполнены в виде помещенных в этот слой витков спирали, причем один из выводов чувствительного слоя расположен в месте нахождения зазора между армирующими выводами, который смещен к одному из концов газочувствительного элемента. со да