Регистратор концентрации компонентов газовой смеси Советский патент 1985 года по МПК G01N27/02 

/

J 1 Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентраций различных веществ в смесях. Известен детектор газа, основанный на изменении проводимости полупроводниковой пленки при сорбции на ней анализируемого компонента Q . Однако детектор не обладает избирательной селективностью. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регистратор концентрации компонентов газовой смеси, содержащий вьгходной полупроводниковьш датчик с группой токовых электродов и генератор линейно изменяющегося напряжения, подключенный к дополнительному элек роду, для создания сильного поперечного электрического поля, источн питания, известное устройство обеспечивает избирательный контроль примесей 2 . Недостатком известного устройства является то,ЧТО он позволяет определять ограниченное число примесей. Целью изобретения является расши рение спектра анализируемых веществ Поставленная цель достигается тем, что регистратор концентрации KONfflOHeHTOB газовой смеси, содержащий полупроводниковьш датчик, генератор линейно изменяющегося напряже ния и источник питания, содержит перестраиваемьш по частоте лазер, вход блока управления перестройкой частоты излучения которого подключе к выходу генератора линейно изменя щегося напряжения. На чертеже приведена конструкция ycTpofiCTBa . Полупроводниковый датчик выполне в виде пленки 1 с oмичecки и контак тами 2, подключенными к источнику 3 питания с постоянным напряжением. Общий электрод 4 и дополнительный электрод 5 подключены через измерительное сопротивление 6 к генератору 7 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Прибор 8 служит для кон роля тока в цепи питания. Регистратор дополнительно содержит перестра ваемый по частоте лаэер-9, подключе ный к блоку 10 питания. Датчик и лазер помещены в корпус 11, вьтолне ный таким образом, чтобы датчик не 42 подвергался освещению прямыми лучами других источников кроме лазера. Частотой лазера управляет блок 12 управления, подключенный к выходу ГЛИН. В устройстве может быть использован лазер с перестраиваемой частотой любого типа, например на красителях или полупроводниковьш.. Регистратор работает следующим образом. При подключении источника 3 к контактам 2 через пленку 1 течет ток. При наличии концентрации измеряемого и других веществ в атмосфере поверхность пленки 1 адсорбирует молекулы этих веществ, в результате чего сопротивление пленки изменяется и изменяется ток в цепи. Адсорбция молекул веществ приводит к тому, что в пленке 1 возникают донорные уровни с различными значениями энергии активаи {и. Если теперь подать напряжение от ГЛИН 7 на дополнительньй электрод 5, то возникшее поперечное электрическое поле приведетк тому, что электроны с примесньгх уровней будут приведешь в зону проводимости и примут участие в переносе тока. Поскольку различные вещества создают примесные уровни -в полупроводнике, залегающие на различной глубине их вклад в изменения тока в цепи: дополнительньй электрод - 5 ГЛИН 7 сопротивление 6 - контакт 2 обнаруживается при различных напряжениях генератора Г.ГЩН в виде изломов на вольт-амперной характеристике, что дает возможность одновременно измерять концентрацию различных веществ в смеси. Однако для некоторых примесей, создающих глубоко лежащие примесные уровни, необходимо поперечное поле очень большой напряженности, что может привести к пробою датчика. Чтобы значительно уменьшить напряженность поперечного поля, датчик после адсорбции примесей подвергают совместному воздействию лазерного излучения и поперечного электричес- кого поля. Лазерное излучение обес.печивает фотоионизацию примесей, причем, вследствие того, что излучение имеет изменяющуюся частоту, становится возможной ионизация различных примесей. Совместное действие лазера и поперечного электрического поля еще больше увеличивают разрешаюш,ую способность прибора. При этом происходит следующее. Излучение лазера 9, имеющее энергию h, где h - постоянная Планка; - частота излучения, попадает на Поверхность датчика и возбуждает примесные атомы, находящиеся на глубоких энергетических уровнях. При этом электроны примесных атомов переходят на более высокие энергетичес кие уровни, и могут быть заброшены в зонупроводимости. В этом случае существенно уменьшается величина поперечного электрического поля Е, которое необходимо приложить к чувствительному элементу датчика, чтобы электроны смогли туннелировать в зону проводимости. Поскольку калсдая из примесей образует с датчиком вполне определенны свойственные только ей энергетические уровни, то энергия ц, необходимая для заброса электронов с i-ro уровня в зону проводимости может быть записана в виде суммы w; iiW,, +Aw,-слагаемое, обусловленное где 4 W величиной приложенного поперечного поля; -слагаемое., обусловленное энергией излучения лазера. Эиерг-ия и, для каждой примеси и конкретного датчика заранее известны (определяются во время калибровки). Таким образом, если увеличивать uW. , то можно уменьшить iW, . При этом становится воможным как увеличение числа анал1;: 11} уомьгх примесей, так и повышение (итдежности устройства, так как ислючаегся пробой датчика. Следовательно, для каждой примеси заранее можно выбрать два оптимальных значения AVJ; ,п uW-. этом существенно расширяется не только спектр анализируемых примесей, но и разрешающая способность устройства, так как сигнал .о конкретной примеси на выходе появляется только при воздействии на датчик двух полей вполне определенной величины - электрического и излучения лазера. Texникo-экoнo fflчecкиe преимущестна устройства связаны с тем, что оно позволяет заменить несколько приборов аналогичного назначения, но анализирующих более узкий спектр примесей. Большая разрешающая способность предлагаемого прибора позволяет улучшить контроль окружающей среды.

РЕГИСТРАТОР КОНЦЕНТРАЩШ КОМЮНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащий полупроводниковьй датчик, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник питания, о т.л и чающийся тем, что, с целью расширения спектра анализируемых веществ, он содержит перестраиваемый по частоте лазер, вход блока управления перестройкой частоты излучения которого подключен.к выходз генератора линейно изменяющегося напряжения . сл г 2 ,с: /4 05 00 00 / N3