Способ измерения влажности газообразной среды Советский патент 1987 года по МПК G01N27/02 

112

Изобретение относится к области исследования и анализа материалог-з с помощью их электрических свойств и может быть использовано для опред : ления влажности газов первичными преобразователями на системе полупроводниковых МОП (МДП)-структур,

Цепь изобретения - повышение точности измерения в газообраЗ ых средах с содержанием влажности более 50% На фиг. 1 изображена функциональная схема способа измерения влажности газообразной среды.

Функциональная схема содержит источники 1 напряжения, коммутатор 2, нижний электрод 3, нижний электрод -t межэлектродную область 5 зерхний электрод 6, диэлектрик 7, промежуточный электрод 8, регистратор 9, влагочувствительную пленку 10.

Способ осуществляют след- тоишм образом,

1-й цикл. Подготовка к работе (заряд промежуточного электрода МОП (МДП)-структуры).

2-й цикл. Измерение, Далее при необходимости повторного замера цикл может повторяться.

1-й цикл. Для р-канальной структуры от источника 1 напряжения коммутатор 2 подает импульс напряжения, величина которого на несколько вольт больии; 5 чем напряжение лавинного пробоя р - п-переходов нижних электродов 1 - 3 и 1 - 4, а полярность обеспечивает смешение р - г.-перехо- дов этих электродов относительно межэлектродной области 5 в обратном направлении. При этом на верхний электрод 6 коммутатор 2 подает напряжение такой величины и полярности, которое обеспечивает дрейф, образующихся в момент лавинного пробоя горячих электронов, через диэлектрик 7 МОП (МДП)-структуры на промежуточный электрод 8. Он заряжается до потенциала, определяемого зарядом на нем и его емкостью, но при этом величина потенциала должна быть выше порогового напряжения промежуточного электрода 8 для того, чтобы под действием созданного отрицательного заряда на нем произошла инверсия межэлектродной области 5, а между нижними электродами 3 и 4 образовался канал с одноименным электродам 3 и 4 типом проводимости.

Для п-канальной структуры заряд промежуточного электрода 8 осущест

92

кляется с исг;о.пьзова гием м(-: ;пнтма кана- 1г,ной ипжакции олсктропо. L T источника 1 1-:.апряжег1ий с помогчыо ком мутатора 2 ь:а МОП : M;lil -cTpyi .-туру

юдаются импульсы напряжения, Иря этом келичи :а поло/хите тьного напряжения на верхнем электроне 6 болыче чем на нижне- электроде 4. Под дей- стяием этого напряжения в ;ежэлскг

родной области 5 образуется канал проводимости, н котором электроны ускоряются г слем ;1ижнего эпектрода 4, а приобретенная ими энергия достаточна для эмиссии горячих электронов в слой чувствительной пленки. Превышение напряжения на верхнем элоктроде 6 создает условия для лрсй- ijia этих электронов к промежуточному электроду 8. Дпительность импульсов

вь бирается таким образом, чтобы заряд на промежуточном электроде 8 бьш мяксимальнь. м liiiH данной конструкции прибора и П1тающих нaIIpяжeн iй ,

2-й цикл. Для р-канальной структуры коммутатор 2 отключает напряжения, подаваемые в цикл I, и подает па электрод 4 напряжение больа1ее, чем напряжеггие на промежуточном электроде 8 гза вычетом его порогового напряженияJ что меньше, чем напряжение лавинного пробоя р - п-перехода электрода 4. Одновременно коммутатор 2 включает в эаботу регистратор 9,

Так как накопленшяй иа промежуточном эле ктроде 8 заряд обеспечивает напряжение по абсолютной: величине боль- Die, чем его гкзроговое напряжение, то между электро дами 3 и 4 будет идти

ток, но при этом происходит разряд накопленного отрицательного заряда на промежуточном э::ектроде 8 через изменяющую проводимость под де1К:тви- ем влаги чувствительную пленку 0

или через ее гговерхность. При его разряде до потенциала ниже значения порог овотч) напряжения промежуточного э.гектрода В имверсионны капал в межэлектродной областрг 5 исчезает и ток

между нижними электродами ЗиЛ становится равным нулю. При этом регистратор 9 замеряет время между окончанием импульса заряда промежуточного электрода 8 и моментом времени,

при котором ток электродов 3 и 4 становится нулевым. Этот интервал времени является характеристикой концентрации влаги в газовой смеси для р- канальной структуры.

3

11пя n-канальной МОП (МПЛ -структуры коммутатор 2 отключает напряжения, подаваемые в цикл 1, и подает на электрод 4 напряжение Eia несколько вольт меньше, чем в цикле 1, а на верхний электрод 6 на несколько вольт больше, чем его пороговое напряжение, увеличивающееся в результате заряда горячими электронами промежуточного электрода 8. Одновременно коммутатор 2 включает в работу регистратор 9. Так как напряжение на верхнем электроде 6 больше, чем его пороговое напряжение, то межэлектродная область 5 инвертируется и между электродами 3 и 4 будет идти электрический ток. При этом происходит разряд накопленного на промеж точном электроде 8 отрицательного заряда через изменяющую под действием влаги {увствительную плен ку 10 или через ее поверхность. При его разряде напряжение на электроде 8 уменьшается, что вызывает уменьшение порогового напряжения верхнего электрода 6 и увеличение тока между электродами 3 и 4. При полном разряде потенциала промежуточного электро да 8 ток между электродами 3 и 4 ста новится максимальным и определяется потенциалами на электродах 6, 3 и 4 и конструктивными характеристиками МОП (МДП)-структуры.

-

09

Время, замеренное регистратором 9 , между окончанием импульсов зарядки гфомежуточного электрода 8 и увеличением тока электродов 3 и 4 до макси- мальной величины будет определять характеристику влажности газовой смеси для п-канальной МОП (МДП)-структуры.

Верхний диапазон измеряемой влаж- ности увеличен от 50% до 90% при высокой точности измерений.

Формула изобретения

15

Способ измерения влажности газообразной среды с помощью МДП-структу- ры с измерительными электродами, заключающийся в определении изменений электрических параметров этой струк- 20 туры, отличающий ся тем,

что, с целью повьш ения точности измерения в газообразных средах с содержанием влажности более 50%, используют МДП-структуру, в которую дополни 5 тельно встраивают плавающий затвор, затвор импульсно заряжают горячими электронами, измеряют интервал времени между окончанием импульса заряда и изменением тока, проходящего через

30 ГШ-структуру, о влажности контролируемой газовой среды судят по длительности этого интервала.

МОП (МДП} структура

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определегия влажности газов. Цель изобретения - повышение точности измерения в газообразных средах с содержанием влажности более 50%. Для измерения влажности с высокой точностью в МДП- структуру дополнительно встраивают плавающий затвор. Заряжают затвор горячими электронами, например слой iCj с энергиями от 3,1 до 3,2 эВ. Длительность импульсов выбирается так, чтобы заряд на промежуточном электроде был максимальным. Измеряют интервал времени между окончанием импульса заряда и изменением тока, проходящего через МДП-структуру. О влажности судят по этому интервалу времени. Диапазон измеряемого содержания влажности увеличивается от 50 до 90%. 1 ил. 1 (Л