Датчик загазованности воздуха галогенами Советский патент 1992 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании прибооов для газового анализа, в частности - датчиков, определяющих cie- пень загазованности воздуха галогенами (Cl2, Br, la). Такие приборы должны обладать высокой чувствительностью и обеспечивать определение измеряемого компонента при малых его концентрациях в воздухе - на уровне ПДК и ниже.

Известен течеискатель Кеер-70 для обнаружения в воздухе галогенов. Датчик прибора содержит электроды из чистого золота или платины (не менее 99.999%). Между электродами расположена ткань. пропитанная специальным реакционным раствором. Соприкосновение обнаруживаемого газа с реакционным раствором со- прокождается химической реакцией, изменяющейся электропроводность системы, которая эквивалентна концентрации газа. Достоинство прибора состоит в том что

сл

С

он позволяет непрерывно и с высокой специфичностью определять галогены з воздухе. Недостаток прибора - иысокая стоимость датчика, требующего использования электродов из высокочистьх драгоценных металлов (Pt или Аи), а также низкая чувствительность, что не позволяет использовать датчик для обнаружения в воздухе микроконцентраций галогенов.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик галогенных газов, представляющий собой диэлектрическую подложку в виде керамического цилиндра с закрепленными на нем двумг металлическими электродами в виде проволочных спиралей, покрытых сверху плстой состоящей по мс левому содержанию и; 99.9-40% Zr О и 0.1 - 60% АиХз. где К - CI. Вг I Паста приготавливается на водном рэстворе поливинилового спирта и после нанесения на диэлектрическую подложку с электродами подвергается отжигу при 500-900°С. Недоvi

XJ О 00 VI х|

статок датчика - высокая стоимость из-за необходимости применения Аи, а также низкая чувствительность, что не позволяет использовать его для обнаружения микро- конценграций галогенов в воздухе на уровне их ПДК рабочей зоны (порог чувствительности датчика по хлору, например, составляет - 3 мг/м3, а ПДК хлора в воздухе рабочей зоны - 1 мг/м3). Цель изобретения ,- повышение чустви- тельности датчика к,калогенам в области их микроконцентраций, равных ПДК рабочей зоны, а также снижение стоимости датчика.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике, содержащем диэлектрическую подложку, на которой расположены подключенные к источнику измерительного напряжения и измерителю тока металлические электроды и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, последний выполнен из 6,7,13,14-ди- бензо-1,5,8,12-тетрааза-1,8-диН-14-аннуле на и его комплексов с двухвалентными металлами общей формулы I. где Ri Rs R4 Rs- Re R H; R2 H, C2H5, CeHs; M 2H, Си, Со, IMi.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том. что заявляемый датчик отличается тем, что полупроводниковый слой в нем выполнен из 6,7,13,14-дибензо-1,5,8,12-тетрааза-1,8- диН-14-аннулена него комплексов с двухвалентными металлами общей формулы I, где Ri Нз R4 Rs Re R H: R2 H, C2Hs, CeHs,1 М 2Н, Си, Со, Ni. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом датчике загазованности воздуха галогенами, и признать заявляемое решение соответствующим критерию существенные отличия..

Сущность предлагаемого технического решения, таким образом, состоит в выборе в качестве чувствительного полупроводникового слоя тетраазамакроциклического соединения общей формулы I

,

-К к X

Re

К7„ЛЛ R R. «R

R

На чертеже показана конструкция датчика, включенного в измерительную цепь.

Пример конкретного выполнения датчика. Диэлектрическая подложка 1 выполнена из ситалла марки СТ-50. Металлические электроды 2 выполнены из серебра методом вакуумного напыления с последующей фотолитографией. В качестве источника измерительного напряжения 3 используется стабилизатор напряжения постоянного тока типа П4105, а в качестве

0 измерителя тока - вольтметр универсальный В7 - 21А. Тетраазамакроцикпическое соединение общей формулы I синтезировали по известным методикам и наносили методом вакуумного напыления в виде тонкого

5 слоя толщиной 1 10 м.

Датчик работает следующим образом. Включается источник питания 3 и измерителем 4 измеряется величина тока через образец. При помещении датчика в среду,

0 загазованную галогенами, его электрическое сопротивление падает (ток в цепи растет). При практической апробации датчика с использованием различных вариантов тетраазамакроциклического соединения об5 щей формулы I получены следующие результаты.

1.Чувствительный к галогенам слой выполнен из соединения I при Ri R2 Ra R4 R5 Re R H: М Си. При величине

0 измерительного напряжения Уизм. 1 В ток в цепи датчика в ч истом воздухе нист 3-5 10 А. В среде с хлором (С 1 мг/м3) ток в цепи датчика lcia 5-7 10 А. Коэффициент, характеризующий чувствительность

5 датчика к галогену. Кчувств 1с /1чист 15. Время срабатывания датчика ТСраб 3 мин, время восстановления датчика в чистом воздухе Твосст 8-10 мин.

2.Чувствительный слой выполнен из со- 0 единения I при: Ri R-2 РЗ R4 Re

Rv H; M 2H. Кчувств 12. Тсраб 3 мин, Твосст 13-15 мин.

3.Чувствительный слой выполнен из соединения I при Ri Ra R/i Rs Re R

5 H; R2 C2H5. M 2H. Кчув.пв Ю,

Тсраб 4 МИН, Твосст 13-15 МИН.

4.Чувствительный слой выполнен из соединения I при- Ri Rs R4 ---- Rs Re R

-H: R2 C2Hs; M Си. Кчувгтв 14.

0 Тг.раб 3 МИН, TBOCCI 10-12 МИН.

5.Чувствительный слой выполнен из соединения I при: Ri R2 Rs Rq Rs R6 R H; M Ni. Кчувств 9. Тсраб 4 мин, Твосст 13-15 мин.

56. Чувствительный слой выполнен из соединения I при: Ri R3 R4 Rs Re R

-H: R2 CeHs; M 2H. Кчувс-в 10, Тсраб 4 мин. Твосст 12-14 мин.

7. Чувствительный слой выполнен из соединения I при: Ri - R:J R Rs Ry

H; Ra СбНз; М Си. Кчувств 14, Тсраб 4 мин, T-IOCCT 12-14 мин.

8. Чувствительный слой выполнен из соединения I при: Ri Ra Рз R4 Rs Re R Н; М Со, Кчувств 12. Тсраб 4 мин, ТВосст 11-13 мин.

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом состоят в повышении его чувствительности к галогенам в области микро- концентраций, равных ПДК рабочей зоны. Порог чувствительности к галогенам для датчика по прототипу составляет 3 мг/м3, датчик по данному изобретению позволяет уверенно обнаруживать галогены в воздухе на уровне 1 мг/м3 и ниже. Датчик по данному изобретению обладает также меньшей стоимостью, т.к. позволяет отказаться от использования золотосодержащей пасты.

Использование изобретения для конт- роля воздуха на предприятиях, где возмож- но появление в воздухе галогенов, позволяет улучшить технику безопасности работающего персонала и охрану окружающей среды.

Формула изобретения Датчик загазованности воздуха галогенами, содержащий диэлектрическую подложку, на которой расположены подключенные к источнику измерительного напряжения и измерителю тока металлические электроды и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, отличающийся тем, что. с целью повышения чувствительности датчика к галогенам в области их микроконцентраций, равных ПДК рабочей зоны, полупроводниковый слой выполнен из 6,7,13,14-дибензо-1,5,8,12-тетра- аза-1,8-ди Н-14-аннулена и его комплексов с двухвалентными металлами общей формулы

где RI - Rs R4 Rs Re R H; R2-H. C2H5, C6H5; M-2H. Cu, Co Ni.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов газового анализа, в частности приборов, определяющих степень загазованности воздуха галогенами. Полупроводниковый слой выполнен из 14- членного тетраазамакроци кличе с кого соединения общей формулы I. где RI Рз R4 Rs Re Г h; R2 Н. СН3. С2Н5, СбН5 СОСНз. М - ЗН, Li, Mg. Se. Ti. V. Ci, Mn, F2, Co. Ni. Cu. Zn. Sr. Mo. Tc. Ru.. Rh. PC. За счет этого снижается стоимость датчик;) и упрощается технология его изготовления, что позволяет использовать при его изготовлении современные высокопроизводительные групповые технологии производства полупроводниковых приборов. 2 ил.

./

L

sx

/ 5