Устройство для определения концентрации газов Советский патент 1993 года по МПК G01N27/12 

00

С

Использование: микроэлектроника, устройства для исследования и измерения параметров газов и их составляющих. Сущность изобретения: устройство включает диэлектрическую подложку, на одной стороне которой на подслое из кварца имеются сенсоры одинаковых размеров, выполненные на газочувствительиых параллельных поло- сковых элементах, разделенных электродами, а также два датчика температуры, на другой стороне подложки расположен нагреватель. Для исключения влияния газов, т.е. для повышения точности измерений, на датчики температуры и часть сенсоров нанесен герметизирующий диэлектрический слой. 2 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам в области микроэлектроники, преимущественно к устройствам для определения составляющих компонентов смешанного газа и его параметров.

Известно устройство для определения кислорода в составе газа, его концентрации, т.е. отношения воздух - кислород. Оно содержит газочувствительный элемент на одной стороне подложки и теплонагреватель с другой стороны, пористый катализатор, средство для измерения выходного напряжения. Датчик резистивно-изменяющегося типа имеет нагреватель в виде меандра. Пористый катализатор способствует изменению кислородного частичного давления внутри датчика. Однако точность измерения таким датчиком невысока, так как при улучшении характеристики реакции датчика повышается влияние сигнала, вносящего ошибку, тем самым ухудшается стабильность и воспроизводимость измерений.

Известно устройство обнаружения газа (прототип), содержащее изоляционную подложку, несколько газовых датчиков, расположенных в матричной форме, нагреватель для нагрева датчиков до рабочей температуры, который расположен на противоположной от датчиков стороне подложки, причем выходные клеммы газовых датчиков расположены так, что одна из них каждого датчика подсоединяется к общему электроду, а другая разомкнута и развернута так, что обеспечивает индивидуальный выход. Это недорогостоящее устройство, имеющее шесть датчиков, изготовленных из различных газочувствительных материалов по толстопленочной технологии, может выдавать информацию о смешан ном газе, включая ти2

О

jjb

СО

пы газовых компонентов и их концентрацию,

Однако при высоких температурах нарушение стабильности нагревателя, которая зависит от его материала и ведет к изменению температуры газочувствительного датчика, а также отсутствие датчика температуры, который контролирует оптимальную рабочую температуру, резко снижают точность контроля концентрации газовой среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации газов, позволяющей осуществлять достоверный контроль и управление соста- вом и концентрацией газовой среды.

Цель достигается тем, что устройство содержит изоляционную подложку с сенсорами на одной стороне и пленочным нагревателем на другой, причем подложка выполнена из поликристаллического оксида алюминия с нанесенным на нее подслоем из диоксида кремния, на нем размещены сенсоры, выполненные в виде параллельных прямоугольных полос из газочувствитель- ного материала, поверх которого нанесены электроды на равном расстоянии друг от друга, образуя измерительные и эталонные сенсоры, последние покрыты диэлектрическим защитным слоем, устройство снабже- но также датчиками температуры, размещенными между полосами газочувствительного материала, и диэлектрическим защитным слоем, а нагреватель расположен так, что перекрывает по площади сенсоры и датчики температуры.

На фиг.1 представлено устройство для определения концентрации газов, его верхняя сторона; на фиг.2 - нижняя (противоположная) сторона устройства.

Устройство для определения концентрации газов содержит диэлектрическую двустороннюю подложку 1 из поликристаллического оксида алюминия (поликора), на одну из сторон которой нанесен подслой 2 из диоксида (кварца). На подслое 2 размещены параллельные полосковые линии 3 из газочувствительного материала (например, из окиси цинка), которые пересекаются электродами 4, образуя газочувствительные

элементы - сенсоры 5. На этой же стороне диэлектрической подложки 1 на подслое 2 из кварца расположены два датчика 6 температуры. Оба датчика 6 и произвольно выбранные сенсоры 5 в качестве эталонных (это зависит от количества компонентов газов и от подключения в электрическую схему) покрыты герметизирующим диэлектрическим слоем 7. На противоположной стороне подложки 1 расположен нагреватель 8 с электродами 9, которые предназначены для электрического соединения нагревателя 8 с внешней электрической цепью. Нагреватель 8 занимает на подложке 1 такую площадь, которая больше площади сенсоров 5 и датчиков 6 температуры, т.е. последние элементы расположены как бы внутри проекции нагревателя 8 на верхнюю сторону подложки 1.

Измерения осуществляются при требуемом тепловом режиме, поддерживаемом нагревателем 8, корректируемом датчиками 6 температуры, используя компенсационную схему включения измерительных и эталонных сенсоров 5.

Формула изобретения Устройство для определения концентрации газов, содержащее изоляционную подложку с сенсорами на одной стороне и пленочным нагревателем на другой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации газов, изоляционная подложка выполнена из поликристаллического оксида алюминия с нанесенным на нее подслоем из диоксида кремния, на котором размещены сенсоры, выполненные в виде параллельных прямоугольных полос из газочувствительного материала, поверх которого нанесены электроды на равном расстоянии друг от друга, образуя измерительные и эталонные сенсоры, причем эталонные сенсоры герметизированы диэлектрическим защитным слоем, устройство снабжено датчиками температуры, размещенными между полосами газочувствительного материала и герметизированными диэлектрическим защитным слоем, а нагреватель расположен таким образом, что перекрывает по площади сенсоры и датчики температуры.

i

..i,

JIM ;;|

Qij |ij

-JUJ:

fc-Ц-

Ј&d ET E. b S-33

Фиг. J

s.

33

if: л

.,лГ