Полупроводниковые газоанализаторы

Полупроводники - широкий класс веществ, характеризующийся значениями УЭП промежуточный между УЭП металлов ~ 10106 - 10- 10s См/м) и диэлектриков (/ ~ 10-10 10 - 10-10 s См/м). Возможность в широких пределах управлять электропроводностью полупроводников, изменяя температуру, добавляя примеси и т.д., лежит в основе их многочисленных и различных применений.

Полупроводниковый датчик газоанализатора показан на рис. 10.32.

Полупроводниковый датчик газоанализатора

Рис. 10.32. Полупроводниковый датчик газоанализатора:

1 - полимерная мембрана; 2 - полупроводник; 3 - нагревательная спираль; 4 - керамический корпус

Принцип его действия основан на том, что анализируемый газ изменяет проводимость полупроводника (оксида металла) 2. С помощью мостовой схемы это изменение проводимости преобразуется в изменение напряжения.

В табл. 10.8 приведены данные о материалах чувствительных элементов для обнаружения газов.

Таблица 10.8

Г азы и материал чувствительного элемента_

Анализируемый газ

Чувствительный элемент датчика

Оксид углерода СО Этанол С2Н5ОН

Напылённые в кислороде слои Sn02 Нанесённые пиролитические слои Sn02 на

кварцевых подложках

Спечённая пластина из ZnO с добавкой

Сероводород H2S

серебра

Слой Sn02 с добавкой алюминия

Изобутан С4НШ

Слой легированного ZnO на подложке из А12и слой катализатора из соединения

платины

Пропан С5Н8

Sn02 + 1 % РЬС12 + Mg(NOi)2 с добавками Nb (V, Ti, Mo)

Водород Н2

Напылённый слой Sn02 с добавкой Sb2Oj

Важнейшим среди представленных в табл. 10.8 материалов является диоксид олова Sn02 с различными легирующими добавками. Подбором легирующих добавок и рабочей температуры можно достичь повышения чувствительности.

Интересным направлением развития является составление матрицы полупроводниковых сенсоров на различные газы. Тогда, зная матрицу перекрёстной чувствительности, можно определить концентрацию газов, находящихся в воздухе. Недостатком, делающим невозможным пока применение данного метода, является то, что наличие в воздухе компонента, не заданного в матрице сенсоров, приводит либо к ошибке при решении матрицы уравнений, либо к невозможности нахождения решения вовсе.

Более нро1рессивным является импульсный метод измерения концентрации. При этом в момент прохождения импульса нагрева через сенсор определяют его отклик и высчитывают концентрацию газа. Алгоритм обработки достаточно прост. К недостаткам данного метода можно отнести высокое энергопотребление. При динамическом импульсном методе возможна самодиагностика прибора на потерю чувствительности сенсора к газам.

К достоинствам полупроводниковых датчиков (рис. 10.33) относятся:

- длительный срок службы (5-10 лет);

полупроводниковый сенсор имеет большой динамический диапазон измерений, что позволяет на одном датчике реализовать сразу три порога сигнализации (20, 60 и 500 мг/м3);

  • - большой диапазон рабочих температур (от -60 до 120 °С);
  • - постоянная времени полупроводниковых сенсоров не превышает пяти секунд.

Недостатками полупроводниковых датчиков являются:

  • - невысокая селективность;
  • - возможность отравление органическими веществами;
  • - долгое время регенерации (до нескольких часов) или даже полная потеря работоспособности после концентрационных перегрузок.
Полупроводниковые датчики газоанализаторов

Рис. 10.33. Полупроводниковые датчики газоанализаторов

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >