Регистратор концентрации компонентов газовой смеси

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 370439б/24-25 (22) 22,02.84 (46) 23.07.85. Бюл. Р 27 (72) В.Б.Кейзман (71) Воронежский политехнический институт (53) 543.274(088.8) (56) 1, Фарзане Н,Г., Илясов Л,В, Автоматические детекторы газов. М., "Энергий", 1972, с. 45-4б.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 658458, кл. G 01 N 27/02, 1979 (прототип).

„;,SU„„ A (54) (57) РЕГИСТРАТОР КОНЦЕНТРАЦК1

КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащий полупроводниковый датчик, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник питания, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения спектра анализируемых веществ, он содержит перестраиваемый по частоте лазер, вход блока управления перестройкой частоты излучения которого подключен к выходу re нератора линейно изменяющегося напряжения.

i 168842

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентраций различных веществ в смесях. 5

Известен детектор газа, основанный на изменении проводимости полупроводниковой пленки при сорбции на ней анализируемого компонента (1), Однако детектор не обладает из- 10 бирательной селективностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регистратор концентрации компонентов газовой смеси, содержащий выходной 15 полупроводниковый датчик с группой токовых электродов и генератор линейно изменяюцегося напряжения, подключенный к дополнительному электроду, для создания сильного попе- 20 речного электрического поля, источник питания, известное устройство обеспечивает избирательный контроль примесей Я .

Недостатком известного устройст- 25 ва является то,что он позволяет определять ограниченное число примесей.

Целью изобретения является расширение спектра анализируемых веществ.

Поставленная цель достигается тем, что регистратор концентрации компонентов газовой смеси, содержащий полупроводниковый датчик, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник питания, содержит

35 перестраиваемый по частоте лазер, вход блока управления перестройкой частоты излучения которого подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения.

На чертеже приведена конструкция устройства.

Понупроводниковый датчик выполнен в виде пленки 1 с омическими контак- 45 тами 2, подключенными к источнику 3 питания с постоянным напряжением.

Общий электрод 4 и дополнительный электрод 5 подкл«очены через измерительное сопротивление 6 к генерато- 50 ру 7 линейно изменяющегося ««апряжения (ГЛИН). Прибор 8 служит для контроля тока в цепи питания. Регистратор дополнительно содержит перестраиваемый по частоте лазер 9, подключен-55 ный к блоку 10 питания. Датчик и лазер помещены в корпус 11, выполненный таким образом, чтобы датчик не подвергался освецению 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 полупроводниковый.

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. Лдсорбция молекул веществ приводит к тому, что в пленке 1 возникают донорные уровни с различными значениями энергии активации. Если теперь подать напряжение от ГЛИН 7 на дополнительный электрод 5, то возникшее поперечное электрическое поле приведет к тому, что электроны с примесных уровней будут приведены в зону проводимости и примут участие в переносе тока.

Псскольку различные вещества создают примесные уровни в полупроводнике, залегающие на различной глубине, их вклад в изменения тока в цепи: дополнительный электрод — 5

ГЛИН 7 сопротивление б — контакт 2 обнаруживается при различных напряжениях генератора ГЛИН 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 электрического 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 еце больн«е увеличивают разрешающую способность прибора.

1168842

1 1л

1Г3 где аИ °

14 слагаемое, обусловленное величиной приложенного поперечного поля, слагаемое., обусловленное З0, энергией излучения лазера.

ЬИ °

Составитель В.Екаев

Редактор А.Шандор Техред Л.Микеш Корректор А.Обручар.

Заказ 4608/37 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

При этом происходит следующее.

Излучение лазера 9, имеющее энергию

- Я, где h — постоянная Планка; — частота излучения, попадает на поверхность датчика и возбуждает 5 примесные атомы, находящиеся на глубоких энергетических уровнях. При этом электроны примесных атомов переходят на более высокие энергетические уровни, и могут быть заброшены 10 в зону проводимости. В этом случае существенно уменьшается величина поперечного электрического поля Е, которое необходимо приложить к чувствительному элементу датчика, чтобы 15 электроны смогли туннелировать в зону проводимости.

Поскольку каждая из примесей образует с датчиком вполне определенные, своиствв ные только ей энергетичес- 20. кие уровни, то энергия 4< необходимая для заброса электронов с i-ro уровня в зону проводимости может быть записана в виде суммы

Энергия И, для каждой примеси и конкретного датчика заранее известны (определяются во время калибровки).

Таким образом, если увеличивать

gW„„, то можно уменьшить pÈ;, . При этом становится во " можным как увеличение числа аналп: пруемьгх примесей, так и повышение надежности устройства, так как ислючаегся пробой датчика.

Следовательно, для каждой примеси заранее можно выбрать два оптцмаль— ных значения ЬИ и g W. н н

При 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.

Техн - о- ко о ческие преимущества 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 средь!.