Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей диоксида азота и других газов. Изобретение может быть использовано в экологии. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного сульфидом кадмия. Подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Изобретение обеспечивает при существенном упрощении технологии изготовления датчика определять содержание диоксида азота с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей диоксида азота и других газов. Изобретение может быть использовано для решения задач экологического контроля.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987).

Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа диоксида азота точность определения невелика.

Известен также датчик (патент №2143677, М.кл. G01N 27112, 1999 / В.Ф.Марков, Л.Н.Маскаева, С.Н.Уймин, Н.В.Маркова), основу газочувствительного элемента которого составляет сульфид свинца, позволяющий определять содержание диоксида азота с большей чувствительностью.

Однако технология его изготовления сложна. Она связана с использованием многих реактивов и многих операций по приготовлению соответствующих растворов, их смешению и легированию полупроводниковой пленки, а именно: формирование полупроводниковой пленки осуществляется из реакционной смеси, содержащей соль свинца, тиомочевину, трехзамещенный лимоннокислый натрий, гидроокись аммония, хлористый или бромистый, или йодистый аммоний в мольном соотношении 1:12:7:80 (2, 6). Условия для легирования создаются путем введения в реакционную смесь галогенсодержащих солей. При такой технологии трудно гарантировать ожидаемый состав пленки.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами и непроводящей подложки (патент №2161794, М.кл. G01N 27/12, 25/56 / И.А.Кировская).

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей диоксида азота.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание и непроводящую подложку, согласно заявляемому изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки антимонида индия, легированного сульфидом кадмия, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом и графиками, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг.2 - кривая зависимости величины адсорбции диоксида азота от температуры, на фиг.3 - градуировочная кривая зависимости изменения частоты колебания пьезокварцевого резонатора с нанесенной полупроводниковой пленкой (Δf) в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления NO₂ . Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик представляет собой пьезокварцевый резонатор АТ-среза 1, на электродную площадку 2 которого нанесена адсорбирующая полупроводниковая (поликристаллическая) пленка антимонида индия, легированного сульфидом кадмия, 3.

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, и вызывающих изменение его массы, а соответственно частоты колебаний.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание диоксида азота газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки InSb(CdS) происходит избирательная адсорбция молекул NO₂, увеличение массы композиции «пленка - кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего. По величие изменения частоты с помощью градуировочных кривых можно определить содержание диоксида азота в исследуемой среде.

Рабочий объем устройства менее 0,2 см³. Малые габариты устройства в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс. Кроме того, исключается операция нанесения на поверхность полупроводникового основания металлических электродов.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость Δf от содержания диоксида азота , следует: заявляемый датчик при отмеченном выше упрощении его изготовления позволяет определять содержание диоксида азота с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенирируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Датчик диоксида азота, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного сульфидом кадмия, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.