Полупроводниковый газовый сенсор



Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор
Полупроводниковый газовый сенсор

 


Владельцы патента RU 2557435:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус 1 реакционной камеры 2, выполненный из коррозионно-стойкой стали. Корпус 1, с торца закрытый сеткой 3 из проволоки диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм из нержавеющей стали. В корпусе 1 по центру реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент 5 при помощи проводов нагревателя 6 и измерительного проводника 7. Внутри полупроводникового газочувствительного элемента 5 размещен нагреватель 6 в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента 5 расположен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, при этом нагреватель выполнен 2…8 витками этой проволоки с диаметром витков 0,3…0,6 мм. Пространство вокруг прямого измерительного проводника 7 и внутри цилиндрический пружины нагревателя 6 заполнено газочувствительным составом SnO2, вокруг которого (и нагревателя 6) расположен шарообразный пористый и газочувствительный слой 5 из In2O3; внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности, а также существенное улучшение механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешних факторов. 8 ил., 4 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к полупроводниковым газовым сенсорам датчиков горючих газов, и может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрывопожароопасных газов и газовых смесей.

Интенсивная промышленная деятельность и, как следствие, большой выброс вредных веществ в атмосферу привели к опасному уровню нагрузки на окружающую среду. Огромная насыщенность современного бытового и промышленного комплекса техническими средствами, использующими и выделяющими при функционировании различные, в том числе вредные, газы: монооксид и диоксид углерода, аммиак, метан, оксиды азота и др., а также высокая частота возникновения критических ситуаций, сопровождающихся, зачастую, выбросом значительных количеств смесей токсичных и горючих газов, делает весьма важной задачу создания средств постоянного контроля (мониторинга) состава газовоздушной среды.

Известно (разработка заявителя ОАО «Авангард») «Устройство для контроля концентрации опасных газов» по патенту РФ: RU 2411511 от 10.02.2011, МПК8 G01N 27/12, G01W 1/00 - [1], содержащее газовый сенсор и устройства обработки его сигналов. Однако в устройстве [1] не уточнен тип газового сенсора и его принцип работы.

Газовый сенсор является устройством, в котором реакция взаимодействия контролируемого газа с чувствительным элементом (выделение тепла, изменение теплопроводности и др.) преобразуется в электрический сигнал.

Существуют различные газовые сенсоры - электрохимические, оптические, термокаталитические, термокондуктометрические, полупроводниковые и др., различающиеся по структуре чувствительного элемента и по типу реакции с контролируемым газом.

Полупроводниковые сенсоры обладают ограниченной селективностью, но при этом обеспечивают длительную работу сенсора в необслуживаемом режиме, просты, сравнительно дешевы и обладают малыми массогабаритными показателями. Кроме того, полупроводниковые газовые сенсоры обладают наибольшим быстродействием и высокой чувствительностью. Поэтому наиболее предпочтительным для мониторинга газовых сред представляется применение полупроводниковых сенсоров, благодаря их высокому быстродействию, чувствительности к малым концентрациям, высокой технологичности изготовления и низкой стоимости.

Известны полупроводниковые газовые сенсоры (и способы их работы) пленочной конструкции с применением в качестве газочувствительного элемента полупроводникового состава на основе SnO2, легированного самыми различными соединениями, и другого газочувствительного элемента на основе In2O3, легированного другими соединениями, применение напыленных контактных площадок из платины, а также с размещением пленочного газочувствительного элемента по центру реакционной камеры корпуса датчика:

- «Газовый сенсор» по патенту США: US 5837886 от 17.11.1998, МПК6 G01N 27/12, G01W 1/00 - [2];

- «Датчик для определения концентрации газов» по патенту РФ: RU 2096774 от 20.11.1997, МПК6 G01N 27/12 - [3];

- «Анализатор селективного определения водорода в газах» по патенту РФ: RU 2124718 от 10.01.1999, МПК6 G01N 27/12 - [4];

- «Полупроводниковый датчик для обнаружения метана…» по патенту Германии: DE 19924611 от 12.12.2000, МПК7 G01N27/12, G01N 33/00 - [5];

- «Способ селективного определения концентраций вредных примесей в газах и устройство для его реализации» по патенту РФ: RU 2159931 от 27.11.2000, МПК7 G01N 27/12 - [6];

- «Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора» по патенту РФ: RU 2319953 от 20.03.2008, МПК7 G01N 27/12 - [7].

Основным недостатком аналогов [2, 3, 4, 5, 6 и 7] является то, что они являются пленочными, то есть газочувствительный слой расположен на плоскости (подложке) и имеет меньшую полезную площадь контакта с газом по сравнению, например, со сферическим газочувствительным слоем. Также неоднородность структуры напыленной платиновой металлизации (нагревателей, рабочих электродов) в зоне контакта с подложкой вызывает дрейф характеристик сенсора, что снижает его точность и надежность.

Известен «Газовый сенсор и способ его работы» по патенту США: US 6565812 от 20.05.2003, МПК7 G01N 27/12, G01N 33/00 - [8], содержащий корпус реакционной камеры, с торца закрытый сеткой, в котором на контактных проводниках (контактных площадках) установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент, внутри которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри пружины по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, газочувствительный элемент выполнен из легированного оксида олова SnO2 или легированного In2O3. Газочувствительный элемент расположен у днища реакционной камеры на контактных площадках, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из проволоки сплавов платины.

Недостатком аналога [8] является то, что газочувствительный элемент расположен у днища реакционной камеры на контактных площадках, а это приводит к неравномерности температурного поля в реакционной камере, а также к неравномерности подвода к полупроводниковому газочувствительному элементу исходных компонентов и удалению продуктов реакции, то есть приводит к неравномерностям тепломассопереноса, что снижает надежность работы устройства.

Также известен «Полупроводниковый газовый сенсор» по патенту РФ: RU 2509303 от 10.03.2014, МПК8 G01N 27/14, «Полупроводниковый газовый сенсор» [9], содержащий корпус реакционной камеры, с торца закрытый сеткой, в котором на контактных проводниках установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент, внутри которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, при этом корпус реакционной камеры выполнен из коррозионно-стойкой стали, сетка выполнена из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,03…0,04 мм шагом 0,06…0,08 мм, газочувствительный элемент расположен по центру реакционной камеры, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,01…0,02 мм, нагреватель имеет 2…7 витка проволоки, шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент имеет диаметр 0,4…0,8 мм и выполнен из смеси оксида олова SnO2: 5…95% масс и оксида индия In2O3: 5…95% масс.

Недостатком аналога [9], также и аналога [8], является то, что газочувствительный элемент, выполненный из легированного оксида олова SnO2 или легированного In2O3, а также из смеси оксида олова SnO2: 5…95% масс и оксида индия In2O3: 5…95% масс, обладает недостаточной механической прочностью. А это также уменьшает долговременную стабильность, быстродействие и устойчивость к воздействию внешний факторов.

Прототипом заявляемого изобретения является «Газовый сенсор» по заявке США: US 2001003916 от 21.06.2001, МПК6 G01N 27/12, G01N 33/00 - [10], содержащий шарообразный полупроводниковый двухкомпонентный, двухслойный газочувствительный элемент, во внутреннем слое которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки, цилиндрическая пружина нагревателя заполнена внутренним слоем полупроводникового газочувствительного элемента, выполненного из SnO2, а снаружи цилиндрическая пружина нагревателя покрыта шарообразным слоем пористого Al2O3.

Недостатком прототипа [10], является то, что внешний шарообразный слой пористого Al2O3 не является газочувствительным и служит только для механической фиксации внутреннего газочувствительного слоя, а это уменьшает общую площадь активной поверхности сенсора, что особенно сказывается на чувствительности к малым концентрациям газа в сторону ее уменьшения. При этом Al2O3 является активным сорбентом, который сильно поглощает влагу, и при насыщении влияет на стабильность показаний газочувствительного элемента.

Практическая реализация аналога [8] и прототипа [10], представленная на сайте: http://www.figaro.co.jp/ - [11], позволяет сделать выводы о сравнительно низкой чувствительности этих полупроводниковых газовых сенсоров к малым концентрациям газов. Кроме того, представленные в [11] полупроводниковые газовые сенсоры имеют высокое энергопотребление и достаточно дороги.

Таким образом, вышеуказанные недостатки аналогов и прототипа ставят задачу (технический результат): повышения чувствительности полупроводникового газового сенсора, а также существенного улучшения механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешний факторов. Кроме того, ставятся задачи создания простого, надежного, сравнительно дешевого и быстродействующего сенсора, обеспечивающего его длительную работу в необслуживаемом режиме.

Указанная задача (сущность изобретения) решается тем, что полупроводниковый газовый сенсор, содержащий корпус реакционной камеры, выполнен из коррозионно-стойкой стали, и с торца закрытый сеткой, в котором на контактных проводниках по центру реакционной камеры установлен шарообразный полупроводниковый двухкомпонентный, двухслойный газочувствительный элемент, во внутреннем слое которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, цилиндрическая пружина нагревателя заполнена внутренним слоем полупроводникового газочувствительного элемента, выполненного из SnO2, при этом сетка выполнена из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, нагреватель имеет 2…8 витка проволоки, а снаружи цилиндрическая пружина нагревателя покрыта шарообразным слоем оксида индия In2O3, внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм.

Повышение чувствительности полупроводникового газового сенсора, улучшение механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешних факторов происходит за счет того, что внешний шарообразный слой оксида индия In2O3, также пористый, и имеет высокую механическую прочность по удержанию внутреннего газочувствительного слоя. Оксид индия In2O3 является также газочувствительным, что приводит к увеличению общей площадь активной поверхности сенсора, что особенно сказывается на чувствительности к малым концентрациям газа в сторону ее увеличения.

Экспериментально подтверждена чувствительность данного сенсора к 0,3 ppm H2 и 2 ppm СО, эта величина чувствительности достаточна для получения устойчивого сигнала при установке сенсора в газоаналитические приборы. Кроме того, по сравнению с аналогом [9], где частицы SnO2 распределены по объему фиксирующего компонента In2O3, чувствительность разработанного сенсора возросла по водороду на 20…30% и по монооксиду углерода на 30…40% за счет увеличения площади активной поверхности, а также за счет плотной упаковки наиболее активного SnO2 пористым, механически прочным и газочувствительным слоем оксида индия In2O3.

Таким образом, выполнение сетки (газообменного фильтра) из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм приводит к ее химической инертности и к возможности работать в неблагоприятных условиях эксплуатации, что в конечном итоге приводит к повышению надежности устройства. Размеры проволок сетки и ее шага выбраны из условий оптимизации приемлемого тепломассообмена в реакционной камере и для улучшения защиты чувствительного элемента от механических примесей газовых сред.

Введенные признаки «нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм» и «нагреватель имеет 2…8 витка проволоки» получены из расчетно-имперических исследований и оптимизации диффузионных и тепловых режимов при создании заявляемого устройства.

Введение признака: «снаружи цилиндрическая пружина нагревателя покрыта шарообразным слоем оксида индия In2O3» задает состав пористой, механически прочной оболочки (обечайки) газочувствительного элемента из достаточно рыхлого SnO2, находящегося внутри цилиндрической пружины нагревателя. При этом происходит повышение чувствительности к малым концентрациям газа, так как оксид индия In2O3 является газочувствительным, что увеличивает общую площадь активной поверхности газочувствительного элемента. Этим достигается максимальная чувствительность для конкретного газа (смеси газов) и стабильность работы самого элемента.

Признак «внешний диаметр которого (газочувствительного элемента) составляет 0,8…0,9 мм» также получен из расчетно-имперических исследований и оптимизации диффузионных и тепловых режимов при создании заявляемого устройства.

Конструкционные параметры элементов газочувствительного элемента многовариантны. Он подбирается эмпирическим путем и в последующем многократно проходит натурные испытания для уточнения конструкционных параметров и размеров элементов.

При изменении конструкционных параметров и размеров элементов заявленного устройства, более или менее, чем указано в формуле изобретения, существенно ухудшается его качество и эффективность применения.

Так, например, при испытаниях аналога [9] и заявляемого технического решения на механическую прочность при воздействии механических ударов с амплитудой 20g и длительностью ударного ускорения 1 мс отклонение абсолютной чувствительности после механических воздействий у аналога [9] составило 30% и более. У заявляемого полупроводникового газового сенсора составило 5…10%, при этом выросла его чувствительность по сравнению с аналогом [9]:

- по водороду на 20…30%;

- по монооксиду углерода на 40-30%.

На фиг. 1 представлен схематичный разрез предложенного полупроводнивкового газового сенсора (вид с боку - разрез А-А). На фиг. 2 - разрез фиг. 1 по Б-Б. На фиг. 3 - увеличенный разрез (вид с верху) полупроводникового газочувствительного элемента. На фиг. 4 - увеличенная фотография газочувствительного элемента. На фиг. 5 приведена фотография монтажной электрической платы с расположенным на ней полупроводниковым газовым сенсором (вид сверху). На фиг. 6 - структурная схема модуля управления и первичной обработки сигнала сенсора. На фиг. 7 - график режима питания полупроводникового газового сенсора (разработки ОАО «Авангард» - ПГС-1АМ). На фиг. 8 - электронно-микроскопический снимок продольного среза газочувствительного элемента полупроводникового газового сенсора.

Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус 1 реакционной камеры 2, выполненный из коррозионно-стойкой стали. Корпус 1, с торца закрытый сеткой 3 из нержавеющей стали проволокой диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм. В корпусе 1 по центру реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент 5 при помощи проводов нагревателя 6 и измерительного проводника 7. Внутри полупроводникового газочувствительного элемента 5 размещен нагреватель 6 в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента 5 расположен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, при этом нагреватель выполнен 2…8 витками этой проволоки и диаметром витков 0,3…0,6 мм. Пространство вокруг прямого измерительного проводника 7 и внутри цилиндрический пружины нагревателя 6 заполнено газочувствительным составом SnO2 - 8, вокруг которого (и нагревателя 6) расположен шарообразный пористый и газочувствительный слой 5 оксида индия In2O3, внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм.

Конструкция готового газового сенсора ПГС-1АМ разработки ОАО «Авангард» представляет собой реакционную камеру 2 (никель-кобальтовый корпус транзисторный Т0-5) 1, сообщающуюся с газовой средой через сетку 3 (газообменный фильтр), выполненную из нержавеющей стали диаметром 0,035 мм шагом 0,06 мм. В корпусе 1 реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 по ее центру установлен шарообразный полупроводниковый элемент 5 (с внешним пористым и газочувствительным слоем 5 оксида индия In2O3 и внутренним газочувствительным слоем 8 из SnO2). Внутри полупроводникового элемента размещен нагреватель 6 в виде цилиндрической пружины (5 витков) внешним диаметром 0,44 мм и шагом пружины (межвитковым расстоянием) 0,04 мм, внутри пружины по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового газочувствительного элемента размещен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 выполнены из литого химически чистого и термостабильного платинового микропровода ПЛ-3Т диаметром 0,02 мм.

Микропроводу ПЛ-3Т не свойственны недостатки, присущие сенсорам на подложке, такие как неоднородность структуры напыленной платиновой металлизации (нагревателей, рабочих электродов) в зоне контакта с подложкой и, как следствие, дрейф характеристик сенсора.

Полупроводниковый элемент, представляющий собой систему из внутреннего слоя из оксида олова SnO2 и внешнего слоя из In2O3, которая обладает высокой чувствительностью, быстродействием, удобным диапазоном изменения сопротивлений, низкой рабочей температурой при детектировании окислительных и восстановительных газов. При взаимодействии газа с чувствительным полупроводниковым элементом, газочувствительный состав меняет электрическую проводимость.

Принцип действия полупроводникового газового сенсора основан на хемосорбционном взаимодействии тестируемых газов с поверхностью и объемом полупроводникового слоя, приводящего к изменению концентрации электронов в его зоне проводимости.

Молекулы детектируемых газов попадают на поверхность и проникают вглубь газочувствительного слоя. Далее идет процесс реакции молекул детектируемых газов с хемосорбированным кислородом.

При адсорбции окислителей (О2, О3, F2, Cl2, NO2 и др.) происходит обеднение зоны проводимости электронами, что приводит к росту энергетического барьера в области контакта частиц и увеличению сопротивления в этой части газочувствительного слоя.

SnO+O2→2SnO2

При адсорбции газов восстановителей (H2, СО, CxHy и др.) количество электронов на поверхности области контакта растет.

SnO2+CO→SnO+CO2

Два электрона переходят в зону проводимости полупроводника, соответственно растет электрическая проводимость газочувствительного состава.

По аналогии в слое In2O3 происходят следующие реакции:

4InO+O2→2In2O3

In2O3+CO→2InO+CO2

Изменение сопротивления полупроводникового состава регистрируется на измерительном электроде и отрицательном контакте нагревателя с применением модуля управления и первичной обработки (МУПО). На фиг. 6 приведены условные обозначения МУПО: УП - узел питания, ЧЭ - чувствительный элемент (полупроводниковый газовый сенсор), ДТ - датчик температуры, НУ - нормирующий усилитель, МК - микроконтроллер, Uпит - питающее напряжение, UART - цифровой выходной сигнал (протокол UART).

Для построения электронной схемы МУПО применена современная элементная база, обеспечивающая стабильное напряжение питания сенсора и высокий коэффициент усиления сигнала на малых концентрациях газа.

В схеме МУПО имеется узел управления питанием для различных типов сенсоров, узел усиления и обработки сигнала, узел оцифровки сигнала и передачи его по выходной шине с интерфейсом I2C.

Исследование сенсорных характеристик сенсора ПГС-1АМ проводилось на газосмесительной установке производства ОАО «Авангард». Были проведены испытания на чувствительность к газовыми смесям CO-воздух, CH4-Воздух и H2-воздух, а также исследование зависимости показаний от расхода и влажности газовой смеси. Было проведено исследование влияния температуры нагревателя на все вышеуказанные свойства и отработан режим термотренировки сенсора для стабилизации его параметров.

Режим импульсного питания сенсора (фиг. 7) был подобран для оптимальной регистрации протекания реакции. Чтобы могла произойти реакция в слоях SnO2 и In2O3, необходимо предварительно нагреть область реакции газочувствительного слоя до определенной температуры. Например, для эффективного протекания реакции слоев SnO2 и In2O3 с СО и Н2 температура нагрева должна лежать в диапазоне 100…250°C, а для CH4 - в диапазоне 300…450°C. Повышенная температура понижает энергию связи молекул адсорбированного кислорода с электронами, что способствует намного более легкому освобождению электронов от молекул кислорода и выходу их в зону проводимости. Затем подается импульс низкого напряжения для стабилизации реакции, в конце которого и производится регистрация сигнала. Для водорода и монооксида углерода диапазон оптимальных температур для протекания реакции составляет 100-130°C.

Мощность сенсора в данном режиме составляет 68 мВт, а полезный сигнал от сенсора выше, по сравнению с аналогом [9] (разработки ОАО «Авангард» - ПГС-1А): по водороду на 20…30% и по монооксиду углерода на 40-30%.

Результаты испытаний сенсора ПГС-1AM на чувствительность к различным газам представлены в табл. 1. Изменение сопротивления при подаче Н2 концентрацией 20 ppm по сравнению с сопротивлением на воздухе составляет 4,8 раза, СО концентрацией 86 ppm - более 5 раз, а СН4 0,5% об. - более 10 раз.

Также полупроводниковый газовый сенсор на основе раздельных слоев SnO2 и In2O3 (ПГС-1АМ) показал более высокую чувствительность к малым концентрациям газов СО (3 ppm) и Н2 (1 ppm). Сигнал сенсора на данных концентрациях возможно выделить на уровне шума.

Результаты испытаний полупроводникового газового сенсора ПГС-1АМ на чувствительность к изменению расхода газовой смеси представлены в табл. 2. При снижении расхода в 4 раза отклик к СО концентрацией 86 ppm упал на 31%.

В табл. 3 представлены результаты испытаний полупроводникового газового сенсора ПГС-1АМ на чувствительность к изменению влажности газовой смеси. При снижении влажности до 10% RH отклик к СО концентрацией 86 ppm упал на 24% относительно показателей смеси влажностью 50% RH, а при увеличении влажности до 90% RH отклик снизился на 12%. Применение угольного фильтра позволило снизить падение чувствительности при изменении влажности газовой смеси до 2,4%.

Компенсация влияния температуры и влажности на сенсор ПГС-1АМ возможна также и аппаратными методами.

Изменения чувствительности сенсора ПГС-1AM после механических испытаний в сравнении с аналогом [9] представлены в табл. 4.

Исследовательские испытания опытных образцов полупроводниковых газовых сенсоров ПГС-1AM показали, что данная конструкция является перспективной для разработки серийного полупроводникового сенсора на горючие и токсичные газы в широком диапазоне концентраций, т.к. является простой, содержащей минимум компонентов и более технологичной, а технология их изготовления менее энергоемкой по сравнению с сенсорами на подложке (Al2O3, Si и др). Сенсоры ПГС-1АМ могут быть применены в составе газовых пожарных извещателей раннего обнаружения возгораний, газосигнализаторов и течеискателей.

Полагаем, что предложенный полупроводниковый газовый сенсор обладает всеми критериями изобретения, так как:

- полупроводниковый газовый сенсор в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для конструктивного размещения слоев общеизвестных составов и, следовательно, соответствует критерию "новизна";

- совокупность признаков формулы изобретения - полупроводникового газового сенсора неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам создания составов припоев для соединения разнородных материалов, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень";

- реализация заявленного полупроводникового газового сенсора не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Литература

1. Патент РФ: RU 2411511 от 10.02.2011, МПК5 G01N 27/12, G01W 1/00, «Устройство для контроля концентрации опасных газов».

2. Патент США: US 5837886 от 17.11.1998, МПК6 G01N 27/12, G01W 1/00, «Газовый сенсор».

3. Патент РФ: RU 2096774 от 20.11.1997, МПК6 G01N 27/12, «Датчик для определения концентрации газов».

4. Патент РФ: RU 2124718 от 10.01.1999, МПК6 G01N 27/12, «Анализатор селективного определения водорода в газах».

5. Патент Германии: DE 19924611 от 12.12.2000, МПК7 G01N 27/12, G01N 33/00, «Полупроводниковый датчик для обнаружения метана…».

6. Патент РФ: RU 2159931 от 27.11.2000, МПК7 G01N 27/12, «Способ селективного определения концентраций вредных примесей в газах и устройство для его реализации».

7. Патент РФ: RU 2319953 от 20.03.2008, МПК7 G01N 27/12, «Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора».

8. Патент США: US 6565812 от 20.05.2003, МПК7 G01N 27/12, G01N 33/00, «Газовый сенсор и способ его работы».

9. Патент РФ: RU 2509303 от 10.03.2014, МПК8 G01N 27/14, «Полупроводниковый газовый сенсор» - [9].

10. Заявка США: US 2001003916 от 21.06.2001, МПК6 G01N 27/12, G01N 33/00, «Газовый сенсор» - Прототип.

11. http://www.figaro.co.jp/.

Полупроводниковый газовый сенсор, содержащий корпус реакционной камеры, выполнен из коррозионно-стойкой стали, и с торца закрытый сеткой, в котором на контактных проводниках по центру реакционной камеры установлен шарообразный полупроводниковый двухкомпонентный, двухслойный газочувствительный элемент, во внутреннем слое которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, цилиндрическая пружина нагревателя заполнена внутренним слоем полупроводникового газочувствительного элемента, выполненного из SnO2, отличающийся тем, что сетка выполнена из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, нагреватель имеет 2…8 витка проволоки, а снаружи цилиндрическая пружина нагревателя покрыта шарообразным слоем оксида индия In2O3, внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для исследования сверхпроводников с помощью электрических и магнитных средств и позволяет обеспечить высокую точность измерения температурных параметров сверхпроводников.

Группа изобретений относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии.

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов путем определения вязкости и электрического сопротивления и плотности высокотемпературных металлических расплавов.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля и может использоваться для анализа материалов, в частности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии, путём бесконтактного определения электрического сопротивления нагреваемого тела в зависимости от температуры.

Изобретение относится к анализу материалов, в частности, для определения содержания водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля концентрации метана в атмосфере горных выработок и шахт. Предлагаемый способ измерения концентрации метана основан на использовании термокаталитического сенсора с рабочим и сравнительным элементами, размещенными в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам контроля и измерения свойств веществ, и предназначено для определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов.

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Изобретение относится к области измерения электрических характеристик наноразмерных газочувствительных материалов, в частности к измерению комплексной проводимости газочувствительных материалов, и может быть использовано в производстве сенсоров газа, основанных на полупроводниковых неорганических материалах сложного состава, а также для синтеза структур пленки эквивалентной схемой.

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к способам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей. Задачей изобретения является разработка способа анализа состава газовой среды путем измерения полного сопротивления (импеданса) газочувствительного полупроводникового слоя, сегментированного набором компланарных электродов в составе мультисенсорного чипа, при воздействии различных газовых сред, позволяющего проводить их качественное распознавание. Техническим результатом является увеличение точности анализа состава газовой среды с помощью мультисенсорного чипа согласно принципам работы прибора вида «электронный нос» за счет увеличения количества характеристик, используемых для построения векторного отклика, чувствительного к виду газовой среды, путем определения набора параметров, изменяющихся при воздействии газов, по измерениям спектра (или частотной зависимости) импеданса отдельных сенсорных сегментов чипа. Важной особенностью способа является применение низких частот (10-2-102 Гц), в котором изменение импеданса, обусловленное адсорбцией газов, учитывает медленные процессы токопереноса в газочувствительном полупроводниковом материале, что определяет соответствующее изменение элементов эквивалентной электрической цепи, используемое в данном способе для решения задачи анализа газового состава. При этом измерение бòльшего количества сенсорных сегментов чипа позволяет увеличить размерность анализируемого векторного сигнала и повысить точность идентификации газа. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх