RO130871A2 - Senzor de concentraţie cocu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic - Google Patents
Senzor de concentraţie cocu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic Download PDFInfo
- Publication number
- RO130871A2 RO130871A2 ROA201400510A RO201400510A RO130871A2 RO 130871 A2 RO130871 A2 RO 130871A2 RO A201400510 A ROA201400510 A RO A201400510A RO 201400510 A RO201400510 A RO 201400510A RO 130871 A2 RO130871 A2 RO 130871A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- amplification
- sensitive element
- module
- sensor
- ppm
- Prior art date
Links
- 125000005375 organosiloxane group Chemical group 0.000 title claims abstract description 22
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229920002677 supramolecular polymer Polymers 0.000 claims description 7
- PHEDXBVPIONUQT-RGYGYFBISA-N phorbol 13-acetate 12-myristate Chemical compound C([C@]1(O)C(=O)C(C)=C[C@H]1[C@@]1(O)[C@H](C)[C@H]2OC(=O)CCCCCCCCCCCCC)C(CO)=C[C@H]1[C@H]1[C@]2(OC(C)=O)C1(C)C PHEDXBVPIONUQT-RGYGYFBISA-N 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- UHUUYVZLXJHWDV-UHFFFAOYSA-N trimethyl(methylsilyloxy)silane Chemical compound C[SiH2]O[Si](C)(C)C UHUUYVZLXJHWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- WHRNULOCNSKMGB-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran thf Chemical compound C1CCOC1.C1CCOC1 WHRNULOCNSKMGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- SRPWOOOHEPICQU-UHFFFAOYSA-N trimellitic anhydride Chemical compound OC(=O)C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 SRPWOOOHEPICQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWEHHKOWZUPWBI-UHFFFAOYSA-N 3-(3-aminopropyl-methyl-trimethylsilyloxysilyl)propan-1-amine Chemical compound NCCC[Si](C)(O[Si](C)(C)C)CCCN PWEHHKOWZUPWBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWVTWFVJZLCBMC-UHFFFAOYSA-N 4,4'-bipyridine Chemical compound C1=NC=CC(C=2C=CN=CC=2)=C1 MWVTWFVJZLCBMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004984 aromatic diamines Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 125000005462 imide group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un senzor de concentraţie CO, cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, pentru detecţia COdin mediul atmosferic sau industrial, cu aplicaţii în sistemele de monitorizare în buclă deschisă, ca, de exemplu, analizoare de gaze, şi în domeniul menţinerii unor parametri fizico-chimici constanţi ce depind de concentraţia de CO, atunci când senzorul este dispus pe calea inversă a buclelor de reglare automată. Senzorul conform invenţiei este alcătuit dintr-un element sensibil la CO(E) şi un sistem electronic de condiţionare a semnalului furnizat de elementul sensibil (E), în care elementul sensibil (E) este alcătuit dintr-un substrat (1) din alumină, o grilă (2) interdigitală ce este depusă pe o parte a substratului (1), având grosimea de 30 μ m, formată din câte trei electrozi din aur, cu un pas interdigital constant de 0,25 mm, pe o distanţă de 3 mm, un strat (3) sensibil obţinut prin dizolvarea unui polimer supramolecular organo-siloxanic CHîn cloroform şi depus pe substratul (1) prin centrifugare, în grosime de 200-250 nm, două paduri (4) de formă pătrată cu latura de 1 mm, realizate împreună cu grila (2) interdigitală, prin intermediul cărora se culege tensiunea de răspuns, în intervalul 0,092 - 0,670 mV, furnizată de elementul sensibil (E) atunci când este expus unei concentraţii de COîn intervalul 100 -1000 ppm, iar sistemul electronic de condiţionare a semnalului, furnizat de elementul sensibil la CO, este alcătuit din două module (BA1, BA2) de amplificare, conectate în cascadă şi realizate cu amplificatoare (U1 şi U2) operaţionale în conexiune inversoare.
Description
Senzor de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic
Invenția se referă la un senzor de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, pentru detecția CO2 din mediu atmosferic sau industrial, cu aplicații în sistemele de monitorizare în buclă deschisă, ca de exemplu analizoare de gaze si în domeniul menținerii unor parametrii fizico-chimici constanți ce depind de concentrația de CO2, atunci când senzorul este dispus pe calea inversa a buclelor de reglare automată.
Sunt cunoscute următoarele soluții tehnice:
a) Senzori de concentrație CO2 (pentru detecția CO2), obținuți prin tehnologia straturilor groase. Senzorii de concentrație CO2 de tip semiconductor pe bază de oxizi semiconductori cu straturi groase au fost primii senzori realizați. Materialul sensibil semiconductor este depus sub formă de pastă pe un tub din alumină realizând un strat sensibil. încălzitorul este realizat sub forma unei serpentine si este dispus in interiorul tubului de alumina, astfel incat sa fie separat de stratul sensibil. Electrozii sunt realizați din rnicrofire si sunt inclus! in materialul semiconductor.
O alta tehnologie de obținere a senzorilor de concentrație CO2 obținuți prin tehnologia straturilor groase este serigrafia unei paste sensibile pe un electrod depus pe un substrat de alumină. încălzitorul este realizat prin depunere pe partea opusă substratului. Tehnica serjgrafică de depunere a stratului oxidic pe substratul senzorului comportă trei etape:
1. Obținerea pudrei oxidice prin metode precum sol gel sau precipitare, descompunere termică săruri sau oxizi;
2. Obținerea pastei sensibile prin umectarea pudrei oxidice într-un compus organic terpineol sau alcool polivinilic sau cu apă distilată;
3. Serigrafierea pastei sensibile pe substratul senzorului.
Elementele sensibile oxidice se sintetizează prin metode chimice pornind de la soluții de săruri, metal pur dizolvat în acizi cu rol de precursori și/sau descompunere termică a sărurilor sau oxizilor. Materialele de dopaj, de exemplu cele cu rol de catalizatori, se pot introduce în timpul preparării pastei oxidice prin ^2014-- 005100 1 -07- 20U amestecarea pudrei oxidice calcinată cu soluția de sare sau prin adăugare de metale (metoda coloidală). în acest caz, suprafața oxidului semiconductor absoarbe metalul cu rol de catalizator din soluție. Cantitățile de catalizator care se introduc sunt în general mici, de 1-3%. Materialele de dopaj cel mai des utilizate sunt Pt, Pd, Au, Cu sau La și Ca.
b) Senzori de concentrație CO2 (pentru detecția CO2), obținuți prin tehnologia straturilor subțiri. în tehnologia straturilor subțiri tehnicile se împart în mai multe categorii: depunere fizică în vapori (PVD), depunere chimică în vapori (CVD), magnetron sputtering și tehnica sol gel.
Tehnologia straturilor subțiri bazată pe depunerea fizică în vapori (PVD) are câteva limitări sau dezavantaje privitoare la neomogenitatea compoziției stratului oxidic depus și dificultăți în controlul grosimii stratului. Metoda de depunere chimica în vapori (CVD), ce presupune un echipament simplu cu posibilitatea de sinteză a elementelor sensibile la temperatură joasă, simultan cu obținerea de particule ultrafine, abilitate de control al formei particulelor precum și adiția de dopanți. în plus, obținerea unor straturi oxidice poroase și cu suprafețe specifice mari, conduce la mărirea sensibilității senzorilor. Metoda depunerii prin procedeul de magnetron sputtering este scumpă și duce la formarea de straturi subțiri dense. Metoda sol gel permite obținerea straturilor subțiri nanostructurate.
Alte dezavantajele ale soluțiilor cunoscute sunt următoarele:
- timpul de răspuns ridicat, mai mare de τ = 120 s;
- necesita un încălzitor care sa realizeze o temperatura de minim 150 °C, (uzual in intervalul 150 °C -200 °C);
- complexitate ridicata.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția, constă in obținerea unui sensor de măsurare a concentrației de CO2 in intervalul 100 ppm - 1000 ppm prin realizarea unui element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic CH5, depus intr-un strat sensibil de grosime 200 nm - 250 nm si a unei scheme electronice de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil al senzorului, alcatuita din doua module de amplificare, conectate in cascada, cu un factor global de amplificare A = 1000.
^2014-- 005100 1 -07- 2014
Senzor de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate, prin aceea ca este alcătuit dintr-un element sensibil senzor CO2, un sistem electronic de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil senzor CO2, in care:
- elementul sensibil senzor CO2 este alcătuit dintr-un substrat din alumina, o grila interdigitala ce este depusa pe o parte a substratului din alumina, avind grosimea medie de 30 pm, formata din cate trei electrozi din aur, cu un pas interdigital constant de 0.25 mm, pe o distanta de 3 mm, stratul sensibil obtinut prin dizolvarea unui polimer supramolecular organo-siloxanic CH5 in cloroform si depus prin centrifugare pe substratul din alumina, in grosime de 200 nm - 250 nm, doua păduri de forma patrata cu latura de 1 mm realizate împreuna cu grila interdigitala prin intermediul carora se culege tensiunea de răspuns in intervalul 0,092 mV - 0,670 mV; tensiunea de răspuns este furnizata de elementul sensibil senzor CO2 atunci când este expus unei concentrații de CO2 in intervalul 100 ppm -1000 ppm.
- sistemul electronic de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil senzor CO2, este dispus in imediata vecinătate a elementului sensibil si este alcătuit din doua module de amplificare: modulul de amplificare cu factorul x10 si un alt modulul de amplificare cu factorul x100; cele doua module de amplificare sunt conectate in cascada si realizate cu circuite integrate amplificatoare operaționale; modulul de amplificare cu factorul A1 = 10 conține o structura cu amplificator operațional U1 in conexiune inversoare, iar factorul de amplificare X10 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R9A+R10)/R3; modulul de amplificare cu factorul A2 = 100 conține o structura cu amplificator operațional U2 in conexiune inversoare, iar factorul de amplificare X100 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R8A+R11)/R7A.
Avantajele invenției sunt următoarele:
- prin utilizarea polimerului organosiloxanic supramolecular CH5 in componenta elementului sensibil, timpul de răspuns s-a redus la τ = [60-90] s;
<\2 ϋ 1 4 - - 0 0 5 1 0 0 1 -07- 2014
- nu necesita încălzitor, element dificil de realizat, care se alimentează in curent constant de I = 1A - 2A;
- simplificare constructiva;
- extinderea intervalului de concentrații de CO2 detectat pana la valoarea de 5000 ppm, prin variația grosimii stratului sensibil de polimer organosiloxanic supramolecular CH5.
Se dă în continuare un exemplu de realizare al invenției în legătură cu fig.
1.. .5, care reprezintă:
- fig. 1, schema bloc a senzorului de concentrație a CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, conform invenției;
- fig. 2, schema detaliata a senzorului de concentrație a CO2; elementul sensibil realizat cu polimer supramolecular organo-siloxanic si schema electronica de condiționare, conform invenției;
- fig. 3, structura polimerului supramolecular organo-siloxanic CH5, conform invenției;
- fig. 4, caracteristicile tensiune in funcție timp pentru trei senzori expuși la aceeași concentrație de 1000 ppm CO2;
- fig. 5, caracteristicile tensiune in funcție de timp pentru primul sensor, expus la concentrația de 100 ppm si la concentrația de 1000 ppm CO2.
Senzorul de concentrație a CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, conform figurii 1 si figurii 2 este alcătuit din următoarele:
- elementul sensibil senzor CO2, Es, conform invenției;
- sistemul electronic de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil senzor CO2, fig. 1, este alcătuit din doua module de amplificare: modulul BA 1, de amplificare cu factorul x10 si modulul BA 2, de amplificare cu factorul x100 conectate in cascada si realizate cu circuitele integrate amplificatoare operaționale.
Elementul sensibil senzor CO2, Es, conform invenției, figurile 1-3, este alcătuit dintr-un substrat 1 din alumina cu dimensiunile de 5 x 5 x 0.6 mm, unde pe o parte a substratului 1 s-a depus o grila interdigitala 2 prin procedeul de /2014-- 005100 1 -07- 2014 magnetron sputtering in următoarele condiții: presiune 1,9 torr, tensiune 500V, timp de depunere 30 minute. Grila interdigitala 2 are grosimea medie de 30 pm si este formata din cate trei electrozi din aur, cu un pas interdigital constant de 0.25 mm, pe o distanta de 3 mm, fig. 2. Stratul sensibil 3 este obtinut prin dizolvarea unui polimer supramolecular organo-siloxanic CH5 in cloroform si depus pe substratul 1 prin centrifugare, in grosime de 200 nm - 250 nm.
Metoda de sinteza a polimerului organosiloxanic supramolecular CH5:
- Polimerul supramolecular organosiloxanic conform structurii prezentate in fig. 3, codificat CH5, s-a sintetizat prin reacția de policondensare dintre un complex siloxanic diacid cu inele imidice - 1,3 bis(carboxitrimelitido-N-propilen) tetrametildisiloxan diacid ca donor de protoni si diamina aromatica, - 4,4' bipiridina ca acceptor de proton recristalizata din benzen (m.p. 109-112°C).
- Acidul carboxilic 1,3 bis(carboxitrimelitido-N-propilen) tetrametildisiloxan diacid s-a preparat conform procedurii: 2g (10,4 mmoli) anhidrida trimelitica si 1,24 g (1,4ml, 5mmoli) bis(aminopropil)tetrametildisiloxan s-au refluxat in 5 ml dimetilformamida (DMF) urmat de uscare timp de 5 ore. După răcire, masa de reacție s-a precipitat in apa si s-a spalat repetat, de 2-3 ori in apa la temperatura de 70°C-80°C pentru eliminarea excesului de anhidrida trimelitica. Produsul de reacție obtinut s-a recristalizat din tetrahidrofuran THF (m.p. 200°C).
- Avand in vedere cele de mai sus, polimerul organosiloxanic supramolecular CH5 s-a sintetizat prin reacția dintre 4,4' bipiridina si acidul carboxilic sintetizat 1,3 bis(carboxitrimelitilimido-N-propilen) tetrametildisiloxan diacid, in amestec stoechiometric in tetrahidrofuran soluție concentrație 5%, urmat de uscare la 50°C timp de 1 ora. Solventul (tetrahidrofuran THF), este îndepărtat prin distilare in vid.
Elementul sensibil senzor CO2, Es, conform invenției, furnizează o tensiune de răspuns in intervalul 0,092 mV - 0,670 mV, masurata după un timp de 90 secunde, atunci când este expus unei concentrații de CO2 corespunzător cu intervalul 100 ppm - 1000 ppm. Tensiunea de răspuns este culeasa prin intermediul celor doua păduri 4, de forma patrata cu latura de 1 mm, realizați ^2014-- 005100 1 -07- 2014 împreuna cu grila interdigitala 2, fig.2, prin același procedeu de magnetron sputtering.
Sistemul electronic de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil senzor CO2, fig. 1, conține doua module de amplificare, BA 1 si BA 2 conectate in cascada si realizate cu circuitele integrate amplificatoare operaționale.
Modulul BA 1 denumit modul de amplificare cu factorul A1 =10, fig. 2, conține o structura cu amplificator operațional U1, in conexiune inversoare. Factorul de amplificare X10 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R9A+R10)/R3. Grupele de condensatoare Ci - C5 si C3 - C7 realizează o decuplare a tensiunii de alimentare, in imediata apropiere a amplificatorului operațional U1.
Modulul BA 2 denumit modul de amplificare cu factorul A2 = 100, fig. 2, conține o structura cu amplificator operațional U2, in conexiune inversoare. Factorul de amplificare X100 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R8A+R11)/R7A. Grupele de condensatoare C2 - Ce si C4 - Cs realizează o decuplare a tensiunii de alimentare, in imediata apropiere a amplificatorului operațional U2.
Amplificatoarele operaționale U1 si U2 au capabilitati de reglaj al ofsetului la intrare, prin intermediul potentiometrelor R5 respectiv R6. Algoritmul de reglare al ofsetului la intrare este următorul:
1. Cu rezistenta R7A deconectată si intrarea inversoare a amplificatorului operațional U1 conectata la potențialul nul, se actioneaza iterativ asupra potentiometrului R5, pina când tensiunea la ieșire, (pinul 6/U1), se anuleaza;
2. Cu aceeași rezistenta R7A deconectată si intrarea inversoare a amplificatorului operațional U2 conectata la potențialul nul, se actioneaza iterativ asupra potentiometrului R6, pina când tensiunea la ieșire, (pinul 6/U2), se anuleaza;
^2014-- 005100 1 -07- 2014
Elementul sensibil al senzorului de concentrație CO2, fig. 2, se conectează la amplificatorul operațional U1 in modul comun, intre intrarea inversoare si borna de potențial de referința.
Deoarece impedanta de intrare ale celor doua amplificatoare operaționale U1 si U2, fig 2, ca elemente componente active ale modulelor BA 1 si BA 2, conform invenției, este teoretic infinita uzual de ordinul Z ~ 10ΜΩ si curentii de polarizare sunt de ordinul 4 pA - 5 pA, valoarea masurata a concentrației de CO2 este foarte precisa atunci când elementul sensibil este conectat la partea electronica de condiționare a semnalului, in imediata vecinătate a acesteia.
Factorul de amplificare global A =A1xA2 = 1000 este calculat ca fiind produsul factorilor de amplificare individuali, A1 = 10 respectiv A2 = 100, deoarece fiecare dintre modulele de amplificare reprezintă un cvadripol, iar interacțiunea celor doi cvadripoli se face exclusiv pe la borne.
Modulul BA 1 se conectează in cascada cu modulul BA 2, fig 1, fig 2 si formează modulul de condiționare al semnalului de la elementul sensibil senzor CO2, Es (amplificare in 2 trepte).
Tensiunea de alimentare stabilizata a modulului de condiționare al semnalului de la elementul sensibil senzor CO2, Es, Vcc respectiv Vee este diferențiala, ±15VCC, considerata prin raport cu potențialul de referința OV.
In Fig. 4 se prezintă caracteristicile tensiune in funcție timp pentru trei senzori expuși la aceeași concentrație de 1000 ppm CO2, la care grosimea stratului polimeric 3, depus pe grila interdigitala 2, variaza in intervalul 200 nm - 250 nm:
- pentru senzorul-1, grosimea stratului polimeric 3, depus pe grila interdigitala 2, este de 200 nm ;
- pentru senzorul-2, grosimea stratului polimeric 3, depus pe grila interdigitala 2, este de 220 nm ;
- pentru senzorul-3, grosimea stratului polimeric 3, depus pe grila interdigitala 2, este de 250 nm.
Se constata ca o grosime a stratului polimeric 3, depus pe grila interdigitala 2, de 200 nm, (senzorul-1), este optima, pentru realizarea intervalului 100 ppm - 1000 ppm de concentrație de CO2, deoarece caracteristica tensiune in funcție de timp ^2014-- 005100 1 -07- 2014 este cvasiconstanta. De asemenea, fenomenele tranzitorii se sting intr-un interval mediu de timp Ă = 5 s iar semnalul de la ieșirea senzorului are o amplitudine medie de A = 700 mV, ce permite interfatarea cu un modul electronic de semnal unificat in tensiune/curent.
In Fig. 5 se prezintă caracteristicile tensiune in funcție de timp pentru senzorul-1 expus la concentrația de 100 ppm, corespunzătoare limitei inferioare a intervalului de concentrații pentru care este definit senzorul, precum si la concentrația de 1000 ppm CO2, corespunzătoare limitei superioare a intervalului de concentrații pentru care este definit senzorul, conform invenției.
Senzorul de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, a cărui schema detaliata este redata în fig. 2, conform invenției, funcționează în modul următor: atunci când elementul sensibil senzor CO2, Es este expus unei concentrații de CO2 in intervalul 100 ppm - 1000 ppm, intre cele doua pad-uri 4, apare o diferența de potențial (tensiune de răspuns) in intervalul 0,092 mV - 0,670 mV. Diferența de potențial de la elementul sensibil Es se aplica la intrarea modulului de amplificare BA1. La ieșirea modulului de amplificare BA1 se obține o diferența de potențial in intervalul 0,92 mV - 6,7 mV, corespunzătoare intervalului de concentrații de CO2 100 ppm - 1000 ppm. Modulul BA 1, de amplificare cu factorul A1 = 10 se conectează in cascada cu modulul BA 2, de amplificare cu factorul A2 = 100, fig. 2. Diferența de potențial rezultata la ieșirea modulului BA1, de amplificare se aplica la intrarea modulului BA2, de amplificare. La ieșirea modulului BA2, de amplificare se obține o diferența de potențial in intervalul 92 mV - 670 mV, fig.4, fig.5, corespunzătoare intervalului de concentrații de CO2100 ppm - 1000 ppm.
Claims (2)
- Revendicări1. Senzor de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintrun element sensibil senzor CO2 (Es) si un sistem electronic de condiționare a semnalului furnizat de elementul sensibil senzor CO2, in care:- elementul sensibil senzor CO2 (Es) este alcătuit dintr-un substrat (1) din alumina, o grila interdigitala (2) ce este depusa pe o parte a substratului (1), avind grosimea medie de 30 pm, formata din cate trei electrozi din aur, cu un pas interdigital constant de 0.25 mm, pe o distanta de 3 mm, stratul sensibil (3) obtinut prin dizolvarea unui polimer supramolecular organo-siloxanic CH5 in cloroform si depus pe substratul (1) prin centrifugare, in grosime de 200 nm 250 nm, doua păduri (4), de forma patrata cu latura de 1 mm realizate împreuna cu grila interdigitala (2), prin intermediul carora se culege tensiunea de răspuns in intervalul 0,092 mV - 0,670 mV, furnizata de elementul sensibil senzor CO2 (Es) atunci când este expus unei concentrații de CO2 in intervalul 100 ppm -1000 ppm.- sistemul electronic de condiționare a semnaliilui furnizat de elementul sensibil senzor ΟΟ2, este alcătuit din doua module de amplificare: modulul (BA 1), de amplificare cu factorul x10 si modulul (BA 2), de amplificare cu factorul x100 conectate in cascada si realizate cu circuitele integrate amplificatoare operaționale; modulul de amplificare (BA 1), cu factorul A1 = 10, conține o structura cu amplificator operațional U1 in conexiune inversoare, factorul de amplificare X10 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R9A+R10)/R3; modulul de amplificare (BA 2), cu factorul A2 = 100, conține o structura cu amplificator operațional U2 in conexiune inversoare, factorul de amplificare X100 este realizat prin ajustarea valorilor raportului de rezistente (R8A+R11)/R7A.
- 2. Senzor de concentrație CO2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că funcționează astfel: când elementul sensibil senzor CO2, (Es) este ^2014-- 005100 1 -07- 2014 expus unei concentrații de CO2 in intervalul 100 ppm - 1000 ppm, intre cele doua pad-uri (4), apare o diferența de potențial (tensiune de răspuns) in intervalul 0,092 mV - 0,670 mV, diferența de potențial de la elemental sensibil (Es) se aplica la intrarea modulului de amplificare (BA1), la ieșirea modulului de amplificare (BA1) se obține o diferența de potențial in intervalul 0,92 mV - 6,7 mV, modulul (BA 1), de amplificare cu factorul A1 = 10 se conectează in cascada cu modulul (BA 2), de amplificare cu factorul A2 = 100, diferența de potențial rezultata la ieșirea modulului (BA1), de amplificare se aplica la intrarea modulului (BA2), de amplificare, la ieșirea modulului (BA2), de amplificare se obține o diferența de potențial in intervalul 92 mV - 670 mV, corespunzătoare intervalului de concentrații de CO2100 ppm -1000 ppm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201400510A RO130871B1 (ro) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Senzor de concentraţie co 2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201400510A RO130871B1 (ro) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Senzor de concentraţie co 2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO130871A2 true RO130871A2 (ro) | 2016-01-29 |
| RO130871B1 RO130871B1 (ro) | 2020-04-30 |
Family
ID=55171039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201400510A RO130871B1 (ro) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Senzor de concentraţie co 2 cu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO130871B1 (ro) |
-
2014
- 2014-07-01 RO ROA201400510A patent/RO130871B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO130871B1 (ro) | 2020-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Micro humidity sensors based on ZnO–In2O3 thin films with high performances | |
| CN106706718B (zh) | 一种三层结构敏感层酞菁气敏传感器及其制备方法 | |
| EP3234573B1 (en) | Nanolaminate gas sensor and method of fabricating a nanolaminate gas sensor using atomic layer deposition | |
| Le Hung et al. | Enhancement of CO gas sensing properties in ZnO thin films deposited on self-assembled Au nanodots | |
| Ahmad et al. | Ohmic and space‐charge‐limited conduction in lead phthalocyanine thin films | |
| Neri et al. | Humidity sensing properties of Li–iron oxide based thin films | |
| US9418857B2 (en) | Sensor component for a gas and/or liquid sensor, production method for a sensor component for a gas and/or liquid sensor, and method for detecting at least one material in a gaseous and/or liquid medium | |
| Sun et al. | A dense diffusion barrier limiting current oxygen sensor for detecting full concentration range | |
| Schreiter et al. | Sputtering of self-polarized PZT films for IR-detector arrays | |
| RO130871A2 (ro) | Senzor de concentraţie cocu element sensibil cu polimer supramolecular organo-siloxanic | |
| Bearzotti et al. | Humidity sensitivity of sputtered TiO2 thin films | |
| JP2882974B2 (ja) | 窒素酸化物検出センサ | |
| WO2000037715A1 (en) | Bismuth thin film structure and method of construction | |
| Rivera et al. | Indium tin oxide as a dual region resistance temperature detector | |
| Bruchhaus et al. | Sputtering of PZT thin films for surface micromachined IR-detector arrays | |
| RO134778A2 (ro) | Senzor rezistiv de umiditate şi procedeu de obţinere a acestuia | |
| CN110440831A (zh) | 一种传感器及其制备方法 | |
| Gharesi et al. | The Conduction Mechanism in Micron-Thick ZnO Layers Grown on Si Substrates by Spray Pyrolysis | |
| Amereh et al. | Fabrication of palladium functionalized sol-gel based SnO 2 gas sensor for H 2 and CO detection | |
| Pandit et al. | A capacitive type humidity sensor with potassium ion doped TiO2 thin film as humidity sensing material | |
| Kantha et al. | Study the Effect of Pd Sensitization on Hydrogen and Methane Sensing Performances of Sol-Gel Grown Nano WO 3/SiO 2/Si Sensor | |
| Zaine et al. | Gas sensing properties of tungsten organometallic-PANi thin film at room temperature | |
| Kim et al. | Package Reliability Verification of Vanadium Oxide Thin-film Element. | |
| Okimura et al. | Electric field induced metal-insulator transition of vanadium dioxide films on sapphire substrate prepared by inductively coupled plasma-assisted sputtering | |
| Zaine et al. | Effect of polyaniline doping on structural and vapor sensing properties of tungsten organometallic thin film |