RU192938U1 - GAS SENSOR - Google Patents

GAS SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU192938U1
RU192938U1 RU2019120319U RU2019120319U RU192938U1 RU 192938 U1 RU192938 U1 RU 192938U1 RU 2019120319 U RU2019120319 U RU 2019120319U RU 2019120319 U RU2019120319 U RU 2019120319U RU 192938 U1 RU192938 U1 RU 192938U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
gas sensor
dielectric substrate
gas
grooves
Prior art date
Application number
RU2019120319U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Юрьевич Облов
Николай Николаевич Самотаев
Майя Оразгельдыевна Этрекова
Евгений Михайлович Онищенко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2019120319U priority Critical patent/RU192938U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU192938U1 publication Critical patent/RU192938U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств, а более конкретно к газовым сенсорам, и может найти широкое применение в измерительной технике, предназначенной для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе. Технический результат полезной модели - повышение надежности газового сенсора.Сущность полезной модели заключается в том, что диэлектрическая подложка, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из ее сторон тонкопленочный чувствительный элемент, связанный платиновыми пленочными дорожками с информационными контактными площадками, а на другой стороне рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками с контактными площадками нагревателя, помещается в керамический корпус, в нижней и верхней частях которой с помощью прецизионной лазерной микрофрезеровки созданы продольные пазы и направляющие выступы, позволяющие ориентировать подложку с чувствительным элементом и нагревателем строго вертикально и совместить контактные площадки на обеих сторонах подложки с соответствующими пазами на боковых стенках нижней части корпуса. На внешней стороне боковых стенок нижней части корпуса имеются наклонные выступы, также совмещенные с боковыми пазами. Верхние поверхности пазов и внешних наклонных выступов покрыты платиновой металлизацией. С помощью платиновой пасты после термообработки осуществляется контакт металлизации внешних наклонных выступов, боковых пазов и контактных площадок газового сенсора, а также фиксация корпуса на плате и подключение газового сенсора к источнику питания и измерительной схеме. Такое решение позволяет исключить применение паянных соединений контактных площадок сенсора с выводами корпуса с помощью тонких золотых проволочек, что обеспечивает повышение надежности устройства и упрощение технологии изготовления. 9 ил.The utility model relates to the field of microelectronic and micromechanical devices, and more particularly to gas sensors, and can be widely used in measuring technology designed to determine the types of various gases and their quantitative content in air. The technical result of the utility model is to increase the reliability of the gas sensor. The essence of the utility model is that the dielectric substrate, in which a working area is formed as a cantilever through perforation, in which on one of its sides there is a thin-film sensitive element connected by platinum film tracks with information pads, and on the other side of the work area, a thin-film heating element is formed, connected by conductive tracks to the contact areas with heater plates, it is placed in a ceramic case, in the lower and upper parts of which longitudinal grooves and guiding protrusions are created using precision laser micro-milling, which allow the substrate to be oriented strictly with the sensor element and heater and to align the contact pads on both sides of the substrate with the corresponding grooves on the side walls bottom of the case. On the outside of the side walls of the lower part of the housing there are inclined protrusions, also combined with the side grooves. The upper surface of the grooves and the external inclined protrusions are covered with platinum metallization. After heat treatment with platinum paste, metallization of the external inclined projections, side grooves and contact pads of the gas sensor is carried out, as well as fixing the case on the board and connecting the gas sensor to the power source and the measuring circuit. This solution eliminates the use of soldered joints of the contact pads of the sensor with the findings of the housing using thin gold wires, which improves the reliability of the device and simplifies manufacturing technology. 9 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель)The technical field to which the utility model relates)

Полезная модель относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств, а более конкретно к газовым сенсорам и может найти широкое применение в измерительной технике, предназначенной для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе.The utility model relates to the field of microelectronic and micromechanical devices, and more specifically to gas sensors, and can be widely used in measuring technology designed to determine the types of various gases and their quantitative content in air.

Уровень техникиState of the art

Из существующего уровня техники известен полупроводниковый газовый сенсор [1], в котором шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (пеллистор), внутри которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, установлен на контактных проводниках в центре корпуса. Полупроводниковый элемент, представляющий собой оксид олова SnO2 (80% масс) с добавкой оксида индия In2O3 (20% масс.), обладает достаточно высокой чувствительностью и быстродействием. Чувствительный полупроводниковый элемент при взаимодействии с газом меняет электрическую проводимость. Недостатком газового сенсора является недостаточная механическая прочность газочувствительного элемента, что также уменьшает долговременную стабильность, быстродействие и устойчивость к воздействию внешний факторов.A semiconductor gas sensor [1] is known from the prior art, in which a spherical semiconductor gas-sensitive element (pellistor), inside which a heater is arranged in the form of a coil spring, is mounted on contact conductors in the center of the housing. The semiconductor element, which is tin oxide SnO 2 (80% by mass) with the addition of indium oxide In 2 O 3 (20% by mass), has a fairly high sensitivity and speed. Sensitive semiconductor element when interacting with gas changes the electrical conductivity. The disadvantage of the gas sensor is the lack of mechanical strength of the gas-sensitive element, which also reduces long-term stability, speed and resistance to external factors.

Известен пленарный сенсор горючих газов [2], в котором микрочип планарного термокаталитического сенсора горючих газов и паров, состоящий из общей для рабочего и сравнительного чувствительных элементов, пористой подложки из анодного оксида алюминия с расположенным на ней платиновым тонкопленочным конфигурированным покрытием, части которого, находящиеся на противоположных сторонах подложки и выполненные в форме меандра, служат микронагревателями-измерителями и обеспечивают нагрев активных зон микрочипа до рабочих температур и дифференциальное измерение выходного сигнала. Микронагреватели-измерители размещены на консолях, выступающих из общей конфигурации подложки, и отделены от центральной части подложки технологическими отверстиями для уменьшения теплоотвода от нагретых частей микрочипа. Такие решения позволяют снизить энергопотребление по сравнению с датчиками, в которых используются сплошные мембраны. Недостатком аналога является сложность сборки прибора на основе такого чипа: при помещении его в корпус типа ТО-8 необходимы специальные токоподводы и подставка для микрочипа. Кроме того, на каждый вывод измерителя приходится по два паянных (сварных) соединений, что приводит к снижению надежности.Known plenary sensor of combustible gases [2], in which the microchip of a planar thermocatalytic sensor of combustible gases and vapors, consisting of a common for the working and comparative sensitive elements, a porous substrate of anodic alumina with a platinum thin-film coated coating located on it, parts of which are on opposite sides of the substrate and made in the form of a meander, serve as microheaters-meters and provide heating of the active zones of the microchip to operating temperatures and different ntsialnoe measurement output signal. Microheaters-meters are placed on consoles protruding from the general configuration of the substrate, and are separated from the central part of the substrate by technological holes to reduce heat removal from the heated parts of the microchip. Such solutions can reduce power consumption compared to sensors that use solid membranes. The disadvantage of the analogue is the difficulty of assembling the device based on such a chip: when it is placed in a TO-8 type housing, special current leads and a stand for the microchip are needed. In addition, for each output of the meter there are two soldered (welded) joints, which leads to a decrease in reliability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению, принятым за прототип, является адсорбционно-резистивный газовый сенсор, описанный [3], и содержащий диэлектрическую подложку с отделенной от нее сквозной перфорацией рабочей областью, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформирована тонкопленочная система информационных электродов, связанная с контактными площадками системы информационных электродов токопроводящими дорожками, с нанесенной поверх пленкой чувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагреватель, связанный с контактными площадками нагревательного элемента, расположенными также на обратной стороне подложки, токопроводящими дорожками. В свою очередь, эти контактные площадки соединяются через металлизированные отверстия с контактными площадками, размещенными над ними на "лицевой" стороне диэлектрической подложки, что обеспечивает "стандартное" подключение к выводам корпуса с помощью тонких золотых проволочек и чувствительного элемента и нагревателя. Недостатком прототипа является усложнение технологии изготовления газового сенсора из-за необходимости использования металлизированных отверстий и снижение надежности прибора из-за значительного числа паянных или точечных сварных соединений золотых проволочек с контактными площадками (два соединения на каждый контакт).The closest in technical essence to the proposed solution adopted as a prototype is an adsorption-resistive gas sensor described [3], and containing a dielectric substrate with a working area separated from it through perforation, in which a thin-film information system is formed on one side of the dielectric substrate electrodes connected to the contact pads of the system of information electrodes with conductive tracks, coated with a film of sensitive material on the reverse side e dielectric substrate in the work area formed thin film heater associated with the contact pads of the heating element, also arranged on the back side of the substrate wirings. In turn, these contact pads are connected through metallic holes to the contact pads located above them on the "front" side of the dielectric substrate, which provides a "standard" connection to the case leads using thin gold wires and a sensitive element and heater. The disadvantage of the prototype is the complexity of the manufacturing technology of the gas sensor due to the need to use metallized holes and a decrease in the reliability of the device due to the significant number of soldered or spot welded joints of gold wires with contact pads (two connections per contact).

Технический результат заявляемого полезной модели направлен на повышение надежности газовых сенсоров и упрощение технологии изготовления полупроводниковых газовых сенсоров.The technical result of the claimed utility model is aimed at improving the reliability of gas sensors and simplifying the manufacturing technology of semiconductor gas sensors.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат достигается тем, что газовый сенсор, содержащий диэлектрическую подложку, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки, связанные информационными токопроводящими дорожками с нанесенной пленкой газочувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками нагревательного элемента с контактными площадками нагревательного элемента, дополнительно содержит керамический корпус, состоящий из нижней и верхней частей, для вертикального размещения диэлектрической подложки с рабочей областью сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части корпуса паза и направляющих выступов и паза и направляющих выступов верхней части корпуса. Нижняя часть корпуса имеет четыре наклонных выступа, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок на соответствующих сторонах диэлектрической подложки, в боковых стенках нижней части корпуса рядом с с наклонными выступами сделаны неглубокие пазы, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов нанесена платиновая металлизация для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала и нагревательным элементом газового сенсора соответственно. В верхней части корпуса сделаны четыре отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.The technical result is achieved by the fact that a gas sensor containing a dielectric substrate, in which a working area is formed in the form of a console using through perforation, in which information pads are formed on one side of the dielectric substrate, connected by information conductive tracks with a film of gas-sensitive material, on on the back of the dielectric substrate in the working area, a thin-film heating element is formed, connected by conductive LCD of the heating element with the contact pads of the heating element, further comprises a ceramic case, consisting of lower and upper parts, for vertical placement of the dielectric substrate with the working area of the sensor in the internal cavity of the housing using the grooves and guides and grooves located along the longitudinal central axis of the lower part of the housing and guides of the upper part of the housing. The lower part of the casing has four inclined protrusions directed outward and located two on opposite longitudinal walls of the casing perpendicular to the last, and their position relative to the central axis of the casing corresponds to the position of the contact pads on the respective sides of the dielectric substrate, in the side walls of the lower part of the casing next to the inclined protrusions shallow grooves are made, on which, like on the upper surface of the external inclined protrusions, platinum metallization is applied to ensure electrical contact with the film of the gas-sensitive material and the heating element of the gas sensor, respectively. Four openings are made in the upper part of the housing for access of ambient air to the internal cavity of the housing.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-9.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1-9.

На фиг. 1 представлен вид на газовый сенсор со стороны чувствительного элемента.In FIG. 1 shows a view of the gas sensor from the side of the sensing element.

На фиг. 2 представлен вид на газовый сенсор со стороны нагревателя.In FIG. 2 shows a view of the gas sensor from the side of the heater.

На фиг. 3 представлен вид на разрез газового сенсора по диэлектрической подложке в зоне рабочей области.In FIG. 3 is a sectional view of a gas sensor along a dielectric substrate in a region of a work area.

На фиг. 4 представлен вид сверху на нижнюю часть корпуса газового сенсора.In FIG. 4 is a plan view of the lower portion of the gas sensor housing.

На фиг. 5 представлен поперечный разрез нижней части корпуса газового сенсора.In FIG. 5 is a cross-sectional view of the lower part of the gas sensor housing.

На фиг. 6 представлен вид на нижнюю часть корпуса газового сенсора сбоку.In FIG. 6 is a side view of the lower part of the gas sensor housing.

На фиг. 7 представлен вид снизу на верхнюю часть корпуса газового сенсора.In FIG. 7 is a bottom view of the upper portion of the gas sensor housing.

На фиг. 8 представлен поперечный разрез верхней части корпуса газового сенсора.In FIG. 8 is a cross-sectional view of the upper portion of the gas sensor housing.

На фиг. 9 представлен поперечный разрез газового сенсора в сборе по линии отверстий в верхней части корпуса.In FIG. 9 is a cross-sectional view of the gas sensor assembly along the line of openings in the upper part of the housing.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 - диэлектрическая подложка;1 - dielectric substrate;

2 - рабочая область;2 - work area;

3 - информационные контактные площадки3 - information pads

4 - информационные токопроводящие дорожки;4 - information conductive tracks;

5 - пленка газочувствительного материала (чувствительный элемент);5 - film of gas-sensitive material (sensitive element);

6 - нагревательный элемент;6 - heating element;

7 - токопроводящие дорожки нагревательного элемента;7 - conductive paths of the heating element;

8 - контактные площадки нагревательного элемента;8 - contact pads of the heating element;

9 - нижняя часть корпуса;9 - the lower part of the housing;

10 - верхняя часть корпуса;10 - the upper part of the body;

11 - продольный паз в нижней части корпуса;11 - a longitudinal groove in the lower part of the housing;

12 - направляющие выступы нижней части корпуса;12 - guiding protrusions of the lower part of the housing;

13 - продольный паз в верхней части корпуса;13 - a longitudinal groove in the upper part of the housing;

14 - направляющие выступы верхней части корпуса;14 - guiding protrusions of the upper part of the housing;

15 - внешние наклонные выступы нижней части корпуса;15 - external inclined protrusions of the lower part of the housing;

16 - пазы в боковых стенках нижней части корпуса;16 - grooves in the side walls of the lower part of the housing;

17 - платиновая металлизация в пазах боковых стенок нижней части корпуса;17 - platinum metallization in the grooves of the side walls of the lower part of the housing;

18 - платиновая металлизация на верхних поверхностях внешних наклонных выступов нижней части корпуса;18 - platinum metallization on the upper surfaces of the external inclined protrusions of the lower part of the housing;

19 - отверстия в верхней части корпуса.19 - holes in the upper part of the housing.

Газовый сенсор содержит диэлектрическую подложку 1, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область 2, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки 3, связанные информационными токопроводящими дорожками 4 с нанесенной пленкой газочувствительного материала 5. На обратной стороне диэлектрической подложки 1 в рабочей области 2 сформирован тонкопленочный нагревательный элемент 6, связанный токопроводящими дорожками 7 нагревательного элемента с контактными площадками 8 нагревательного элемента. Керамический корпус, состоящий из нижней 9 и верхней 10 частей для вертикального размещения диэлектрической подложки 1 с рабочей областью 2 сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части 9 корпуса паза 11 и направляющих выступов 12 и паза 13 и направляющих выступов 14 верхней части корпуса. Нижняя часть 9 корпуса имеет четыре наклонных выступа 15, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках нижней части 9 корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок 3 и 8 на соответствующих сторонах диэлектрической подложки 1, в боковых стенках нижней части 9 корпуса рядом с наклонными выступами 15 сделаны неглубокие пазы 16, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов 15 нанесена платиновая металлизация 17 и 18 соответственно для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала 5 и нагревательным элементом 6 газового сенсора соответственно. В верхней части 10 корпуса сделаны четыре отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.The gas sensor contains a dielectric substrate 1, in which a working area 2 is formed in the form of a console using through perforation, in which information contact pads 3 are connected on one side of the dielectric substrate, connected by information conductive tracks 4 with a film of gas-sensitive material 5. On the reverse side a thin-film heating element 6 is formed in the working area 2 of the dielectric substrate 1, connected to the conductive paths 7 of the heating element with a stroke lands 8 of the heating element. Ceramic casing, consisting of lower 9 and upper 10 parts for vertical placement of the dielectric substrate 1 with the sensor working area 2 in the internal cavity of the housing using the grooves 11 and the guiding protrusions 12 and the groove 13 and the guiding protrusions 14 located along the longitudinal central axis of the lower part 9 of the housing top of the case. The lower part 9 of the casing has four inclined projections 15 directed outward and located two on opposite longitudinal walls of the lower part 9 of the casing perpendicular to the latter, and their position relative to the central axis of the casing corresponds to the position of the contact pads 3 and 8 on the respective sides of the dielectric substrate 1, in the side Shallow grooves 16 are made on the walls of the lower part 9 of the housing next to the inclined projections 15, on which, like the upper surface of the external inclined projections 15, a platinum metal is applied llizatsiya 17 and 18 respectively to provide electrical contact with the gas sensitive film material 5 and the heating element 6 of the gas sensor, respectively. Four openings are made in the upper part of the housing 10 for access of ambient air into the internal cavity of the housing.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.

Рабочая область 2, сформированная в диэлектрической подложке 1 из Al2O3 керамики толщиной 60 мкм в виде консоли с помощью сквозной перфорации, выполненной методом лазерной микрофрезеровки, и содержащая пленку газочувствительного материала 5, нанесенную на одну из сторон рабочей области 2, совместно с токопроводящими дорожками 4, соединенными с информационными контактными площадками 3, расположенными на той же стороне диэлектрической подложки 1, и тонкопленочный нагревательный элемент 6, размещенный на обратной стороне рабочей области 2, связанный токопроводящими дорожками 7 нагревательного элемента с контактными площадками 8 нагревательного элемента, представляют собой элементарный газовый сенсор (фиг. 1-3). Токопроводящие дорожки 4 и информационные контактные площадки 3, расположенные на одной стороне диэлектрической подложке 1, и токопроводящие дорожки 7 нагревательного элемента и контактные площадки 8 нагревательного элемента, размещенные на обратной стороне диэлектрической подложки 1, сформированы методом прецизионной лазерной микрофрезеровки предварительно нанесенной платиновой металлизации, причем нагревательный элемент 6 представляет собой узкий участок токопроводящей дорожки. Благодаря высокому сопротивлению этого участка при протекании тока на нем рассеивается «основная» часть энергии, что, в свою очередь, вызывает локальный нагрев рабочей области 2 и, следовательно, пленки газочувствительного материала 5 и обеспечивает перевод его в рабочий режим. Выбором состава пленки газочувствительного материала 5 и путем ее последующей термической обработки обеспечивается селективность газового сенсора к определенному газу. Подключение информационных контактных площадок 3 и контактных площадок 8 нагревательного элемента к внешней измерительной схеме и внешнему источнику питания обеспечивается при размещении диэлектрической подложки 1 в нижней части 9 корпуса газового сенсора, выполненного из Al2O3 керамической подложки толщиной 0,5 мм. Благодаря наличию продольного паза 11 и направляющих выступов 15, созданных с помощью прецизионной лазерной фрезеровки в нижней части 9 корпуса, диэлектрическая подложка 1 размещается строго вертикально ориентированной с микронными зазорами относительно боковых стенок нижней части 9 корпуса (фиг. 4, фиг. 5). При этом после фиксации контакта пазов 16 боковых стенках нижней части 9 корпуса с предварительно нанесенной на них платиновой металлизацией 17 и соответствующих информационных контактных площадок 3 и контактных площадок 8 нагревательного элемента с помощью платиновой пасты и последующей термической обработки через платиновую металлизацию 18 на верхних поверхностях внешних наклонных выступов 15 нижней части 9 корпуса (фиг. 6, фиг. 9) нагревательный элемент 6 может быть подключен к источнику питания, что обеспечит перевод газового сенсора в рабочее состояние, а пленка газочувствительного материала 5 может быть подключена к измерительной схеме. Для защиты тонкопленочных элементов газового сенсора от случайных повреждений служит верхняя часть 10 корпуса. Фиксация положения диэлектрической подложки 1 производится с помощью направляющих выступов 14 верхней части 10 корпуса и продольного паза 13 в верхней части 10 корпуса (фиг. 7, фиг. 8). Внешние наклонные выступы 15 нижней части 9 корпуса с нанесенной на них платиновой металлизацией 18 служат для фиксации газового сенсора на плате (корпус газового сенсора соответствует типоразмеру SOT 23). Для калибровки газового сенсора используется стандартная процедура на основе предварительных исследований температурных и концентрационных зависимостей S=f(C,T) газовой чувствительности. По достижению заданных рабочих температур проводится серия измерений значений электрического сопротивления газочувствительного элемента в чистом воздухе с помощью внешней измерительной схемы. После стабилизации значений электрического сопротивления газочувствительного элемента 5 при определенной рабочей температуре, полученные результаты составляют базовые зависимости (опорный сигнал) сенсора. Под воздействием анализируемой смеси газов происходит изменение электрического сопротивления пленки газочувствительного элемента 5 вследствие адсорбции молекул газов ее поверхностью. По истечению времени отклика сопротивление газового сенсора достигает стабильного значения. Аналитический сигнал S от чувствительного элемента 5 определяются как отношение его сопротивления в газовой смеси к базовой зависимости S=Rсм/Rатм. С помощью концентрационных и температурных зависимостей чувствительности S=f(C,T) газового сенсора и данных измерений определяются концентрации детектируемого газа в анализируемой смеси.The working area 2, formed in a dielectric substrate 1 of Al 2 O 3 ceramic 60 μm thick in the form of a cantilever using through perforation made by laser micro-milling, and containing a film of gas-sensitive material 5, deposited on one side of the working area 2, together with conductive tracks 4 connected to information pads 3 located on the same side of the dielectric substrate 1, and a thin-film heating element 6 located on the back side of the working area 2, connected anny wirings 7 of the heating element with the contact pads 8 of the heating element constitute an elementary gas sensor (FIGS. 1-3). The conductive paths 4 and information contact pads 3 located on one side of the dielectric substrate 1, and the conductive paths 7 of the heating element and the contact pads 8 of the heating element located on the back side of the dielectric substrate 1, are formed by precision laser micro-milling of previously applied platinum metallization, and the heating element 6 is a narrow portion of the conductive path. Due to the high resistance of this section during the flow of current, the "main" part of the energy is dissipated on it, which, in turn, causes local heating of the working area 2 and, consequently, the film of gas-sensitive material 5 and ensures its transfer to the operating mode. The choice of the composition of the film of gas-sensitive material 5 and by its subsequent heat treatment ensures the selectivity of the gas sensor to a specific gas. The connection of information contact pads 3 and contact pads 8 of the heating element to an external measuring circuit and an external power source is ensured by placing a dielectric substrate 1 in the lower part 9 of the gas sensor housing made of 0.5 mm thick Al 2 O 3 ceramic substrate. Due to the presence of a longitudinal groove 11 and guide protrusions 15 created by precision laser milling in the lower part 9 of the housing, the dielectric substrate 1 is placed strictly vertically oriented with micron gaps relative to the side walls of the lower part 9 of the housing (Fig. 4, Fig. 5). Moreover, after fixing the contact of the grooves 16 of the side walls of the lower part 9 of the casing with platinum metallization 17 previously applied to them and the corresponding information pads 3 and contact pads 8 of the heating element using platinum paste and subsequent heat treatment through platinum metallization 18 on the upper surfaces of the external inclined surfaces the protrusions 15 of the lower part 9 of the housing (Fig. 6, Fig. 9), the heating element 6 can be connected to a power source, which will ensure the transfer of the gas sensor to a general condition, and the film of gas-sensitive material 5 can be connected to the measuring circuit. To protect the thin-film elements of the gas sensor from accidental damage, the upper part 10 of the housing serves. The position of the dielectric substrate 1 is fixed using the guide projections 14 of the upper part 10 of the housing and the longitudinal groove 13 in the upper part 10 of the housing (Fig. 7, Fig. 8). The external inclined projections 15 of the lower part 9 of the housing with platinum metallization 18 deposited on them serve to fix the gas sensor on the board (the gas sensor housing corresponds to SOT 23 size). To calibrate the gas sensor, a standard procedure is used based on preliminary studies of the temperature and concentration dependences S = f (C, T) of gas sensitivity. Upon reaching the specified operating temperatures, a series of measurements of the electrical resistance of the gas-sensitive element in clean air is carried out using an external measuring circuit. After stabilizing the values of the electrical resistance of the gas-sensing element 5 at a certain operating temperature, the results obtained form the basic dependences (reference signal) of the sensor. Under the influence of the analyzed gas mixture, the electrical resistance of the film of the gas-sensitive element 5 changes due to the adsorption of gas molecules by its surface. After the response time, the resistance of the gas sensor reaches a stable value. The analytical signal S from the sensing element 5 is defined as the ratio of its resistance in the gas mixture to the base dependence S = R cm / R atm . Using the concentration and temperature dependences of the sensitivity S = f (C, T) of the gas sensor and measurement data, the concentrations of the detected gas in the analyzed mixture are determined.

Таким образом заявляемое устройство обеспечивает по сравнению с прототипом повышение надежности благодаря существенному уменьшению количества паянных (проволочных) соединений внутри корпуса газового сенсора и упрощение технологии изготовления.Thus, the claimed device provides, in comparison with the prototype, an increase in reliability due to a significant reduction in the number of soldered (wire) joints inside the gas sensor housing and the simplification of manufacturing technology.

Список литературных источниковList of literary sources

1. Патент на изобретение 2509303 Российская Федерация, МПК G01N 27.14. Полупроводниковый газовый сенсор /Сердюк И.В., Смирнов М.С. Заявл. 10.03.2012, опубл. 10.03.2014, Бюл. №7.1. Patent for invention 2509303 Russian Federation, IPC G01N 27.14. Semiconductor gas sensor / Serdyuk I.V., Smirnov M.S. Claim 03/10/2012, publ. 03/10/2014, Bull. Number 7.

2. Патент на изобретение 2593527 Российская Федерация, МПК G01N 27/18, G01N 25/32. Планарный термокаталитический сенсор горючих газов и паров /Карпов Е.Е., Карелин А.П., Сучков А.А. и др. - Заявка: 2015116151/28, 29.04.2015, опубл. 10.08.2016. Бюл. №22.2. Patent for invention 2593527 Russian Federation, IPC G01N 27/18, G01N 25/32. The planar thermocatalytic sensor of combustible gases and vapors / Karpov E.E., Karelin A.P., Suchkov A.A. and others. - Application: 2015116151/28, 04/29/2015, publ. 08/10/2016. Bull. Number 22.

3. Патент на полезную модель BY U №10187, Республика Белоруссия. Адсорбционно-резистивный газовый сенсор, МПК G01N 27/12 (2006/01) /Авторы: Мухуров Н.И., Денисюк С.В., Куданович О.Н. Номер заявки U 20131038, Опубл. 30.06.2014.3. Patent for utility model BY U No. 10187, Republic of Belarus. Adsorption-resistive gas sensor, IPC G01N 27/12 (2006/01) / Authors: Mukhurov NI, Denisyuk SV, Kudanovich ON Application Number U 20131038, Publ. 06/30/2014.

Claims (1)

Газовый сенсор, содержащий диэлектрическую подложку, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки, связанные информационными токопроводящими дорожками с нанесенной пленкой газочувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками нагревательного элемента с контактными площадками нагревательного элемента, отличающийся тем, что он дополнительно содержит керамический корпус, состоящий из нижней и верхней частей, для вертикального размещения диэлектрической подложки с рабочей областью сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части корпуса паза и направляющих выступов, и паза, и направляющих выступов верхней части корпуса нижняя часть корпуса имеет четыре наклонных выступа, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок на соответствующих сторонах диэлектрической подложки, в боковых стенках нижней части корпуса рядом с наклонными выступами сделаны пазы, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов, нанесена платиновая металлизация для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала и нагревательным элементом газового сенсора соответственно, в верхней части корпуса сделаны отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.A gas sensor containing a dielectric substrate in which a working area is formed in the form of a console using through perforation, in which information pads are formed on one side of the dielectric substrate, connected by information conductive tracks with a film of gas-sensitive material, on the back of the dielectric substrate in the working a thin-film heating element is formed in the region, connected by the conductive paths of the heating element to the contact mi pads of the heating element, characterized in that it further comprises a ceramic case, consisting of lower and upper parts, for vertical placement of the dielectric substrate with the working area of the sensor in the inner cavity of the housing using the grooves and guide projections located along the longitudinal central axis of the lower part of the housing, and the groove and the guiding protrusions of the upper part of the housing, the lower part of the housing has four inclined protrusions directed outward and located two in opposite lengths the walls of the housing perpendicular to the latter, and their position relative to the central axis of the housing corresponds to the position of the contact pads on the respective sides of the dielectric substrate, grooves are made in the side walls of the lower part of the housing near the inclined protrusions, on which, like the upper surface of the external inclined protrusions, platinum is applied metallization to ensure electrical contact with the film of the gas-sensitive material and the heating element of the gas sensor, respectively, in the upper openings for access of ambient air to the internal cavity of the housing are made to it.
RU2019120319U 2019-06-28 2019-06-28 GAS SENSOR RU192938U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120319U RU192938U1 (en) 2019-06-28 2019-06-28 GAS SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120319U RU192938U1 (en) 2019-06-28 2019-06-28 GAS SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU192938U1 true RU192938U1 (en) 2019-10-08

Family

ID=68162628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019120319U RU192938U1 (en) 2019-06-28 2019-06-28 GAS SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU192938U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196983U1 (en) * 2019-11-07 2020-03-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) GAS SENSOR

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546787A (en) * 1992-02-18 1996-08-20 Roth-Technik Gmbh & Co. Housing for gas sensors
RU120775U1 (en) * 2012-06-04 2012-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Политех-Информ" GAS SENSOR
RU2532428C1 (en) * 2013-07-16 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Manufacturing method of gas sensor with nanostructure, and gas sensor on its basis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546787A (en) * 1992-02-18 1996-08-20 Roth-Technik Gmbh & Co. Housing for gas sensors
RU120775U1 (en) * 2012-06-04 2012-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Политех-Информ" GAS SENSOR
RU2532428C1 (en) * 2013-07-16 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Manufacturing method of gas sensor with nanostructure, and gas sensor on its basis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196983U1 (en) * 2019-11-07 2020-03-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) GAS SENSOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3400438B2 (en) Test element analysis system
US4639305A (en) Electrochemical element
JP2730798B2 (en) Temperature control for portable diagnostic systems
JPS61186847A (en) Gas sensor with plurality of sensor element
CN101504384A (en) Gas sensor chip and gas sensor provided therewith
RU192938U1 (en) GAS SENSOR
JP2005500509A (en) Thin film ppb oxygen sensor
CN107533023B (en) Planar thermocatalytic sensor for combustible gases and vapors
KR970002295A (en) Gas sensor
RU196983U1 (en) GAS SENSOR
JP3083622B2 (en) Gas sensor
RU199011U1 (en) GAS SENSOR
KR20020011379A (en) Semiconductor gas sensor with housing and method for measuring of gas concentrations
US9207126B2 (en) Infrared light sensor chip with high measurement accuracy and method for producing the infrared light sensor chip
RU192819U1 (en) GAS SENSOR
RU196427U1 (en) CERAMIC HOUSING FOR GAS-SENSITIVE SEMICONDUCTOR SENSOR
JP2000206081A (en) Gas sensor with two electrodes
RU22557U1 (en) SENSOR FOR MEASURING CARBON OXIDE CONCENTRATION
US4912304A (en) Thick-film incubator
JPH04115545A (en) Probe card
RU2076315C1 (en) Resistive gas transducer
PL229704B1 (en) Integrated matrix of gas sensors
RU75052U1 (en) THERMOANEMOMETRIC SENSOR
JPS60159621A (en) Temperature sensor with temperature depending measuring element
JPS63180848A (en) Air-fuel ratio measuring apparatus