RU196983U1 - GAS SENSOR - Google Patents
GAS SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU196983U1 RU196983U1 RU2019135813U RU2019135813U RU196983U1 RU 196983 U1 RU196983 U1 RU 196983U1 RU 2019135813 U RU2019135813 U RU 2019135813U RU 2019135813 U RU2019135813 U RU 2019135813U RU 196983 U1 RU196983 U1 RU 196983U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- protrusions
- dielectric substrate
- grooves
- walls
- Prior art date
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 селективности и стабильности работы газового сенсора.Сущность полезной модели заключается в том, что диэлектрическая подложка, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована рабочая область, на одной из сторон которой расположен тонкопленочный чувствительный элемент, связанный платиновыми пленочными дорожками с информационными контактными площадками, а на другой стороне - тонкопленочный нагревательный элемент, связанный с контактными площадками нагревателя, помещается в керамический корпус в горизонтальном положении. Для такого размещения в нижней части корпуса с помощью прецизионной лазерной микрофрезеровки вдоль продольных и поперечных стенок сделаны направляющие выступы. В продольных стенках нижней части корпуса имеются четыре паза, расположение которых по горизонтали соответствует положению контактных площадок на диэлектрической подложке с рабочей областью, а глубина пазов на противоположных продольных стенках нижней части корпуса отличается на величину, соответствующую толщине диэлектрической подложки с рабочей областью. На продольных стенках нижней части корпуса у пазов имеются внешние наклонные выступы, на которые нанесена платиновая металлизация, что позволяет с помощью платиновой пасты и термообработки осуществить контакты металлизации внешних наклонных выступов, боковых пазов и контактных площадок газового сенсора, а также фиксацию верхней части корпуса, в которой сделаны специальные выступы, «входящие» в соответствующие пазы нижней части корпуса. В верхней части корпуса сделаны отверстия для доступа воздуха во внутренний объем корпуса. Благодаря горизонтальному расположению рабочей области сенсора обеспечивается равномерный нагрев всех участков газочувствительного элемента и, тем самым, высокая стабильная селективность газового сенсора. 10 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 selectivity and stability of the gas sensor. The essence of the utility model is that a dielectric substrate in which a working region is formed by perforation, on one side of which there is a thin-film sensitive element connected by platinum film tracks with information contact pads, and on the other side, a thin-film heating element connected to the contact pads of the heater is placed in kera matic housing in the horizontal position. For such an arrangement, guiding protrusions are made in the lower part of the housing using precision laser micro-milling along the longitudinal and transverse walls. There are four grooves in the longitudinal walls of the lower part of the case, the horizontal arrangement of which corresponds to the position of the contact pads on the dielectric substrate with the working area, and the depth of the grooves on the opposite longitudinal walls of the lower part of the case differs by an amount corresponding to the thickness of the dielectric substrate with the working area. On the longitudinal walls of the lower part of the housing, the grooves have external inclined protrusions, on which platinum metallization is applied, which allows using platinum paste and heat treatment to make metallization contacts of the external inclined protrusions, side grooves and contact pads of the gas sensor, as well as fixing the upper part of the housing, in which made special protrusions, "included" in the corresponding grooves in the lower part of the housing. In the upper part of the body, openings are made for air to enter the internal volume of the body. Due to the horizontal arrangement of the working area of the sensor, uniform heating of all sections of the gas-sensitive element is ensured and, thereby, high stable selectivity of the gas sensor. 10 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.
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 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.
Уровень техникиState of the art
Из существующего уровня техники известен полупроводниковый газовый сенсор [1], 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.A semiconductor gas sensor [1] is known from the prior art, in which a microchip of a planar thermocatalytic sensor of combustible gases and vapors, consisting of a porous substrate made of anode alumina with a platinum thin-film coating coated on it, part of which is common for working and comparative sensitive elements, part of which located 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 micro Ipa to operating temperatures and differential 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 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.
Известен газовый сенсор, описанный [2], 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 чувствительного элемента и нагревателя. Недостатком устройства является усложнение технологии изготовления газового сенсора из-за необходимости использования металлизированных отверстий в диэлектрической подложке и снижение надежности прибора из-за значительного числа паянных или точечных сварных соединений золотых проволочек с контактными площадками (два соединения на каждый контакт).A known gas sensor described [2], containing a dielectric substrate with a working region separated from it by perforation in which a thin-film information electrode system is formed on one side of the dielectric substrate, connected to the contact pads of the information electrode system by conductive tracks, with a sensitive film deposited on top material, on the reverse side of the dielectric substrate in the working area, a thin-film heater is formed associated with the contact areas adki heating element, also located on the reverse side of the substrate, conductive tracks. In turn, these contact pads are connected through metallized holes with 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 of the sensing element and heater. The disadvantage of this device is the complexity of the manufacturing technology of the gas sensor due to the need to use metallized holes in the dielectric substrate and the decrease in 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).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению, принятым за прототип, является адсорбционно-резистивный газовый сенсор, описанный [3], содержащий диэлектрическую подложку, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована 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, причем диэлектрическая подложка 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. При этом исключается необходимость использования дополнительных контактных площадок и металлизированных отверстий в диэлектрической подложке для подключения нагревателя к внешним выводам и, тем самым повышается надежность газового сенсора.The closest in technical essence to the proposed solution adopted as a prototype is an adsorption-resistive gas sensor described [3], containing a dielectric substrate in which a working region is formed using 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 a conductive track with contact pads of the heater, and the dielectric substrate is placed in a ceramic case, in the lower and upper parts of which longitudinal precision grooves and guiding protrusions are created using precision laser micro-milling, which allow the substrate to be oriented vertically with the sensor and heater and align the contact pads on both sides of the substrate with corresponding grooves on the side walls of the lower part of the housing. This eliminates the need to use additional contact pads and metallized holes in the dielectric substrate to connect the heater to external terminals and, thereby, increases the reliability of the gas sensor.
Недостатком прототипа является неравномерность нагрева различных участков чувствительного элемента газового сенсора по высоте при вертикальном размещении диэлектрической подложки в корпусе, из-за явления конвекции, что приводит к снижению селективности сенсора. Снижение селективности обусловлено тем, что все газы-восстановители имеют одинаковый характер воздействия на газочувствительные металлооксидные слои в сторону увеличения электропроводности. При этом максимумы чувствительности газового сенсора к некоторым газам на шкале температуры расположены достаточно близко, а зависимость селективности от температуры носит резкий характер [4, 5]. Поэтому даже относительно небольшое различие в температурах разных участков газочувствительного слоя приводит к ухудшению одного из важнейших параметров газового сенсора - селективности.The disadvantage of the prototype is the uneven heating of various sections of the sensing element of the gas sensor in height during vertical placement of the dielectric substrate in the housing, due to the phenomenon of convection, which reduces the selectivity of the sensor. The decrease in selectivity is due to the fact that all reducing gases have the same character of action on gas-sensitive metal oxide layers in the direction of increasing electrical conductivity. In this case, the maxima of the sensitivity of the gas sensor to some gases on the temperature scale are located quite close, and the dependence of selectivity on temperature is sharp [4, 5]. Therefore, even a relatively small difference in the temperatures of different parts of the gas-sensitive layer leads to the deterioration of one of the most important parameters of the gas sensor - selectivity.
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на повышение селективности газового сенсора и стабильности его работы. Раскрытие сущности полезной моделиThe technical result of the claimed utility model is aimed at increasing the selectivity of the gas sensor and the stability of its operation. Utility Model Disclosure
Технический результат достигается тем, что газовый сенсор, содержащий диэлектрическую подложку с рабочей областью, отделенной от диэлектрической подложки сквозной перфорацией, в которой на одной из сторон сформированы информационные контактные площадки, связанные информационными токопроводящими дорожками с нанесенной в рабочей области 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, и керамический корпус, состоящий из нижней части и верхней части для размещения диэлектрической подложки с рабочей областью во внутренней полости корпуса, причем нижняя часть корпуса имеет четыре наклонных выступа, направленных вовне и расположенных по два на противоположных продольных стенках корпуса перпендикулярно последним, характеризуется тем, что внутри нижней части корпуса сделаны имеющие одинаковую высоту выступы вдоль продольных и поперечных стенок нижней части корпуса для горизонтального размещения диэлектрическую подложку с рабочей областью, причем выступы вдоль продольных стенок имеют меньшую ширину, чем выступы вдоль поперечных, которые имеют ту же ширину, что и направленные вовне два наклонных выступа, примыкающие к левой продольной стенке нижней части корпуса (вид сверху) и два наклонных выступа, примыкающие к правой продольной стенке нижней части корпуса соответственно, и их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению направленных вовне наклонных выступов, примыкающих по два к левой и правой продольным стенкам нижней части корпуса соответственно и двух пазов в левой продольной стенке и двух пазов в правой продольной стенке нижней части корпуса, причем ширина пазов также равна ширине наклонных выступов нижней части корпуса, наклонные выступы, примыкающие к левой продольной стенке нижней части корпуса, имеют одинаковую высоту с выступами, идущими вдоль продольных стенок нижней части корпуса, а плоская нижняя поверхность пазов в левой продольной стенке нижней части корпуса находится на одном уровне с верхней кромкой внешних наклонных выступов, примыкающих к левой продольной стенке нижней части корпуса, в углах нижней части корпуса, примыкающих к правой продольной стенке и поперечным стенкам нижней части корпуса имеются дополнительные выступы, ширина которых меньше ширины соответствующего паза и выбрана такой, что расстояние между дополнительными выступами равны длине диэлектрической подложки с рабочей областью, а верхняя плоская поверхность дополнительных выступов находится на одном уровне с плоской нижней поверхностью пазов в правой продольной стенке нижней части корпуса и верхней кромкой наклонных выступов, примыкающих к правой продольной стенке нижней части корпуса, дополнительные выступы достигают по глубине одной трети соответствующих поперечных стенок нижней части корпуса, причем разница в высоте направленных вовне наклонных выступов, примыкающих соответственно к правой и левой продольным стенкам нижней части корпуса равна толщине диэлектрической подложки с рабочей областью, а расстояние между продольными стенками нижней части корпуса равно ширине диэлектрической подложки с рабочей областью, на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов нанесена платиновая металлизация, на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов и на плоскую поверхность пазов в продольных стенках нанесена платиновая металлизация для обеспечения электрического контакта с контактными площадками, расположенными на диэлектрической подложке газового сенсора, верхняя часть корпуса газового сенсора имеет четыре направленных вниз выступа, длина и ширина верхней части корпуса равна расстоянию между внутренними вертикальными плоскостями поперечных стенок нижней части корпуса и расстоянию между внутренними вертикальными плоскостями продольных стенок нижней части корпуса соответственно, четыре направленные вниз выступа верхней части корпуса расположены зеркально расположению пазов в продольных стенках нижней части корпуса, их ширина равна ширине пазов в продольных стенках нижней части корпуса, размер по вертикальной оси, отсчитываемый от верхней плоской поверхности верхней части корпуса, для выступов, расположенных на правой и левой стороне верхней части корпуса, равен глубине пазов одноименных продольных стенках нижней части корпуса, кроме того в верхней части корпуса сделаны отверстия для доступа воздуха во внутреннюю полость корпуса газового сенсора.The technical result is achieved in that a gas sensor containing a dielectric substrate with a working area separated from the dielectric substrate by perforation, in which on one side information pads are formed, connected by information conductive tracks with a film of gas-sensitive material deposited in the working area, on the back side a thin-film heating element is connected in the working area to the dielectric substrate, which is connected by heating conductive paths solid element with contact pads of the heating element, and a ceramic case, consisting of a lower part and an upper part for accommodating a dielectric substrate with a working area in the inner cavity of the housing, the lower part of the housing has four inclined projections directed outward and located two on opposite longitudinal walls of the housing perpendicular to the latter, characterized in that protrusions along the longitudinal and transverse walls of the lower parts of the housing for horizontal placement of the dielectric substrate with the working area, and the protrusions along the longitudinal walls have a smaller width than the protrusions along the transverse, which have the same width as the outwardly directed two inclined protrusions adjacent to the left longitudinal wall of the lower part of the housing (view above) and two inclined protrusions adjacent to the right longitudinal wall of the lower part of the housing, respectively, and their position relative to the central axis of the housing corresponds to the position of the outward inclined protrusions adjacent two to the left and right longitudinal walls of the lower part of the housing, respectively, and two grooves in the left longitudinal wall and two grooves in the right longitudinal wall of the lower part of the housing, and the width of the grooves is also equal to the width of the inclined protrusions of the lower part of the housing, the inclined protrusions adjacent to the left longitudinal wall of the lower part of the casing, have the same height with the protrusions running along the longitudinal walls of the lower part of the casing, and the flat lower surface of the grooves in the left longitudinal wall of the lower part of the casing is at the same level with the upper edge of the external inclined protrusions adjacent to the left longitudinal wall of the lower part of the housing, in the corners of the lower part of the housing adjacent to the right longitudinal wall and the transverse walls of the lower part of the housing there are additional protrusions whose width is less than the width of the corresponding groove and is selected, that the distance between the additional protrusions is equal to the length of the dielectric substrate with the working area, and the upper flat surface of the additional protrusions is at the same level with the flat lower surface The surface of the grooves in the right longitudinal wall of the lower part of the housing and the upper edge of the inclined protrusions adjacent to the right longitudinal wall of the lower part of the housing, additional protrusions reach in depth one third of the corresponding transverse walls of the lower part of the housing, and the difference in height is directed outwardly inclined protrusions adjacent respectively to the right and left longitudinal walls of the lower part of the housing is equal to the thickness of the dielectric substrate with the working area, and the distance between the longitudinal walls of the lower part is pus is equal to the width of the dielectric substrate with the working area, platinum metallization is deposited on the upper surface of the external inclined protrusions, platinum metallization is applied on the upper surface of the external inclined protrusions and on the flat surface of the grooves in the longitudinal walls to provide electrical contact with the contact areas located on the dielectric substrate of the gas sensor , the upper part of the gas sensor housing has four downward projections, the length and width of the upper part of the housing is equal to standing between the inner vertical planes of the transverse walls of the lower part of the body and the distance between the internal vertical planes of the longitudinal walls of the lower part of the body, respectively, four downward protrusions of the upper part of the body are mirrored to the grooves in the longitudinal walls of the lower part of the body, their width is equal to the width of the grooves in the longitudinal walls of the lower parts of the casing, the size along the vertical axis, measured from the upper flat surface of the upper part of the casing, for protrusions, located на on the right and left side of the upper part of the casing is equal to the depth of the grooves of the same longitudinal walls of the lower part of the casing, in addition, openings are made in the upper part of the casing for air to enter the internal cavity of the gas sensor casing.
Ниже приведен пример конкретной реализации устройства. Он поясняется чертежами, приведенными на фиг. 1 - 10.The following is an example of a specific device implementation. It is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 - 10.
На фиг. 1 представлен вид на диэлектрическую подложку с рабочей областью со стороны чувствительного элемента.In FIG. 1 shows a view of a dielectric substrate with a working area from the side of the sensing element.
На фиг. 2 представлен вид на диэлектрическую подложку с рабочей областью со стороны нагревателя.In FIG. 2 shows a view of a dielectric substrate with a working area from the side of the heater.
На фиг. 3 представлен вид на разрез диэлектрической подложки в зоне рабочей области.In FIG. 3 is a sectional view of 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 сбоку на нижнюю часть корпуса газового сенсора.In FIG. 6 is a side view of the lower part of the gas sensor housing.
На фиг. 7 показано размещение диэлектрической подложки в нижней части корпуса газового сенсораIn FIG. 7 shows the placement of the dielectric substrate in the lower part of the gas sensor housing
На фиг. 8 представлен вид снизу на верхнюю часть корпуса газового сенсора.In FIG. 8 is a bottom view of the upper portion of the gas sensor housing.
На фиг. 9 представлен вид сбоку на верхнюю часть корпуса газового сенсора.In FIG. 9 is a side view of the upper portion of the gas sensor housing.
На фиг. 10 представлен вид сбоку на газовый сенсор в сборе.In FIG. 10 is a side view of the gas sensor assembly.
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 - продольные стенки в нижней части корпуса;11 - longitudinal walls in the lower part of the housing;
12 - поперечные стенки в нижней части корпуса;12 - transverse walls in the lower part of the housing;
13 -выступы вдоль продольных стенок в нижней части корпуса;13 - protrusions along the longitudinal walls in the lower part of the housing;
14 - выступы вдоль поперечных стенок в нижней части корпуса;14 - protrusions along the transverse walls in the lower part of the housing;
15 - внешние наклонные выступы левой продольной стенки нижней части корпуса;15 - external inclined protrusions of the left longitudinal wall of the lower part of the housing;
16 - внешние наклонные выступы правой продольной стенки нижней части корпуса;16 - external inclined protrusions of the right longitudinal wall of the lower part of the housing;
17 - пазы в левой продольной стенке нижней части корпуса;17 - grooves in the left longitudinal wall of the lower part of the housing;
18 - пазы в правой продольной стенке нижней части корпуса;18 - grooves in the right longitudinal wall of the lower part of the housing;
19 - дополнительные выступы в углах нижней части корпуса, примыкающие к правой продольной стенке;19 - additional protrusions in the corners of the lower part of the housing adjacent to the right longitudinal wall;
20 - платиновая металлизация на верхних поверхностях внешних наклонных выступов нижней части корпуса;20 - platinum metallization on the upper surfaces of the external inclined protrusions of the lower part of the housing;
21 - внешние выступы на правой стороне верхней части корпуса (вид сверху);21 - external protrusions on the right side of the upper part of the housing (top view);
22 - внешние выступы на левой стороне верхней части корпуса;22 - external protrusions on the left side of the upper part of the housing;
23 - отверстия в верхней части корпуса.23 - holes in the upper part of the housing.
Газовый сенсор содержит диэлектрическую подложку 1, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована рабочая область 2, в диэлектрической подложке 1 на одной из сторон 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 состоит из нижней 9 и верхней 10 частей для горизонтального размещения диэлектрической подложки 1 с рабочей областью 2 сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных вдоль продольных стенок 11 и поперечных стенок 12 нижней части 9 корпуса и имеющих одинаковую высоту выступов 13 и 14 соответственно. К левой и правой продольным 11 стенкам нижней части 9 корпуса примыкают внешние наклонные выступы 15 и 16 соответственно, в левой и правой продольной 11 стенках сделаны пазы 17 и 18 соответственно. В углах нижней части 9 корпуса, примыкающих к правой продольной 11 стенке, расположены дополнительные выступы 19, на верхние поверхности внешних наклонных выступов нижней части корпуса нанесена платиновая металлизация 20, в верхней 10 части корпуса имеются четыре направленных вниз выступа - два на правой 21 и два на левой 22 стороне, расположенные "зеркально" расположению пазов 18 и 17 в продольных 11 стенках нижней части корпуса, их размеры по горизонтальной оси равны ширине пазов, а высота по вертикальной оси, отсчитываемая от верхней плоской поверхности верхней части корпуса для направленных вниз выступов 21, расположенных на правой стороне верхней части 10 корпуса равен глубине пазов 18 нижней части 9 корпуса, а для направленных вниз выступов 22 - глубине пазов 17 нижней части 9 корпуса, в верхней части 10 корпуса сделаны сквозные отверстия для доступа воздуха во внутренний объем корпуса.The gas sensor contains a
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 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 6, 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 с помощью платиновой пасты и дальнейшей термообработки. Диэлектрическая подложка 1 помещается в нижней части 9 корпуса (фиг. 4-6) с использованием продольных стенок 11, выступов 13 вдоль продольных стенок 11 в нижней части 9 корпуса и дополнительных выступов 19 в углах нижней части 9 корпуса, примыкающих к правой продольной стенке (фиг. 7). Перед размещением диэлектрической подложки 1 на выступах 13 вдоль продольных стенок 11 в нижней части 9 корпуса на нижние плоские поверхности пазов 17 левой продольной стенки 11 нижней части 9 корпуса и на участки выступов 14 вдоль поперечных стенок 12, прилегающих к пазам 17 продольной стенки 11, наносятся микрокапли платиновой пасты, а после помещения диэлектрической подложки 1 в нижней части 9 корпуса, микрокапли платиновой пасты наносятся на нижние плоские поверхности пазов 18 правой продольной стенки 11 нижней части 9 корпуса и на дополнительные выступы 19. Для защиты тонкопленочных элементов газового сенсора случайных повреждений служит верхняя часть 10 корпуса. Соединение нижней 9 и верхней 10 частей корпуса осуществляется с помощью пазов 17 и 18 в продольных стенках 11 нижней части 9 и направленных вниз выступов 21 и 22 верхней 10 части корпуса. Фиксация положения диэлектрической подложки 1, соединения нижней 9 и верхней 10 частей корпуса газового сенсора, а также контакт металлизации внешних наклонных выступов левой и правой продольных стенок нижней части 9 корпуса осуществляется с помощью термообработки. 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, Т) газового сенсора и данных измерений определяются концентрации детектируемого газа в анализируемой смеси.The
В заявляемом устройстве чип газового сенсора расположен в керамическом корпусе горизонтально, что нивелирует влияние конвекции на равномерность нагрева всех участков газочувствительной пленки в рабочей области сенсора, которое имеет место при вертикальном размещении чипа. Поскольку максимумы чувствительности газочувствительной пленки сенсора к некоторым газам на шкале температуры различаются на 10 - 20°С при рабочих температурах 250 - 500°С, то даже относительно небольшое отличие в температуре разных участков пленки может оказать существенно повлиять на селективность газового сенсора.In the inventive device, the gas sensor chip is located in a ceramic case horizontally, which eliminates the effect of convection on the uniformity of heating of all sections of the gas-sensitive film in the working area of the sensor, which occurs when the chip is placed vertically. Since the maxima of the sensitivity of the gas-sensitive film of the sensor to certain gases on the temperature scale differ by 10 - 20 ° C at operating temperatures of 250 - 500 ° C, even a relatively small difference in the temperature of different parts of the film can significantly affect the selectivity of the gas sensor.
Заявляемое устройство обеспечивает более высокую селективность и стабильность работы в процессе эксплуатации газового сенсора по сравнению с прототипом благодаря горизонтальному расположению в керамическом корпусе диэлектрической подложки с чувствительным и нагревательным элементами.The inventive device provides higher selectivity and stability during operation of the gas sensor compared to the prototype due to the horizontal arrangement in the ceramic body of the dielectric substrate with sensitive and heating elements.
Список литературных источниковList of literary sources
1. 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. №221. Patent for invention 2593527 Russian Federation, IPC G01N 27/18, G01N 25/32. 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.
2. Патент на полезную модель BY U №10187, Республика Белоруссия. Адсорбционно-резистивный газовый сенсор, Патент на полезную модель /Авторы: Мухуров Н.И., Денисюк С. В., Куданович О.Н. Номер заявки U 20131038, опубл. 30.06.2014.2. Utility Model Patent BY U No. 10187, Republic of Belarus. Adsorption-resistive gas sensor, Utility Model Patent / Authors: Mukhurov NI, Denisyuk SV, Kudanovich ON Application Number U 20131038, publ. 06/30/2014.
3. Патент на полезную модель 192938 Российская Федерация, МПК G01N 27/14 (2006/01). Газовый сенсор /Авторы: Облов К.Ю., Самотаев Н.Н., Этрекова М.О., Онищенко Е.М. Заявка: 2019120319 от 28.06.2019, опубл. 08.10.2019. Бюл. №28.3. Patent for utility model 192938 Russian Federation, IPC G01N 27/14 (2006/01). Gas sensor / Authors: Oblov K.Yu., Samotaev NN, Etrekova M.O., Onishchenko EM Application: 2019120319 dated 06/28/2019, publ. 10/08/2019. Bull. No. 28.
4. Самотаев Н.Н., Соколов А.С., Лукьянченко А.А., Щербакова К.Ю., Манченков И.Б. Механизмы распространения газов /Системы безопасности. - 2006. - №11. - С.39-42.4. Samotaev NN, Sokolov A.S., Lukyanchenko A.A., Shcherbakova K.Yu., Manchenkov I.B. Gas distribution mechanisms / Security systems. - 2006. - No. 11. - S. 39-42.
5. Perdreua N., Pijolat С., Breuil P., Application of Multivariate Analysis to Gas Detection with Semiconductor sensors // Proceedings of 3rd IFAC symposium SICICA'97, Annecy. - 1997. - P. 411-416.5. Perdreua N., Pijolat S., Breuil P., Application of Multivariate Analysis to Gas Detection with Semiconductor sensors // Proceedings of 3rd IFAC symposium SICICA'97, Annecy. - 1997 .-- P. 411-416.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135813U RU196983U1 (en) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | GAS SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135813U RU196983U1 (en) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | GAS SENSOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU196983U1 true RU196983U1 (en) | 2020-03-23 |
Family
ID=69941799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019135813U RU196983U1 (en) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | GAS SENSOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU196983U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3943925A1 (en) * | 2020-07-20 | 2022-01-26 | TDK Corporation | Sensor module |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090064693A (en) * | 2007-12-17 | 2009-06-22 | 한국전자통신연구원 | Micro gas sensor and manufacturing method thereof |
RU2509303C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Semiconductor gas sensor |
EP3153849A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-12 | Sensirion AG | Gas sensor and method for operating said gas sensor |
KR20180135258A (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-20 | 한국세라믹기술원 | Sensor for sensing multi-gas and method for manufacturing the same |
RU192938U1 (en) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | GAS SENSOR |
-
2019
- 2019-11-07 RU RU2019135813U patent/RU196983U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090064693A (en) * | 2007-12-17 | 2009-06-22 | 한국전자통신연구원 | Micro gas sensor and manufacturing method thereof |
RU2509303C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Semiconductor gas sensor |
EP3153849A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-12 | Sensirion AG | Gas sensor and method for operating said gas sensor |
KR20180135258A (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-20 | 한국세라믹기술원 | Sensor for sensing multi-gas and method for manufacturing the same |
RU192938U1 (en) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | GAS SENSOR |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3943925A1 (en) * | 2020-07-20 | 2022-01-26 | TDK Corporation | Sensor module |
US11703491B2 (en) | 2020-07-20 | 2023-07-18 | Tdk Corporation | Sensor module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105474008B (en) | Gas sensor | |
BRPI0817851B1 (en) | GAS SENSOR AND METHOD OF DETECTION OF ONE OR MORE GASES | |
US6557393B1 (en) | Thin film ppb oxygen sensor | |
EP0167297A2 (en) | Electrochemical element | |
JP6656791B2 (en) | Microelectrochemical sensor and operation method of microelectrochemical sensor | |
US8720251B2 (en) | Gas sensing system | |
RU196983U1 (en) | GAS SENSOR | |
US20170315082A1 (en) | Gas sensor | |
JP7294178B2 (en) | gas sensor element | |
JPH029713B2 (en) | ||
RU2593527C1 (en) | Planar thermocatalytic sensor of combustible gases and vapours | |
RU192938U1 (en) | GAS SENSOR | |
US6348140B1 (en) | Gas sensor with a high combined resistance to lead wire resistance ratio | |
JP3083622B2 (en) | Gas sensor | |
US9207126B2 (en) | Infrared light sensor chip with high measurement accuracy and method for producing the infrared light sensor chip | |
RU199011U1 (en) | GAS SENSOR | |
RU192819U1 (en) | GAS SENSOR | |
RU196427U1 (en) | CERAMIC HOUSING FOR GAS-SENSITIVE SEMICONDUCTOR SENSOR | |
CN111468198B (en) | Detection chip | |
PL229704B1 (en) | Integrated matrix of gas sensors | |
JP3283851B2 (en) | Chip device | |
SU851143A1 (en) | Device for measuring oxygen partial pressure in vacuum | |
RU2173454C2 (en) | Thermal conductometric gas sensor | |
Krejci et al. | Measurement of Relative Humidity Using Electrochemical Sensors | |
RU2076315C1 (en) | Resistive gas transducer |