RU2076315C1

RU2076315C1 - Resistive gas transducer

Info

Publication number: RU2076315C1
Application number: RU93001820A
Authority: RU
Original assignee: Производственно-коммерческая частная фирма "Веста"
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: determination of concentration of gas. SUBSTANCE: resistive gas transducer has dielectric backing on which upper surface there is made film heater in the form of at least one film element of rectangular shape with film contacts and gas sensitive layer with film electrodes. Dielectric backing is attached to case of transducer with side parallel to resistive element of heater. Film leads of heater and gas sensitive layer which are continuation of film contacts of heater and electrodes of gas sensitive layer are made on upper surface of backing. Electrodes of gas sensitive layer are arranged between film heater and opposite unattached side of dielectric backing. EFFECT: simplified manufacturing process, enhanced functional reliability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и, в частности, к полупроводниковым датчикам для измерения концентрации газов в окружающей среде. The invention relates to analytical instrumentation and, in particular, to semiconductor sensors for measuring the concentration of gases in the environment.

Известен резистивный газовый датчик [1] содержащий диэлектрическое основание, прикрепленное к корпусу датчика боковой стороной, на верхней поверхности которого около противолежащей незакрепленной стороны расположена подложка с выполненным на ее верхней поверхности газочувствительным слоем с пленочными электродами, а около закрепленной боковой стороны выполнены пленочные выводы электродов газочувствительного слоя и пленочного нагревателя, причем пленочные электроды газочувствительного слоя соединяются с пленочными выводами проволочными перемычками. Пленочный нагреватель с пленочными электродами выполнены на нижней поверхности подложки и электрически соединены с пленочными выводами нагревателя проволочными перемычками, служащими одновременно для механического крепления подложки к диэлектрическому основанию. Known resistive gas sensor [1] containing a dielectric base attached to the sensor housing on the side, on the upper surface of which near the opposite non-fixed side there is a substrate with a gas-sensitive layer with film electrodes made on its upper surface, and film leads of gas-sensitive electrodes are made near the fixed side layer and a film heater, and the film electrodes of the gas-sensitive layer are connected to the film terminals of the wire mammary ridges. The film heater with film electrodes is made on the lower surface of the substrate and is electrically connected to the film terminals of the heater by wire jumpers, which serve simultaneously for mechanical fastening of the substrate to the dielectric base.

Крепление подложки к основанию с помощью проволочных соединений снижает механическую прочность надежность датчика и повышает трудоемкость изготовления. Кроме того, в известном датчике ввиду наличия локальных теплостоков по проволочным выводам снижается равномерность температуры газочувствительного слоя, что снижает точность измерений. Fastening the substrate to the base using wire connections reduces the mechanical strength of the reliability of the sensor and increases the complexity of manufacturing. In addition, in the known sensor due to the presence of local heat sinks along the wire leads, the uniformity of the temperature of the gas-sensitive layer is reduced, which reduces the accuracy of the measurements.

Наиболее близким к изобретению является резистивный газовый датчик [2] содержащий диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного резистивного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами, параллельного боковой стороне подложки, и газочувствительный слой с пленочными электродами. Closest to the invention is a resistive gas sensor [2] containing a dielectric substrate, on the upper surface of which a film heater is made in the form of at least one rectangular film resistive element with film contacts parallel to the side of the substrate, and a gas-sensitive layer with film electrodes.

Подложка прикреплена к корпусу датчика с помощью проволочных перемычек, приваренных к пленочным контактам нагревателя и пленочным электродам газочувствительного слоя, играющих одновременно роль электрических выводов. The substrate is attached to the sensor housing using wire jumpers welded to the film contacts of the heater and the film electrodes of the gas-sensitive layer, which simultaneously play the role of electrical leads.

Недостатками датчика являются низкие механическая прочность и надежность, обусловленные способом крепления подложки с помощью проволочных перемычек. Кроме того, необходимость выполнения большого количества сварных соединений, что повышает трудоемкость изготовления датчика. The disadvantages of the sensor are low mechanical strength and reliability due to the method of mounting the substrate using wire jumpers. In addition, the need to perform a large number of welded joints, which increases the complexity of manufacturing the sensor.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и снижение трудоемкости изготовления датчика. The technical result of the invention is to increase reliability and reduce the complexity of manufacturing a sensor.

Результат достигается тем, что в резистивном газовом датчике, содержащем диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного резистивного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами, параллельного боковой стороне подложки, и газочувствительный слой с пленочными электродами, диэлектрическая подложка прикреплена к корпусу датчика боковой стороной, параллельной резистивному элементу нагревателя, а на ее верхней поверхности дополнительно выполнены пленочные выводы нагревателя и газочувствительного слоя, являющиеся продолжением пленочных контактов нагревателя и электродов газочувствительного слоя, причем электроды газочувствительного слоя расположены между пленочным нагревателем и противолежащей незакрепленной стороной диэлектрической подложки. The result is achieved in that in a resistive gas sensor containing a dielectric substrate, on the upper surface of which a film heater is made in the form of at least one rectangular film resistive element with film contacts parallel to the side of the substrate, and a gas-sensitive layer with film electrodes, a dielectric substrate attached to the sensor housing with the side parallel to the resistive element of the heater, and on its upper surface are additionally made lenochnye conclusions heater and a gas sensitive layer are a continuation of the heater and the electrode film contacts gas sensitive layer, wherein the gas sensitive layer electrodes are located between the film heater and the loose side opposite the dielectric substrate.

На чертеже изображен датчик, вид сверху. The drawing shows a sensor, a top view.

Датчик содержит диэлектрическую подложку 1, на верхней поверхности которой выполнен пленочный нагреватель 2 в виде меандра с пленочными контактами 3, газочувствительный слой 4 с пленочными электродами 5, пленочные выводы 6 нагревателя 2 и пленочные выводы 7 электродов 5. Подложка 1 прикреплена к корпусу датчика (не показан) боковой стороной 8, параллельной резистивным полосам нагревателя. The sensor contains a dielectric substrate 1, on the upper surface of which a film heater 2 is made in the form of a meander with film contacts 3, a gas-sensitive layer 4 with film electrodes 5, film conclusions 6 of heater 2 and film conclusions 7 of electrodes 5. Substrate 1 is attached to the sensor body (not shown) side 8 parallel to the resistive strips of the heater.

Газочувствительный слой 4 с пленочными электродами 5 расположен между пленочным нагревателем 2 и противолежащей незакрепленной стороной 9 подложки 1. The gas-sensitive layer 4 with film electrodes 5 is located between the film heater 2 and the opposite loose side 9 of the substrate 1.

Датчик работает следующим образом. The sensor operates as follows.

При подаче через пленочные выводы 6 напряжения со схемы термостабилизации (не показана) на пленочном нагревателе 2 рассеивается мощность, вызывающая его нагрев до заданного значения. Сопротивление R_г газочувствительного слоя, выполняемого на основе полупроводниковых оксидов (SnO₂, ZnO, Fe₂O₃ и др.) и фталоцианинов металлов зависит от концентрации регистрируемого газа. Изменение R_г с изменением концентрации газа регистрируется схемой обработки (не показана) посредством пленочных выводов 7 электродов газочувствительного слоя.When voltage is supplied through the film leads 6 from a thermal stabilization circuit (not shown), the power dissipating on the film heater 2 causes it to heat up to a predetermined value. The resistance R _{g of the} gas-sensitive layer based on semiconductor oxides (SnO ₂ , ZnO, Fe ₂ O ₃ , etc.) and metal phthalocyanines depends on the concentration of the gas being detected. A change in R _g with a change in gas concentration is recorded by a processing circuit (not shown) by means of the film leads 7 of the electrodes of the gas-sensitive layer.

Крепление подложки 1 боковой стороной 8 и ориентация резистивных полос нагревателя 2 параллельно закрепленной стороне 9 подложки 1 обеспечивают формирование равномерного температурного поля в области расположения газочувствительного слоя 4. При этом температура газочувствительного слоя будет приблизительно равна температуре ближайшей к нему резистивной полосы нагревателя ввиду отсутствия теплостока от нагревателя по подложке в направлении к ее незакрепленной стороне. The mounting of the substrate 1 with the lateral side 8 and the orientation of the resistive strips of the heater 2 parallel to the fixed side 9 of the substrate 1 ensures the formation of a uniform temperature field in the region of the gas-sensitive layer 4. In this case, the temperature of the gas-sensitive layer will be approximately equal to the temperature of the resistive strip of the heater nearest to it due to the absence of heat from the heater on the substrate toward its loose side.

Тепловое сопротивление между нагревателем и закрепленной стороной подложки приводит к снижению температуры в месте ее крепления, что упрощает процесс сборки датчика и снижает требования к термостойкости припоя или склеивающего компаунда. Thermal resistance between the heater and the fixed side of the substrate leads to a decrease in temperature at the place of its attachment, which simplifies the process of assembly of the sensor and reduces the requirements for heat resistance of solder or adhesive compound.

Выполнение нагревателя и газочувствительного слоя в одной плоскости и возможность формирования электродов ГС и пленочных контактов нагревателя в едином технологическом цикле снижают трудоемкость изготовления датчика. The implementation of the heater and the gas-sensitive layer in one plane and the possibility of forming the electrodes of the horizontal layer and the film contacts of the heater in a single technological cycle reduce the complexity of manufacturing the sensor.

Claims

1. Resistive gas sensor containing a dielectric substrate, on the upper surface of which is made a film heater in the form of at least one rectangular film resistive element with film contacts and a gas-sensitive layer with film electrodes, characterized in that the dielectric substrate is attached to the sensor case on the side parallel to the resistive element of the heater, and on its upper surface additionally made film conclusions of the heater and gas-sensitive o layer, which is a continuation of the film contacts of the heater and the electrodes of the gas-sensitive layer, and the electrodes of the gas-sensitive layer are located between the film heater and the opposite loose side of the dielectric substrate.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the film heater is made in the form of a meander.

3. The sensor according to claim 2, characterized in that the width of each resistive element increases with approaching the electrodes of the gas-sensitive layer.

4. The sensor according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that at the bend of the film resistive element closest to the electrodes of the gas-sensitive layer, an additional film contact and a film output of the heater are made.