RU213294U1

RU213294U1 - Semiconductor gas concentration transmitter

Info

Publication number: RU213294U1
Application number: RU2022115604U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Наталья Игоревна Иванова
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2022-09-05

Abstract

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к средствам обнаружения отдельных компонентов газовых смесей и измерения их концентрации. Полупроводниковый преобразователь концентрации газов содержит платиновую нить накала 1, заключенную в полупроводниковую керамическую оболочку 2 и укрепленную между двумя металлическими стерженьками 3 и 4 для подключения к стабилизированному источнику электропитания 5, размещенными на диэлектрическом основании 6. Преобразователь размещен в проточной камере 7 с входным 8 и выходным 9 штуцерами и дополнительно содержит встроенный в стенку 10 проточной камеры инфракрасный фотодиод 11 с элементом 12, чувствительным к электромагнитному излучению с возможностью обеспечения оптического контакта между полупроводниковой керамической оболочкой и элементом инфракрасного фотодиода, выполненного с возможностью последовательного подключения к корректору начального уровня сигнала в выходной цепи инфракрасного фотодиода.The utility model relates to analytical technology, namely to means for detecting individual components of gas mixtures and measuring their concentration. The semiconductor gas concentration converter contains a platinum filament 1 enclosed in a semiconductor ceramic sheath 2 and fixed between two metal rods 3 and 4 for connection to a stabilized power supply 5, placed on a dielectric base 6. The converter is placed in a flow chamber 7 with an input 8 and an output 9 fittings and additionally contains an infrared photodiode 11 built into the wall 10 of the flow chamber with an element 12 sensitive to electromagnetic radiation with the ability to provide optical contact between the semiconductor ceramic shell and the infrared photodiode element, configured to be connected in series to the corrector of the initial signal level in the output circuit of the infrared photodiode.

Технический результат - увеличение чувствительности измерения концентрации полупроводниковым преобразователем.

EFFECT: increased sensitivity of concentration measurement by a semiconductor converter.

Description

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к средствам обнаружения отдельных компонентов газовых смесей и измерения их концентрации.The utility model relates to analytical technology, namely to means for detecting individual components of gas mixtures and measuring their concentration.

Известен полупроводниковый преобразователь концентрации газов (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 32-34), содержащий тонкую пленку из полупроводникового материала, нанесенную на боросиликатную подложку, размещенную в проточной камере, и через платиновые контакты, включенную последовательно в цепь стабилизированного источника питания, и делитель напряжения, к которому подключен вольтметр. Рабочая температура преобразователя составляет 420°С. При протекании через проточную камеру анализируемого газа последний сорбируется на пленке и изменяет ее электрическое сопротивления, что вызывает изменение падения напряжения на делителе, которое измеряется вольтметром и служит мерой концентрации анализируемого газа.Known semiconductor gas concentration converter (Farzane N.G., Ilyasov L.V., Azim-Zade A.Yu. Automatic detectors of gases and liquids. M.: Energoatomizdat, 1983, pp. 32-34), containing a thin film of semiconductor material deposited on a borosilicate substrate placed in the flow chamber, and through platinum contacts connected in series to the circuit of a stabilized power source, and a voltage divider to which a voltmeter is connected. The operating temperature of the converter is 420°C. When the analyzed gas flows through the flow chamber, the latter is sorbed on the film and changes its electrical resistance, which causes a change in the voltage drop across the divider, which is measured by a voltmeter and serves as a measure of the concentration of the analyzed gas.

Недостатком такого полупроводникового преобразователя концентрации газов является его значительная инерционность (постоянная времени его может составлять несколько секунд).The disadvantage of such a semiconductor gas concentration converter is its significant inertia (its time constant can be several seconds).

Наиболее близким по технической сущности является полупроводниковый преобразователь концентрации газов (Паспорт на преобразователь 1111-1. Научно-производственное республиканское унитарное предприятия «Белгазтехника», 8 с.), содержащий платиновую нить накала, заключенную в полупроводниковую керамическую оболочку и укрепленную между двумя металлическими стерженьками для подключения к стабилизированному источнику электропитания, размещенными на диэлектрическом основании.The closest in technical essence is a semiconductor gas concentration converter (Passport for the converter 1111-1. Research and Production Republican Unitary Enterprise "Belgaztekhnika", 8 p.), containing a platinum filament enclosed in a semiconductor ceramic shell and reinforced between two metal rods for connection to a stabilized power supply, placed on a dielectric base.

Принцип действия такого полупроводникового преобразователя концентрации газов основан на увеличении проводимости полупроводниковой керамики, находящийся при температуре 400-450°С, в присутствии восстанавливающих газов, таких как метан или пропан.The principle of operation of such a semiconductor gas concentration converter is based on an increase in the conductivity of semiconductor ceramics, located at a temperature of 400-450 ° C, in the presence of reducing gases such as methane or propane.

Недостатком такого полупроводникового преобразователя концентрации газов является относительно низкая чувствительность.The disadvantage of such a semiconductor converter of gas concentration is the relatively low sensitivity.

Проблемой данной полезной модели является создание полупроводникового преобразователя концентрации, обладающей большей чувствительностью, чем преобразователи, принятые за прототип.The problem of this utility model is the creation of a semiconductor concentration transducer with greater sensitivity than the transducers adopted for the prototype.

Технический результат - увеличение чувствительности измерения концентрации полупроводниковым преобразователем.EFFECT: increased sensitivity of concentration measurement by a semiconductor converter.

Технический результат достигается тем, что полупроводниковый преобразователь концентрации газов, содержащий платиновую нить накала, заключенную в полупроводниковую керамическую оболочку и укрепленную между двумя металлическими стерженьками для подключения к стабилизированному источнику электропитания, размещенными на диэлектрическом основании, согласно полезной модели размещен в проточной камере с входным и выходным штуцерами и дополнительно содержит встроенный в стенку проточной камеры инфракрасный фотодиод с элементом, чувствительным к электромагнитному излучению, с возможностью обеспечения оптического контакта между полупроводниковой керамической оболочкой и элементом инфракрасного фотодиода, выполненного с возможностью последовательного подключения к корректору начального уровня сигнала в выходной цепи инфракрасного фотодиода.The technical result is achieved by the fact that a semiconductor gas concentration converter containing a platinum filament enclosed in a semiconductor ceramic sheath and reinforced between two metal rods for connection to a stabilized power source placed on a dielectric base, according to the utility model, is placed in a flow chamber with an input and output fittings and additionally contains an infrared photodiode built into the wall of the flow chamber with an element sensitive to electromagnetic radiation, with the possibility of providing optical contact between the semiconductor ceramic shell and the element of the infrared photodiode, configured to be connected in series to the corrector of the initial signal level in the output circuit of the infrared photodiode.

Такая конструкция полупроводникового преобразователя концентрации газов позволяет использовать дополнительный канал получения измерительной информации, а именно измерение изменений инфракрасного излучения полупроводниковой керамики, возникающее при ее взаимодействии с такими горючими газами, как метан, пропан, бутан и другие. Изменение инфракрасного излучения, по-видимому связано с частичным сгоранием названных газов на поверхности полупроводниковой керамики. Для измерения интенсивности инфракрасного излучения в предлагаемом полупроводниковом преобразователе, используется инфракрасный фотодиод, находящийся в оптическом контакте с поверхностью полупроводниковой керамики.This design of the semiconductor gas concentration converter allows the use of an additional channel for obtaining measurement information, namely, the measurement of changes in the infrared radiation of semiconductor ceramics that occurs when it interacts with combustible gases such as methane, propane, butane, and others. The change in infrared radiation is apparently associated with the partial combustion of these gases on the surface of semiconductor ceramics. To measure the intensity of infrared radiation in the proposed semiconductor converter, an infrared photodiode is used, which is in optical contact with the surface of semiconductor ceramics.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype, the inventive design has a distinctive feature in the totality of elements and their relative position.

Схема полупроводникового преобразователя концентрации газов, показана на фиг. 1.A schematic diagram of a semiconductor gas concentration converter is shown in Fig. one.

Полупроводниковый преобразователь концентрации газов содержит платиновую нить накала 1, заключенную в полупроводниковую керамическую оболочку 2 и укрепленную между двумя металлическими стерженьками 3 и 4 для подключения к стабилизированному источнику электропитания 5, размещенными на диэлектрическом основании 6. Преобразователь размещен в проточной камере 7 с входным 8 и выходным 9 штуцерами и дополнительно содержит, встроенный в стенку 10 проточной камеры инфракрасный фотодиод 11 с элементом 12, чувствительным к электромагнитному излучению, с возможностью обеспечения оптического контакта между полупроводниковой керамической оболочкой и элементом инфракрасного фотодиода, выполненного с возможностью последовательного подключения к корректору начального уровня сигнала 13 в выходной цепи инфракрасного фотодиода.The semiconductor gas concentration converter contains a platinum filament 1 enclosed in a semiconductor ceramic sheath 2 and fixed between two metal rods 3 and 4 for connection to a stabilized power supply 5, placed on a dielectric base 6. The converter is placed in a flow chamber 7 with an input 8 and an output 9 fittings and additionally contains an infrared photodiode 11 built into the wall 10 of the flow chamber with an element 12 sensitive to electromagnetic radiation, with the possibility of providing optical contact between the semiconductor ceramic shell and the infrared photodiode element, made with the possibility of serial connection to the corrector of the initial signal level 13 V output circuit of the infrared photodiode.

Работа полупроводникового преобразователя концентрации газов происходит следующим образом. Платиновая нить накала 1 нагревает полупроводниковую керамику до температуры 400-450°С электрическим током, поступающим от стабилизированного источника электропитания 5.The operation of a semiconductor gas concentration converter is as follows. The platinum filament 1 heats the semiconductor ceramic to a temperature of 400-450°C with an electric current coming from a stabilized power supply 5.

Инфракрасное излучение от полупроводниковой керамики воспринимается чувствительным элементом 12 фотодиода 11. При этом в выходной цепи этого фотодиода возникает начальный сигнал напряжения, который с помощью корректора начального уровня сигнала 13 доводится до нулевого значения. Поток анализируемого газа, например воздуха, содержащего метан, водород или пропан, с постоянным объемным расходом протекает через входной штуцер 8 и проточную камеру 7. При взаимодействии одного из названных газов с поверхности полупроводниковой керамики увеличивается интенсивность ее инфракрасного излучения, что вызывает изменение (увеличение) напряжения выходной цепи инфракрасного фотодиода, а это изменение является сигналом полупроводникового преобразователя концентрации газов. Оно измеряется вольтметром.Infrared radiation from semiconductor ceramics is perceived by the sensitive element 12 of the photodiode 11. In this case, an initial voltage signal appears in the output circuit of this photodiode, which is brought to zero using the initial signal level corrector 13. The flow of the analyzed gas, for example, air containing methane, hydrogen or propane, flows through the inlet fitting 8 and the flow chamber 7 with a constant volume flow. When one of these gases interacts with the surface of semiconductor ceramics, the intensity of its infrared radiation increases, which causes a change (increase) voltage of the output circuit of the infrared photodiode, and this change is the signal of the semiconductor gas concentration converter. It is measured with a voltmeter.

Путем экспериментальной проверки полупроводникового преобразователя концентрации газов, выполненного с использованием 1111-1 и фотодиода ФД265А, установлено, что он обладает на порядок большей чувствительностью, чем преобразователи, принятые за прототип.By experimental verification of a semiconductor gas concentration converter, made using 1111-1 and a FD265A photodiode, it was found that it has an order of magnitude greater sensitivity than the converters taken as a prototype.

Преимуществами полупроводникового преобразователя являетсяThe advantages of a semiconductor converter are

простота конструкции;simplicity of design;

генераторный выходной сигнал.generator output.

Полупроводниковый преобразователь концентрации газов может быть реализован на базе выпускаемых промышленностью преобразователи 1111-1, инфракрасного фотодиода и стандартной электроизмерительной аппаратуры.A semiconductor gas concentration converter can be implemented on the basis of commercially available 1111-1 converters, an infrared photodiode, and standard electrical measuring equipment.

Полупроводниковый преобразователь может найти применение в системах контроля концентрации взрывоопасных веществ в воздухе, а также в газовой хроматографии.The semiconductor converter can be used in systems for monitoring the concentration of explosive substances in the air, as well as in gas chromatography.

Claims

A semiconductor gas concentration transducer containing a platinum filament enclosed in a semiconductor ceramic shell and fixed between two metal rods for connection to a stabilized power supply placed on a dielectric base, characterized in that it is placed in a flow chamber with inlet and outlet fittings and additionally contains an infrared photodiode built into the wall of the flow chamber with an element sensitive to electromagnetic radiation with the ability to provide optical contact between the semiconductor ceramic shell and the infrared photodiode element, configured to be connected in series to the initial signal level corrector in the output circuit of the infrared photodiode.