RU2396554C1 - Method of determining gas sensor working capacity - Google Patents

Method of determining gas sensor working capacity Download PDF

Info

Publication number
RU2396554C1
RU2396554C1 RU2008148175/28A RU2008148175A RU2396554C1 RU 2396554 C1 RU2396554 C1 RU 2396554C1 RU 2008148175/28 A RU2008148175/28 A RU 2008148175/28A RU 2008148175 A RU2008148175 A RU 2008148175A RU 2396554 C1 RU2396554 C1 RU 2396554C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
gas
working capacity
signal
atmosphere
Prior art date
Application number
RU2008148175/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008148175A (en
Inventor
Андрей Владимирович Соколов (RU)
Андрей Владимирович Соколов
Алексей Андреевич Васильев (RU)
Алексей Андреевич Васильев
Николай Николаевич Самотаев (RU)
Николай Николаевич Самотаев
Александр Николаевич Титов (RU)
Александр Николаевич Титов
Владимир Владимирович Кисин (RU)
Владимир Владимирович Кисин
Александр Андреевич Лукьянченко (RU)
Александр Андреевич Лукьянченко
Сергей Павлович Кобзев (RU)
Сергей Павлович Кобзев
Денис Николаевич Спирякин (RU)
Денис Николаевич Спирякин
Original Assignee
Общество с Ограниченной Ответственностью "Дельта-С"
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 Общество с Ограниченной Ответственностью "Дельта-С" filed Critical Общество с Ограниченной Ответственностью "Дельта-С"
Priority to RU2008148175/28A priority Critical patent/RU2396554C1/en
Publication of RU2008148175A publication Critical patent/RU2008148175A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2396554C1 publication Critical patent/RU2396554C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: in order to determine working capacity of a semiconductor gas sensor, the detecting element of the sensor is heated in the temperature interval for adsorption of a gas in whose atmosphere the sensor lies. When the detecting element is heated, the amplitude of the signal at the output of the sensor is simultaneously measured on at least two fixed frequencies. The amplitude of the signal is compared and working capacity of the sensor is determined from the difference value.
EFFECT: design of a simple and reliable method of determining working capacity of a gas sensor with a semiconductor gas element in the presence of a multi-component gas mixture which is the atmosphere.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования и анализа газов при помощи полупроводниковых газовых сенсоров и направлено на решение задачи определения их работоспособности.The invention relates to the field of gas research and analysis using semiconductor gas sensors and is aimed at solving the problem of determining their health.

При проведении измерений с помощью полупроводникового газоанализатора первостепенным является вопрос достоверности сигнала на выходе прибора, поскольку простое наличие сигнала неоднозначно для определения факта его работоспособности.When conducting measurements using a semiconductor gas analyzer, the question of the reliability of the signal at the output of the device is of paramount importance, since the simple presence of a signal is ambiguous to determine the fact of its operability.

Известен способ тестирования надежности электрохимического сенсора при отсутствии внешнего источника газа, заключающийся в том, что сигнал на выходе датчика измеряют после кратковременного включения напряжения обратной полярности между рабочим и сравнительным электродом сенсора (см. патент США 6404205 от 08.05.2000 г. МКИ G01N 27/62).A known method for testing the reliability of an electrochemical sensor in the absence of an external gas source, which consists in the fact that the signal at the output of the sensor is measured after briefly turning on the voltage of reverse polarity between the working and comparative electrode of the sensor (see US patent 6404205 from 05/08/2000 MKI G01N 27 / 62).

Недостатком этого способа является сложность реализации и возможность применения для ограниченного типа сенсоров и только при измерении окисла углерода, а также зависимость от условий окружающей среды.The disadvantage of this method is the difficulty of implementation and the possibility of application for a limited type of sensors and only when measuring carbon monoxide, as well as the dependence on environmental conditions.

Известен также способ определения работоспособности газового сенсора, являющийся ближайшим по технической сущности к предложенному, заключающийся в том, что измеряют амплитуду сигнала на выходе чувствительного элемента сенсора, заключенного в оболочку с ограниченным отверстием, при кратковременном нагреве чувствительного элемента (см. Е.Е.Карпов, Е.Ф.Карпов и др. «Пути совершенствования термокаталических метанометров», ж. «Сенсор» 2002 г. №4, стр.2).There is also a method of determining the operability of a gas sensor, which is the closest in technical essence to the proposed one, which consists in measuring the amplitude of the signal at the output of the sensor element of the sensor, enclosed in a shell with a limited opening, during short-term heating of the sensor (see E.E. Karpov , EF Karpov et al. “Ways to improve thermocatalytic methanometers”, J. “Sensor” 2002, No. 4, p. 2).

Ограниченность применения является существенным недостатком известного способа, поскольку он может быть использован только для термокаталических сенсоров и однокомпонентных газовых смесей.The limited application is a significant drawback of the known method, since it can be used only for thermocatalytic sensors and single-component gas mixtures.

Техническим результатом предложенного способа является решение задачи создания простого и достоверного способа определения работоспособности газового сенсора с полупроводниковым газовым элементом в присутствии многокомпонентной газовой смеси, каковой является атмосфера.The technical result of the proposed method is to solve the problem of creating a simple and reliable method for determining the health of a gas sensor with a semiconductor gas element in the presence of a multicomponent gas mixture, which is the atmosphere.

Этот технический результат достигается тем, что в способе определения работоспособности газового сенсора измеряют амплитуды сигнала на выходе сенсора при нагреве чувствительного элемента в диапазоне температур адсорбции газа на его поверхности одновременно по крайней мере на двух фиксированных частотах, определяемых типом измеряемого газа, сравнивают амплитуды сигналов и по величине разности судят о работоспособности сенсора.This technical result is achieved by the fact that in the method for determining the operability of a gas sensor, the signal amplitudes are measured at the sensor output when the sensor is heated in the temperature range of gas adsorption on its surface at the same time at least at two fixed frequencies determined by the type of gas being measured, signal amplitudes are compared and the magnitude of the difference is judged on the performance of the sensor.

Сущность предложенного способа поясняется чертежами.The essence of the proposed method is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведены диаграммы сигнала на нагрузочном сопротивлении для работоспособного и неработоспособного сенсора.Figure 1 shows a diagram of the signal on the load resistance for a workable and inoperative sensor.

На фиг.2 показан пример Фурье-спектра выходного сигнала работоспособного сенсора в атмосфере с добавкой СО.Figure 2 shows an example of the Fourier spectrum of the output signal of a workable sensor in the atmosphere with the addition of CO.

На фиг.3 представлен пример блок-схемы устройства, реализующего данный способ.Figure 3 presents an example block diagram of a device that implements this method.

На фиг.1 представлен результат измерения шума выходного сигнала сенсора 2, снятого с нагрузочного сопротивления 1 (фиг.3) в атмосфере воздуха с газовой добавкой СО. Для работоспособного сенсора выходной сигнал (кривая 2) характеризуется периодическими колебаниями напряжения, определяемыми осцилляцией сопротивления газочувствительного элемента сенсора.Figure 1 presents the result of measuring the noise of the output signal of the sensor 2, taken from the load resistance 1 (figure 3) in an atmosphere of air with a gas additive CO. For a working sensor, the output signal (curve 2) is characterized by periodic voltage fluctuations, determined by the oscillation of the resistance of the gas-sensitive element of the sensor.

В случае неработоспособного сенсора в выходном сигнале сенсора (кривая 1) колебаний напряжения не наблюдается.In the case of an inoperative sensor, no voltage fluctuations are observed in the sensor output signal (curve 1).

На фиг.2 показан Фурье-спектр выходного сигнала работоспособного сенсора в атмосфере воздуха с добавкой СО. Спектр характеризуется отдельными высокоамплитудными пиками, соответствующими колебаниям напряжения на частотах осциляции 0,55 Гц и 1,11 Гц.Figure 2 shows the Fourier spectrum of the output signal of a working sensor in an atmosphere of air with the addition of CO. The spectrum is characterized by individual high-amplitude peaks corresponding to voltage fluctuations at oscillation frequencies of 0.55 Hz and 1.11 Hz.

Предлагаемый способ определения работоспособности сенсора, например, для газа СО, заключается в выделении двух областей частот, где одна из областей содержит частоту осцилляции, а вторая область заведомо не содержит ни одну из частот. Далее, два выделенных сигнала взаимовычитаются и сравниваются с порогом. Для работоспособного сенсора результирующий сигнал (содержащий высокоамплитудную частоту осцилляции) должен гарантированно превышать порог, что указывает на работоспособность сенсора или, в случае работоспособного сенора, на наличие в атмосфере газа СО. В случае работы с другими газами таких частот может быть больше.The proposed method for determining the operability of a sensor, for example, for a CO gas, consists in distinguishing two frequency regions, where one of the regions contains the oscillation frequency, and the second region certainly does not contain any of the frequencies. Further, the two selected signals are mutually subtracted and compared with the threshold. For a working sensor, the resulting signal (containing a high-amplitude oscillation frequency) must be guaranteed to exceed a threshold, which indicates the sensor's working ability or, in the case of a working senor, the presence of CO gas in the atmosphere. In the case of work with other gases, there may be more such frequencies.

Предложенный способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на фиг.3, где 3, 4 - режекторные фильтры на основе операционных усилителей; 1 - нагрузочный резистор, с которого снимается выходной сигнал; 5 - устрйство взаимного вычитания сигналов с 3 и 4 и сравнения с порогом, 2 - сенсор.The proposed method can be implemented using the device shown in figure 3, where 3, 4 - notch filters based on operational amplifiers; 1 - load resistor from which the output signal is removed; 5 - device for mutual subtraction of signals from 3 and 4 and comparison with a threshold, 2 - sensor.

Номинал нагрузочного резистора 1 определяется из критерия снятия с резистора максимальной мощности сигнала. Номиналы емкостей и резисторов в режекторном фильтрах 3 и 4 определяются значением частот осциляции сопротивления сенсора для газа СО. Эти значения вычисляются на стадии предварительного исследования сенсора в атмосфере с гарантированным содержанием газа СО с известной концентрацией.The value of the load resistor 1 is determined from the criterion for removing the maximum signal power from the resistor. The values of capacities and resistors in the notch filters 3 and 4 are determined by the value of the oscillation frequency of the sensor resistance for the CO gas. These values are calculated at the stage of preliminary investigation of the sensor in the atmosphere with a guaranteed CO gas content with a known concentration.

Определение частот осцилляции производиться по следующему алгоритму: проводиться измерение шума сенсора в атмосфере воздуха с газом СО; производится Фурье-преобразование измеренного шума и определение по полученному спектру значения частот осцилляции. Блок 3 вместе с нагрузочным резистором 1 образуют режекторный фильтр, настроенный на пропускание области частот около пика с максимальной амплитудой осцилляции сопротивления сенсора. Блок 4 вместе с нагрузочным резистором 1 образуют режекторный фильтр, настроенный на область частот сигнала, для которой, по предварительным измерениям, нет осцилляции сопротивления. Блок 5 выполняет функцию взаимного вычитания сигналов и сравнение с порогом. В случае превышения порога в 2-3 раза на выходе блока 5 появляется ненулевой сигнал.The determination of the oscillation frequencies is carried out according to the following algorithm: a measurement is made of the noise of the sensor in an atmosphere of air with CO gas; the Fourier transform of the measured noise is carried out and the oscillation frequencies are determined from the obtained spectrum. Block 3 together with the load resistor 1 form a notch filter configured to pass the frequency region near the peak with a maximum amplitude of the oscillation of the sensor resistance. Block 4 together with the load resistor 1 form a notch filter tuned to the frequency range of the signal, for which, according to preliminary measurements, there is no resistance oscillation. Block 5 performs the function of mutual subtraction of signals and comparison with a threshold. If the threshold is exceeded by 2–3 times, a nonzero signal appears at the output of block 5.

Все блоки реализуются на основе операционных усилителей, резисторов и конденсаторов.All units are based on operational amplifiers, resistors, and capacitors.

Предложенный способ позволяет достаточно просто, быстро и достоверно определить факт работоспособности газового сенсора в атмосфере и может быть использован для широкого круга газоанализаторов с нагреваемым чувствительным элементом.The proposed method allows you to quite simply, quickly and reliably determine the fact of the gas sensor working in the atmosphere and can be used for a wide range of gas analyzers with a heated sensing element.

Claims (1)

Способ определения работоспособности газового сенсора, заключающийся в том, что измеряют амплитуды сигнала на выходе сенсора при нагреве чувствительного элемента, отличающийся тем, что амплитуды сигнала на выходе сенсора измеряют при нагреве его в диапазоне температур адсорбции газа на поверхности чувствительного элемента одновременно, по крайней мере, на двух фиксированных частотах, определяемых типом измеряемого газа, сравнивают величины амплитуд сигналов и по величине разности судят о работоспособности сенсора. A method for determining the operability of a gas sensor, which consists in measuring the signal amplitudes at the sensor output when the sensor is heated, characterized in that the signal amplitudes at the sensor output are measured when it is heated in the temperature range of gas adsorption on the surface of the sensor at least at least at two fixed frequencies, determined by the type of the measured gas, the magnitudes of the amplitudes of the signals are compared and the efficiency of the sensor is judged by the difference.
RU2008148175/28A 2008-12-08 2008-12-08 Method of determining gas sensor working capacity RU2396554C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148175/28A RU2396554C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of determining gas sensor working capacity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148175/28A RU2396554C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of determining gas sensor working capacity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008148175A RU2008148175A (en) 2010-06-20
RU2396554C1 true RU2396554C1 (en) 2010-08-10

Family

ID=42682164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148175/28A RU2396554C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of determining gas sensor working capacity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2396554C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523089C2 (en) * 2012-08-09 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" (ОАО "НПП"Дельта") Calibration of semiconductor gas sensors and device to this end

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523089C2 (en) * 2012-08-09 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" (ОАО "НПП"Дельта") Calibration of semiconductor gas sensors and device to this end

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008148175A (en) 2010-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2659141C2 (en) Gas analyzer
Kotarski et al. Hazardous gases detection by fluctuation-enhanced gas sensing
RU2008129064A (en) DETECTOR AND DETECTION METHOD
RU2336518C2 (en) Photo-acoustic method of measurement of nonhydrocarbon component concentration in methane-containing gas mixture
US20150192563A1 (en) Phase-difference determination using test meter
RU2396554C1 (en) Method of determining gas sensor working capacity
CN108507966A (en) A kind of infrared spectrum gas sensor and data processing method
Chen et al. An ionic liquid-mediated electrochemiluminescent sensor for the detection of sulfur dioxide at the ppb level
JP6987066B2 (en) How to Quantify the Amount of Photocoherent Gas Impurities
JP2019505001A5 (en)
DE50205440D1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETECTING METHYL ISOTHYOCYANATE IN AIR TESTS
RU2383012C1 (en) Method for monitoring of gas medium and device for its realisation
JP2005189245A5 (en)
Fischer et al. Comparative study of excitation signals for microcontroller-based eis measurement on li-ion batteries
Kühn et al. Versatile infrared gas measurement system with tunable microstructured Fabry-Pérot Filter
RU2568331C1 (en) Device determining leaks of explosive liquids based on piezoelectric sensor
Zelinger et al. Quantitative analysis of trace mixtures of toluene and xylenes by CO2 laser photoacoustic spectrometry
RU2460077C1 (en) Method of determining concentration of gaseous components in gas-air mixture, corresponding to irritant odour action, and continuous monitoring multi-sensor gas analyser
Li et al. Design a digital notch filter based on Matlab program for photoacoustic gas sensing systems
RU2775934C1 (en) Miniature detection cell for a single-channel analyzer of highly volatile biomolecules discharged by the skin
RU2502065C1 (en) Method of analysis of gas mixture composition and gas analyser for its realisation
Frye et al. Dual output acoustic wave sensor for molecular identification
CN112986339B (en) Semiconductor gas sensor measuring method based on alternating-current impedance
CN117129442A (en) Harmonic signal processing method and system of laser gas sensor
US20220074850A1 (en) Gas detection system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141209

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20151210

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161209