RU2521208C1 - Differential massive thin film calorimeter - Google Patents

Differential massive thin film calorimeter Download PDF

Info

Publication number
RU2521208C1
RU2521208C1 RU2013106349/28A RU2013106349A RU2521208C1 RU 2521208 C1 RU2521208 C1 RU 2521208C1 RU 2013106349/28 A RU2013106349/28 A RU 2013106349/28A RU 2013106349 A RU2013106349 A RU 2013106349A RU 2521208 C1 RU2521208 C1 RU 2521208C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
masses
measuring
mass
calorimeter
heating current
Prior art date
Application number
RU2013106349/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Чесноков
Дмитрий Владимирович Чесноков
Валерий Андреевич Райхерт
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА")
Priority to RU2013106349/28A priority Critical patent/RU2521208C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521208C1 publication Critical patent/RU2521208C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: differential massive thin film calorimeter is claimed to determine the thermal effects of adsorption or chemical reactions of gases, comprising thin film catalytically active measuring working masses and reference masses, placed on a dielectric substrate and connected to the source of the current heating the masses. In accordance with the invention, the masses with their surface are adjacent to the dielectric substrate, on which opposite side of the masses the piezoelectric transducers are secured, connected with their electrodes to the measuring circuit. The source of the heating current is pulse.
EFFECT: increased sensitivity of the calorimeter.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике физико-химических методов анализа химических соединений, к устройствам для измерения теплоты химических реакций, в частности к приборам для исследования поверхностных реакций.The invention relates to techniques for physicochemical methods for the analysis of chemical compounds, to devices for measuring the heat of chemical reactions, in particular to devices for studying surface reactions.

В качестве аналога устройства взяты электрокаталитические датчики обнаружения горючих газов [Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер с франц. - М.: Мир, 1992. - 424 с.]. Они содержат в продуваемом исследуемым газом корпусе миниатюрный чувствительный элемент, часто в виде шарика или спирали из проволочки. Внутри шарика электрический подогреватель в виде спирали из платиновой проволоки, на которую последовательно нанесены слои керамики, затем кроющая оболочка из распыленного на подложку из окиси тория слоя металла - катализатора. В состав устройства входит также шарик сравнения без слоя катализатора (или проволочка сравнения). При измерениях состава газа полость корпуса с чувствительным элементом устройства и шариком сравнения продувают исследуемым горючим газом и воздухом, в горючей газо-воздушной смеси на поверхности катализатора возникает горение, и выделяющееся тепло повышает температуру датчика, что приводит к увеличению электросопротивления платиновой спирали. Изменение сопротивления является сигналом о наличии и концентрации горючего газа в атмосфере. На шарик сравнения исследуемая атмосфера не воздействует.As an analogue of the device, electrocatalytic sensors for the detection of combustible gases were taken [Ash Zh. Et al. Sensors of measuring systems: In 2 books. Prince 2. Per from the French. - M .: Mir, 1992. - 424 p.]. They contain a miniature sensitive element in the case blown by the test gas, often in the form of a ball or a wire spiral. Inside the ball there is an electric heater in the form of a spiral of platinum wire, on which ceramic layers are successively applied, then a covering shell made of a metal layer — a catalyst — sprayed onto a substrate of thorium oxide. The composition of the device also includes a comparison ball without a catalyst layer (or a comparison wire). When measuring the gas composition, the body cavity with the sensor element of the device and the comparison ball is blown with the studied combustible gas and air, combustion occurs on the surface of the catalyst in the combustible gas-air mixture, and the heat generated increases the temperature of the sensor, which leads to an increase in the electrical resistance of the platinum spiral. A change in resistance is a signal of the presence and concentration of combustible gas in the atmosphere. The atmosphere under study does not affect the comparison ball.

Недостатками устройства-аналога являются малая скорость отклика, обычно 20-30 с, требуемое большое количество определяемого газа, плохая селективность определения неизвестного химического соединения и его концентрации на фоне наличия в атмосфере других горючих газов и высокий порог концентрации обнаруживаемых газов, непригодность датчика для определения теплоты химической реакции, что и ухудшает селективность их аналитического действия.The disadvantages of the analog device are the low response speed, usually 20-30 s, the required large amount of the gas to be detected, poor selectivity for the determination of an unknown chemical compound and its concentration against the presence of other combustible gases in the atmosphere and a high threshold for the concentration of detected gases, the unsuitability of the sensor for determining heat chemical reaction, which worsens the selectivity of their analytical action.

В качестве прототипа взят дифференциальный массивный тонкопленочный калориметр, содержащий в отсеках корпуса на подложке тонкопленочные электронагреваемые каталитически активные теплоизолированные измерительные рабочую и сравнительную массы [Патент RU №2454641 С1 по заявке 2010143260/28 от 21.10.2010]. Для измерения теплового эффекта исследуемой реакции в прототипе используется изменение электросопротивления самих измерительных масс и автоматическое самодозирование количества вступающих в реакцию компонентов за счет применения эффектов адсорбции молекулярных слоев на поверхности измерительных масс.As a prototype, a differential massive thin-film calorimeter was used, containing thin-film electrically heated catalytically active thermally insulated measuring working and comparative masses in the housing compartments [Patent RU No. 2454641 C1 according to application 2010143260/28 of 10.21.2010]. To measure the thermal effect of the test reaction, the prototype uses a change in the electrical resistance of the measuring masses themselves and automatic self-dosing of the number of reacting components due to the use of adsorption effects of molecular layers on the surface of the measuring mass.

Недостатком прототипа является малый коэффициент преобразования измеряемого теплового эффекта реакции в электрическую форму в связи с тем, что при температуре прохождения реакции теплосодержание измерительных масс намного больше выделяющейся теплоты реакции.The disadvantage of the prototype is the small coefficient of conversion of the measured thermal effect of the reaction into electrical form due to the fact that at the temperature of the reaction, the heat content of the measuring mass is much more than the released heat of the reaction.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является устранение недостатков прототипа, в том числе, увеличение чувствительности калориметра путем использования преобразования теплового эффекта реакции в акустический импульс и измерения этого импульса.The problem solved by the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, including increasing the sensitivity of the calorimeter by using the conversion of the thermal effect of the reaction into an acoustic impulse and measuring this impulse.

Задача решается тем, что в дифференциальном массивном тонкопленочном калориметре для определения тепловых эффектов адсорбции или химических реакций газов, содержащем тонкопленочные каталитически активные измерительные рабочие массы и массы сравнения, размещенные на диэлектрической подложке и соединенные с источником нагревающего массы тока, в соответствии с изобретением, массы своей поверхностью прилегают к диэлектрической подложке, на противоположной стороне которой против масс закреплены пьезоэлектрические преобразователи, подсоединенные своими электродами к измерительной схеме, причем источник нагревающего тока импульсный.The problem is solved in that in a differential massive thin-film calorimeter for determining the thermal effects of adsorption or chemical reactions of gases containing thin-film catalytically active measuring working masses and comparison masses, placed on a dielectric substrate and connected to a source of heating current mass, in accordance with the invention, its mass surface adjacent to the dielectric substrate, on the opposite side of which, piezoelectric transducers are fixed against the masses, connected by their electrodes to the measuring circuit, and the source of the heating current is pulsed.

Предлагается также, что длительность импульса тока нагревания измерительных масс не более той, при которой длина тепловой волны в подложке равна ее толщине.It is also proposed that the pulse duration of the heating current of the measuring masses is not more than that at which the thermal wavelength in the substrate is equal to its thickness.

Предлагается также, что длительность импульса тока нагревания измерительных масс меньше полупериода резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя.It is also proposed that the pulse duration of the heating current of the measuring mass is less than the half-period of the resonant frequency of the piezoelectric transducer.

Предлагается также, что нагревающий ток регулируют во время импульса по закону, обеспечивающему повышение температуры тонкопленочных масс с постоянной скоростью.It is also proposed that the heating current is controlled during the pulse according to the law, which provides an increase in the temperature of thin-film masses at a constant speed.

Изобретение поясняется с помощью фиг.1-4.The invention is illustrated using figures 1-4.

Фиг.1 - схема варианта конструкции массивного тонкопленочного калориметра, использующего пьезоэлектрические преобразователи, в двух проекциях а) и б).Figure 1 is a diagram of a design variant of a massive thin-film calorimeter using piezoelectric transducers in two projections a) and b).

Фиг.2 - схема конструкции одного из элементов тонкопленочного калориметра с пьезопреобразователем.Figure 2 - design diagram of one of the elements of a thin-film calorimeter with a piezoelectric transducer.

Фиг.3 - график импульса приращения температуры в тонкопленочной измерительной массе при измерениях теплоты реакции.Figure 3 is a graph of the pulse of the temperature increment in the thin-film measuring mass when measuring the heat of reaction.

Фиг.4 - вариант схемы подключения пьезоэлектрических преобразователей сигналов тонкопленочных измерительных рабочей массы и массы сравнения к измерительному устройству, позволяющей сравнивать их сигналы.Figure 4 is a variant of the connection diagram of the piezoelectric transducers of the signals of the thin-film measuring working mass and the comparison mass to a measuring device that allows you to compare their signals.

На Фиг.1: 1 измерительные массы в виде напыленных на подложку 2 тонкопленочных полосок; на другой стороне подложек против измерительных масс закреплены с плотным контактом с поверхностью пьезоэлектрические преобразователи 3 с проводящими электродами 4. Контакт преобразователя с подложкой должен быть акустосогласованным, то есть обеспечивать прохождение через границу раздела между ними упругого (звукового) сигнала от измерительной массы, возникающего под действием механического импульса отдачи при прохождении на поверхности измерительной массы химической реакции, в результате которой поверхность покидают молекулы продуктов реакции. Граница раздела не должна быть в виде зазоров между диэлектрической подложкой 2 и электродом 4 преобразователя. На проекции б) показан вид на устройство сверху, видны измерительные массы 1 и их соединение с внешней схемой источника тока (или напряжения), необходимого для нагревания измерительных масс 1 в процессе измерений теплоты поверхностных реакций. Измерительные массы могут быть выполнены в виде тонкопленочных проводящих полосок, подсоединяемых концами к схеме источника тока; при включении источника по полоске проходит импульс электрического тока im и нагревает полоску. Для удобства подключения на концах полосок могут быть сформированы типичные для микроэлектронных устройств контактные площадки, не показанные на схеме.In Fig.1: 1 measuring mass in the form of 2 thin-film strips sprayed onto a substrate; on the other side of the substrates against the measuring masses, piezoelectric transducers 3 with conductive electrodes 4 are fixed with a tight contact with the surface 4. The contact of the transducer with the substrate must be acoustically coordinated, that is, to ensure that an elastic (sound) signal from the measuring mass that occurs under the action mechanical recoil momentum during the passage on the surface of the measuring mass of a chemical reaction, as a result of which molecules leave the surface reaction products. The interface should not be in the form of gaps between the dielectric substrate 2 and the electrode 4 of the Converter. The projection b) shows a top view of the device, the measuring masses 1 and their connection with the external circuit of the current source (or voltage) required to heat the measuring masses 1 during the measurement of the heat of surface reactions are visible. The measuring masses can be made in the form of thin-film conductive strips connected by the ends to the current source circuit; when the source is turned on, a pulse of electric current i m passes through the strip and heats the strip. For ease of connection at the ends of the strips, contact pads typical of microelectronic devices can be formed, not shown in the diagram.

На проекции а) показано подключение измерительной схемы к электродам пьезопреобразователя; при работе устройства между электродами возникает напряжение UП сигнала преобразователя.The projection a) shows the connection of the measuring circuit to the electrodes of the piezoelectric transducer; when the device is operating between the electrodes, the voltage U P of the converter signal arises.

На Фиг.2 с помощью схемы конструкции элемента калориметра иллюстрируется эффект теплоизоляции нагреваемой измерительной массы от подложки. Эффект проявляется только при импульсном характере нагревания измерительной массы. В момент начала нагревания измерительной массы в подложке возникает тепловая волна, распространяющаяся поперек подложки. К концу импульса нагревания прогретая в подложке область 5 (показанная на фигуре пунктиром) распространится на расстояние, характеризуемое длиной тепловой волны lT.Figure 2 using the design diagram of the element of the calorimeter illustrates the effect of thermal insulation of the heated measuring mass from the substrate. The effect is manifested only with the pulsed nature of the heating of the measuring mass. At the moment the heating of the measuring mass begins, a thermal wave arises in the substrate, propagating across the substrate. By the end of the heating pulse, the region 5 heated in the substrate (dashed in the figure) extends to a distance characterized by the thermal wavelength l T.

Это расстояние должно быть меньше толщины подложки, в противном случае при нагревании пьезоэлемента тепловой волной в нем возникнут нежелательные сигналы помехи.This distance must be less than the thickness of the substrate, otherwise, when the piezoelectric element is heated by a heat wave, undesired interference signals will appear in it.

Таким образом, количество тепла, запасаемого за импульс в измерительной массе, определяется собственной массой проводящей полоски и массой подложки в области, ограниченной тепловой волной; это тепло заранее известно и много меньше количества тепла, идущего на прогревание всей толщины подложки при использовании непрерывного нагревания измерительной массы, то есть импульсный режим позволяет реализовать тепловую изоляцию измерительных масс, что необходимо при измерениях теплового эффекта химических реакций по изменениям температуры измерительной массы.Thus, the amount of heat stored per pulse in the measuring mass is determined by the intrinsic mass of the conductive strip and the mass of the substrate in the region bounded by the heat wave; this heat is known in advance and much less than the amount of heat used to warm the entire thickness of the substrate using continuous heating of the measuring mass, i.e., the pulse mode allows the thermal insulation of the measuring mass to be realized, which is necessary when measuring the thermal effect of chemical reactions from changes in the temperature of the measuring mass.

Толщина h пьезоэлемента определяется по расстоянию между его электродами 4; в момент прихода упругой волны в пьезоэлемент между его электродами возникает разность потенциалов UП.The thickness h of the piezoelectric element is determined by the distance between its electrodes 4; at the moment of arrival of the elastic wave in the piezoelectric element between its electrodes there is a potential difference U P.

В случае использования продольного пьезоэффекта разность потенциалов, возникающая между электродами пьезоэлемента при воздействии силы, равна:In the case of using a longitudinal piezoelectric effect, the potential difference arising between the electrodes of the piezoelectric element when exposed to a force is:

Figure 00000001
Figure 00000001

Здесь P - давление, которое продукты реакции оказывают на поверхность измерительной массы; предполагается, что возникшая под действием давления упругая волна почти без ослабления пройдет пространство между измерительной массой и пьезоэлементом; d31 - пьезомодуль, ε - диэлектрическая проницаемость пьзоэлемента (у пьезокерамики ε~1000, d31≈200·10-12 Кл/Н), ε0 - электрическая постоянная.Here P is the pressure that the reaction products exert on the surface of the measuring mass; it is assumed that an elastic wave arising under the influence of pressure almost without attenuation will pass the space between the measuring mass and the piezoelectric element; d 31 is the piezoelectric module, ε is the dielectric constant of the piezoelectric element (for piezoceramics ε ~ 1000, d 31 ≈200 · 10 -12 C / N), ε 0 is the electric constant.

При импульсном действии силы необходимо, чтобы по толщине пьезоэлемента укладывалось не более половины упругой волны, возбуждаемой импульсным давлением в пьезоэлементе:With the pulsed action of the force, it is necessary that no more than half of the elastic wave excited by the pulsed pressure in the piezoelectric cell is packed along the thickness of the piezoelectric element:

Figure 00000002
Figure 00000002

Здесь сзв - скорость звука в пьезоэлементе, tu - длительность импульса нагревания измерительной массы. Получим при скорости упругой волны сзв=3000 м/с:Here with sv is the speed of sound in the piezoelectric element, t u is the duration of the heating pulse of the measuring mass. We obtain at an elastic wave velocity with sv = 3000 m / s:

при t=10 нс, h=15 мкм,at t = 10 ns, h = 15 μm,

при t=10 мкс, h=15 мм.at t = 10 μs, h = 15 mm.

Оценка показывает, что величина полезного сигнала на выходе пьезоэлемента оказывается на порядки величины большей, чем в случае сигнала в виде изменения сопротивления измерительной массы в прототипе. Существует также механизм дополнительного увеличения полезного сигнала в настоящем устройстве: если в пьезоэлементе созданы условия для возбуждения стоячей упругой волны, возбуждается переменный сигнал с длительностью, большей длительности импульса давления в число раз, примерно равное механической добротности пьезоэлемента, что увеличивает эффективность преобразования упругого воздействия в электрический сигнал многократно.The assessment shows that the value of the useful signal at the output of the piezoelectric element is orders of magnitude greater than in the case of the signal in the form of a change in the resistance of the measuring mass in the prototype. There is also a mechanism for additionally increasing the useful signal in the present device: if the conditions for excitation of a standing elastic wave are created in the piezoelectric element, an alternating signal is excited with a duration greater than the duration of the pressure pulse by a factor of approximately equal to the mechanical quality factor of the piezoelectric element, which increases the efficiency of converting the elastic effect into electrical signal repeatedly.

На Фиг.3 показан график функции изменения температуры измерительной массы, предпочтительной для работы устройства - линейный со временем рост температуры в течение импульса нагревания длительностью tu. Для получения такой формы температурного импульса необходимо специальное программирование источника тока (или напряжения), используемого для нагревания измерительной массы; варианты использования источников с постоянным напряжением или постоянным током дают нелинейный ход температурного импульса.Figure 3 shows a graph of the temperature change function of the measuring mass, preferred for the operation of the device is a linear increase in temperature over time during a heating pulse of duration t u . To obtain this shape of the temperature pulse, special programming of the current source (or voltage) used to heat the measuring mass is necessary; options for using sources with constant voltage or direct current give a non-linear course of the temperature pulse.

Необходимость в линейном росте температуры обусловлена следующим.The need for a linear increase in temperature is due to the following.

В соответствии с принципом действия калориметра для определения химического соединения необходимо измерять теплоту химической реакции и температуру активации реакции, то есть температуру измерительной массы, при которой реакция инициируется. В настоящем калориметре нет возможности измерять температуру измерительной массы в момент, когда возникает импульс отдачи продуктов реакции, сигнализирующий о инициации реакции, но если временной ход температуры задан программируемым источником тока, то о значении температуры просто судить по моменту возникновения полезного сигнала на выходе пьезоэлемента.In accordance with the principle of operation of the calorimeter, to determine the chemical compound, it is necessary to measure the heat of the chemical reaction and the reaction activation temperature, that is, the temperature of the measuring mass at which the reaction is initiated. In this calorimeter, it is not possible to measure the temperature of the measuring mass at the moment when a reaction impulse of the reaction products arises, signaling the initiation of the reaction, but if the time course of the temperature is set by a programmable current source, then the temperature value is simply judged by the moment the useful signal appears at the output of the piezoelectric element.

Линейность роста температуры измерительных масс позволяет также уменьшить помехи, вызванные неидентичностью измерительных масс, что в случае нелинейного роста температуры приводит к резкому увеличению мешающих сигналов, так как неидентичность вызывает различия температуры разных измерительных масс.The linear increase in the temperature of the measuring masses can also reduce the interference caused by the non-identicalness of the measuring masses, which in the case of a non-linear increase in temperature leads to a sharp increase in interfering signals, since the non-identity causes differences in temperature of different measuring masses.

В ряде случаев достаточно определять только сам факт наличия дополнительных химических соединений в анализируемой атмосфере, и можно применять непрограммируемые источники тока нагревания измерительных масс.In some cases, it is sufficient to determine only the fact of the presence of additional chemical compounds in the atmosphere being analyzed, and non-programmable sources of heating current for measuring masses can be used.

На фиг.4 показана схема подключения элементов калориметра к измерительной схеме, позволяющая сравнивать сигналы измерительных рабочей массы и массы сравнения. Здесь показаны закрепленные на подложке в местах, противостоящих рабочей массе и массе сравнения, пьезопреобразователи П1 и П2; прилежащие к подложке электроды преобразователей соединены друг с другом и с общей точкой схемы проводящим слоем 6; регулирование потенциометров R1 и R2, подсоединенных каждый к электроду своего преобразователя, позволяет уравновесить напряжения, формируемые пьезопреобразователями, и привести их разность к нулю при отсутствии в анализируемом газе искомых примесей. Измерительные массы должны находиться в разных полостях корпуса калориметра, и только рабочая масса экспонируется в среде, содержащей примеси. Атмосфера газов содержит несколько составляющих, каждая из которых формирует сигналы на выходе пьезопреобразователей; приведенная на фигуре схема позволяет вычесть из результирующего сигнала Uc его составляющие, за которые ответственны одинаковые компоненты атмосферы в соответствующих полостях корпуса калориметра.Figure 4 shows the connection diagram of the elements of the calorimeter to the measuring circuit, which allows to compare the signals of the measuring working mass and the comparison mass. Shown here are piezoelectric transducers P 1 and P 2 mounted on a substrate in places opposing the working mass and the mass of comparison; transducer electrodes adjacent to the substrate are connected to each other and to a common point in the circuit by a conductive layer 6; regulation of potentiometers R 1 and R 2, each connected to the electrode of its own transducer, makes it possible to balance the voltages generated by the piezoelectric transducers and bring their difference to zero in the absence of the desired impurities in the analyzed gas. The measuring mass must be in different cavities of the calorimeter body, and only the working mass is exposed in an environment containing impurities. The atmosphere of gases contains several components, each of which generates signals at the output of the piezoelectric transducers; the diagram shown in the figure allows subtracting its components from the resulting signal U c , for which identical atmospheric components in the corresponding cavities of the calorimeter body are responsible.

Для эффективного распознавания рассматриваемым калориметром газовых примесей необходимо, как и в прототипе, использование измерительных масс с покрытиями из катализаторов.For effective recognition by the considered calorimeter of gas impurities, it is necessary, as in the prototype, the use of measuring masses with coatings of catalysts.

Таким образом, доказана обоснованность и целесообразность предложений по данному изобретению.Thus, the validity and feasibility of the proposals of this invention are proved.

Для изготовления устройства могут быть использованы материалы: для подложки - стекло или полупроводниковые пластины; для измерительных масс и масс сравнения - тонкие пленки металлов, наносимые методами вакуумного напыления; в качестве трубочек эффективно использовать углеродные нанотрубки.For the manufacture of the device can be used materials: for the substrate - glass or semiconductor wafers; for measuring masses and masses of comparison - thin films of metals deposited by vacuum deposition methods; carbon nanotubes are efficiently used as tubes.

Технология изготовления может быть разработана на основе технологий микроэлектронных приборов и микромеханических устройств.Manufacturing technology can be developed based on the technologies of microelectronic devices and micromechanical devices.

Калориметр может быть применен в научных исследованиях для измерений теплоты адсорбции газов на поверхностях твердых тел и теплоты поверхностных химических реакций. Преимуществом предложенной системы является ее многоканальность, то есть возможность одновременно измерять теплоты реакций разных газов, содержащихся в данной газовой среде, экспрессный характер измерений, миниатюрность калориметра.The calorimeter can be used in scientific research to measure the heat of adsorption of gases on the surfaces of solids and the heat of surface chemical reactions. The advantage of the proposed system is its multichannel nature, that is, the ability to simultaneously measure the reaction heats of different gases contained in a given gas medium, the express nature of the measurements, and the miniature calorimeter.

Важной областью использования калориметра может быть его применение в качестве газоанализатора. Калориметр позволит за цикл измерений определить спектр энергий активации всех содержащихся в изучаемой атмосфере газов. Спектры являются индивидуальными характеристиками веществ, что позволит идентифицировать газы.An important area of use of a calorimeter can be its use as a gas analyzer. The calorimeter will allow for a measurement cycle to determine the spectrum of activation energies of all the gases contained in the studied atmosphere. Spectra are individual characteristics of substances that will allow the identification of gases.

Техническим результатом изобретения может стать создание компактных и неэнергоемких многоканальных микрокалориметров, способных обеспечивать научные исследования в области поверхностных физических и химических процессов, а также разведку химических параметров окружающей среды, например, промышленных загрязнений, загрязнений атмосферы опасными веществами.The technical result of the invention can be the creation of compact and non-energy-intensive multichannel microcalorimeters capable of providing scientific research in the field of surface physical and chemical processes, as well as reconnaissance of environmental chemical parameters, for example, industrial pollution, atmospheric pollution with hazardous substances.

Claims (4)

1. Дифференциальный массивный тонкопленочный калориметр для определения тепловых эффектов адсорбции или химических реакций газов, содержащий тонкопленочные каталитически активные измерительные рабочие массы и массы сравнения, размещенные на диэлектрической подложке и соединенные с источником нагревающего массы тока, отличающийся тем, что массы своей поверхностью прилегают к диэлектрической подложке, на противоположной стороне которой против масс закреплены пьезоэлектрические преобразователи, подсоединенные своими электродами к измерительной схеме, причем источник нагревающего тока импульсный.1. Differential massive thin-film calorimeter for determining the thermal effects of adsorption or chemical reactions of gases, containing thin-film catalytically active measuring working masses and reference masses placed on a dielectric substrate and connected to a source of heating current mass, characterized in that the masses are adjacent to the dielectric substrate , on the opposite side of which, against the masses, piezoelectric transducers are connected, connected by their electrodes to measuring circuit, and the source of the heating current is pulsed. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длительность импульса тока нагревания измерительных масс не более той, при которой длина тепловой волны в подложке равна ее толщине.2. The device according to claim 1, characterized in that the pulse duration of the heating current of the measuring mass is not more than that at which the thermal wavelength in the substrate is equal to its thickness. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длительность импульса тока нагревания измерительных масс меньше полупериода резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя.3. The device according to claim 1, characterized in that the pulse duration of the heating current of the measuring mass is less than the half-period of the resonant frequency of the piezoelectric transducer. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревающий ток регулируют во время импульса по закону, обеспечивающему повышение температуры тонкопленочных масс с постоянной скоростью. 4. The device according to claim 1, characterized in that the heating current is regulated during the pulse according to the law, which ensures an increase in the temperature of thin-film masses at a constant speed.
RU2013106349/28A 2013-02-13 2013-02-13 Differential massive thin film calorimeter RU2521208C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106349/28A RU2521208C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Differential massive thin film calorimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106349/28A RU2521208C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Differential massive thin film calorimeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2521208C1 true RU2521208C1 (en) 2014-06-27

Family

ID=51218167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013106349/28A RU2521208C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Differential massive thin film calorimeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521208C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050254547A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-17 Anis Zribi Nano-calorimeter device and associated methods of fabrication and use
RU2364845C1 (en) * 2008-03-19 2009-08-20 Институт белка РАН Differential adiabatic scanning high-pressure microcalorimetre
US20110228809A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 The Penn State Research Foundation Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices
RU2454641C1 (en) * 2010-10-21 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") Differential massive calorimeter and method of determining heat of adsorption and chemical reactions of gases
US8231267B2 (en) * 2008-06-06 2012-07-31 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Calorimeter and methods of using it and control systems therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050254547A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-17 Anis Zribi Nano-calorimeter device and associated methods of fabrication and use
RU2364845C1 (en) * 2008-03-19 2009-08-20 Институт белка РАН Differential adiabatic scanning high-pressure microcalorimetre
US8231267B2 (en) * 2008-06-06 2012-07-31 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Calorimeter and methods of using it and control systems therefor
US20110228809A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 The Penn State Research Foundation Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices
RU2454641C1 (en) * 2010-10-21 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") Differential massive calorimeter and method of determining heat of adsorption and chemical reactions of gases

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A1 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Awang Gas sensors: A review
US11156577B2 (en) Method and sensor system for measuring gas concentrations
RU2398219C1 (en) Semiconductor gas analyser
JP6656791B2 (en) Microelectrochemical sensor and operation method of microelectrochemical sensor
RU2281485C1 (en) Semiconductor gas sensor
RU2530455C1 (en) Nanosemiconductor gas sensor
Wendong et al. Two-channel IR gas sensor with two detectors based on LiTaO3 single-crystal wafer
JP2017166826A (en) Gas sensor
RU2350936C1 (en) Semiconducting gas analyser
RU2469300C1 (en) Semiconductor gas analyser
RU2400737C2 (en) Ammonia trace contaminant detector
JP2006220508A (en) Gas sensor
JPS60228949A (en) Method and device for detecting reducing gas in mixed gas tobe detected
JPS6199851A (en) Method for detecting at least one component of one substanceor mixture of substance and vibrating condenser for executing said method
RU2521208C1 (en) Differential massive thin film calorimeter
Spannhake et al. Micro-fabrication of gas sensors
JP4527663B2 (en) Sensor, sensor mechanism, and measuring method
RU2447426C2 (en) Method and apparatus for detecting pre-explosion concentration of methane in air
RU2652646C1 (en) Ammonia trace contaminant sensor
RU2613482C1 (en) Ammonia semiconductor sensor
RU2464553C1 (en) Semiconductor gas analyser
RU2603337C1 (en) Semiconductor gas sensor of trace impurities of oxygen
RU2454641C1 (en) Differential massive calorimeter and method of determining heat of adsorption and chemical reactions of gases
RU2531022C2 (en) Method to detect methane in air
RU2556288C2 (en) Analyser of total pressure, density and partial pressure of water vapours in low vacuum

Legal Events

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

Effective date: 20190214