RU2666189C1 - Carbon monoxide sensor - Google Patents
Carbon monoxide sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666189C1 RU2666189C1 RU2017116307A RU2017116307A RU2666189C1 RU 2666189 C1 RU2666189 C1 RU 2666189C1 RU 2017116307 A RU2017116307 A RU 2017116307A RU 2017116307 A RU2017116307 A RU 2017116307A RU 2666189 C1 RU2666189 C1 RU 2666189C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon monoxide
- sensor
- sensitivity
- znte
- cdse
- Prior art date
Links
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 title abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
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
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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
Description
Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода и других газов. Изобретение может быть использовано в экологии.The invention relates to the field of gas analysis, in particular to detecting devices used for recording and measuring the content of trace amounts of carbon monoxide and other gases. The invention can be used in ecology.
Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии теплопроводности паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - С. 211). Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.A known sensor (detector) for thermal conductivity, the action of which is based on the difference in thermal conductivity of the vapor of the substance and the carrier gas (Vyakhirev D.A., Shushukova A.F. Guide to gas chromatography. M .: Higher school, 1987. - P. 211 ) However, such a sensor (detector) is sensitive only to substances with thermal conductivity close to the thermal conductivity of the carrier gas.
Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In2O.3), легированного оксидами щелочных металлов (γamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. N 2. P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7 - 0,05 Па СО во влажном воздухе при 300°С. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°С и трудоемкость изготовления.Also known is a semiconductor gas sensor based on indium oxide (In 2 O. 3 ) doped with alkali metal oxides (γamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43.
Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенным на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (Патент RU №2206083, М. Кл. 7 G01N 27/12, опубл. 10.06.2003).The closest technical solution to the invention is a gas gas humidity sensor, consisting of a polycrystalline film of indium antimonide doped with zinc selenide, coated with metal electrodes, and a non-conductive substrate (Patent RU No. 2206083, M. Cl. 7 G01N 27/12, publ. 10.06.2003).
Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операции напыления металлических электродов и прямых адсорбционных измерений.A disadvantage of the known device is its lack of sensitivity in the control of trace amounts of carbon monoxide. In addition, the design of the sensor involves the operation of deposition of metal electrodes and direct adsorption measurements during its manufacture.
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.The technical result of the invention is to increase the sensitivity and manufacturability of the sensor.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащим полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно заявляемому изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,75(CdSe)0,25.The specified technical result is achieved in that in the known gas sensor containing a semiconductor base deposited on a non-conductive substrate according to the claimed invention, the semiconductor base is made in the form of a polycrystalline film of a solid solution (ZnTe) 0.75 (CdSe) 0.25 .
Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 - кривые зависимости величины рН изоэлектрического состояния поверхности (рНизо) полупроводников системы ZnTe - CdSe, экспонированных на воздухе (а) и в атмосфере оксида углерода (б), от их состава; на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (ΔрНизо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (Рсо). Кривые а, б на фиг. 2 демонстрируют заметное влияние оксида углерода на рНизо поверхности полупроводникового основания - поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,75(CdSe)0,25; градуировочная кривая на фиг. 3 наглядно указывает на высокую чувствительность полупроводникового основания к оксиду углерода.The invention is illustrated by drawings, which are presented in FIG. 1 - design of the inventive sensor, FIG. 2 - curves of the dependence of the pH value of the surface isoelectric state (pH iso ) of ZnTe - CdSe semiconductors exposed in air (a) and in a carbon monoxide atmosphere (b), on their composition; in FIG. 3 - the calibration curve of pH changes isoelectric surface state (ΔrN iso) semiconductor base in the adsorption process at room temperature from an initial pressure of CO (P co). Curves a, b in FIG. 2 demonstrate a noticeable effect of carbon monoxide on pH from the surface of a semiconductor base — a polycrystalline film of a solid solution (ZnTe) 0.75 (CdSe) 0.25 ; calibration curve in FIG. 3 clearly indicates the high sensitivity of the semiconductor base to carbon monoxide.
Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,75(CdSe)0,25, и непроводящей подложки 2 (фиг. 1).The sensor consists of a
Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на непроводящую подложку, и вызывающих изменение рН изоэлектрического состояния и, соответственно, силы активных центров ее поверхности.The principle of operation of such a sensor is based on adsorption-desorption processes occurring on a semiconductor film deposited on a non-conductive substrate, and causing a change in the pH of the isoelectric state and, accordingly, the strength of the active centers of its surface.
Работа датчика осуществляется следующим образом.The operation of the sensor is as follows.
Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание оксида углерода газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (ZnTe)0,75(CdSe)0,25 происходит избирательная адсорбция молекул СО и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности. С помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.The sensor is placed in a chamber at room temperature (it can be an ordinary glass tube) through which the gas analyzed for carbon monoxide content is passed (or in which it is held). Upon contact of the transmitted gas with the surface of the semiconductor film (ZnTe) 0.75 (CdSe) 0.25 , selective adsorption of CO molecules and a change in the pH of the surface isoelectric state occur. Using calibration curves, you can determine the content of carbon monoxide in the test medium.
Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔрНизо от содержания оксида углерода (Рсо), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определить содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков. Существенное упрощение технологии изготовления датчика обусловлено исключением операций нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов и трудоемких измерений адсорбции.From the analysis of FIG. 3 typical calibration curve obtained using the inventive sensor and expressing the dependence of ΔрН iz from the content of carbon monoxide (P co ), follows: the inventive sensor with a significant simplification of its manufacturing technology allows you to determine the content of carbon monoxide with a sensitivity several times higher than the sensitivity of known sensors. A significant simplification of the manufacturing technology of the sensor is due to the exclusion of the operations of applying metal electrodes to the semiconductor base and laborious adsorption measurements.
Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,2 см3) в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс.Small dimensions of the device (working volume less than 0.2 cm 3 ) in combination with a small mass of the film - adsorbent can reduce the sensor constant in time to 10-20 ms.
Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и в динамическом режиме.The design of the inventive sensor can also improve other characteristics: speed, regenerability, the ability to work not only in static but also in dynamic mode.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116307A RU2666189C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Carbon monoxide sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116307A RU2666189C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Carbon monoxide sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666189C1 true RU2666189C1 (en) | 2018-09-06 |
Family
ID=63460051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017116307A RU2666189C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Carbon monoxide sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666189C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700036C1 (en) * | 2019-04-01 | 2019-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Carbon monoxide gas monomer |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548049C1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Semi-conductor gas analyser of carbon monoxide |
| RU2565361C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Semiconductor carbon monoxide gas analyser |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116307A patent/RU2666189C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548049C1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Semi-conductor gas analyser of carbon monoxide |
| RU2565361C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Semiconductor carbon monoxide gas analyser |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US2017045473 А1, 16,02.2017. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700036C1 (en) * | 2019-04-01 | 2019-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Carbon monoxide gas monomer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2398219C1 (en) | Semiconductor gas analyser | |
| RU2526225C1 (en) | Gas sensor | |
| RU2565361C1 (en) | Semiconductor carbon monoxide gas analyser | |
| RU2548049C1 (en) | Semi-conductor gas analyser of carbon monoxide | |
| RU2530455C1 (en) | Nanosemiconductor gas sensor | |
| RU2281485C1 (en) | Semiconductor gas sensor | |
| RU2350936C1 (en) | Semiconducting gas analyser | |
| RU2395799C1 (en) | Gas analyser of carbon oxide | |
| RU2469300C1 (en) | Semiconductor gas analyser | |
| RU2423688C1 (en) | Nano-semiconductor gas analyser | |
| RU2400737C2 (en) | Ammonia trace contaminant detector | |
| RU2561019C1 (en) | Semiconductor nitrogen dioxide analyser | |
| RU2649654C2 (en) | Co sensor | |
| RU2666189C1 (en) | Carbon monoxide sensor | |
| RU2422811C1 (en) | Nano-semiconductor gas sensor | |
| RU2326371C1 (en) | Carbon monoxide transducer | |
| RU2700036C1 (en) | Carbon monoxide gas monomer | |
| RU2652646C1 (en) | Ammonia trace contaminant sensor | |
| RU2613482C1 (en) | Ammonia semiconductor sensor | |
| RU2610349C1 (en) | Semiconductor gas sensor for oxygen trace substances | |
| RU2631010C2 (en) | Semiconductive analyzer of carbon oxide | |
| RU2778207C1 (en) | Semiconductor carbon monoxide detector | |
| RU2666576C1 (en) | Semiconductor gas analyzer of carbon oxide | |
| RU2741266C1 (en) | Carbon monoxide test carbon monoxide | |
| RU2458338C2 (en) | Nano-semiconductor gas sensor |