RU51424U1 - PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR - Google Patents
PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU51424U1 RU51424U1 RU2005112626/22U RU2005112626U RU51424U1 RU 51424 U1 RU51424 U1 RU 51424U1 RU 2005112626/22 U RU2005112626/22 U RU 2005112626/22U RU 2005112626 U RU2005112626 U RU 2005112626U RU 51424 U1 RU51424 U1 RU 51424U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- electrodes
- cgs
- humidity sensor
- humidity
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material 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)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности газовой среды. Целью создания данной конструкции является уменьшение времени установления выходного сигнала и уменьшение инерционности процесса десорбции. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе для датчика влажности, содержащем электроды кварцевого резонатора, на поверхность которых нанесен адсорбирующий слой, последний выполнен из халькогенидного стеклообразного полупроводника (ХСП), а между поверхностью электродов и адсорбирующим слоем нанесен слой алюминия. При этом адсорбирующий слой ХСП представляет собой пленку, наносимую на поверхность электродов путем вакуумного напыления. Выполнение чувствительного слоя преобразователя из халькогенидного стеклообразного полупроводника позволяет существенно повысить скорость процесса, так как физическая адсорбция происходит без образования соединений и комплексов. Для предотвращения диффузии в слой ХСП серебра, из которого сделаны электроды кварцевого резонатора, между ними напыляют тонкий слой алюминия.The technical solution relates to the field of measurement technology and can be used to measure the humidity of the gas environment. The purpose of creating this design is to reduce the time it takes to establish the output signal and reduce the inertia of the desorption process. This goal is achieved by the fact that in a converter for a humidity sensor containing electrodes of a quartz resonator, on the surface of which an adsorbing layer is applied, the latter is made of a chalcogenide glassy semiconductor (CGS), and an aluminum layer is deposited between the surface of the electrodes and the adsorbing layer. In this case, the CGS adsorbent layer is a film deposited on the surface of the electrodes by vacuum deposition. The implementation of the sensitive layer of the transducer from a chalcogenide glassy semiconductor can significantly increase the speed of the process, since physical adsorption occurs without the formation of compounds and complexes. To prevent diffusion into the CGS layer of silver, from which the electrodes of the quartz resonator are made, a thin layer of aluminum is sprayed between them.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности газовой среды.The proposed solution relates to the field of measurement technology and can be used to measure the humidity of the gas environment.
Известны пьезорезонансные датчики влажности, выполненные на основе пьезорезонансных первичных преобразователей с селективным влагочувствительным покрытием [1-3]. Принцип действия таких преобразователей заключается в том, что модуляция частоты в зависимости от влажности вызывается изменением массы воды, сорбированной влагочувствительным покрытием резонатора. Таким образом, влажность измеряется непосредственно по изменению массы сорбированной на резонаторе влаги.Known piezoresonance humidity sensors, made on the basis of piezoresonance primary transducers with selective moisture-sensitive coating [1-3]. The principle of operation of such converters is that the frequency modulation depending on humidity is caused by a change in the mass of water sorbed by the moisture-sensitive coating of the resonator. Thus, humidity is measured directly by the change in the mass of moisture adsorbed on the resonator.
Первичный преобразователь датчика влажности [1] изготовлен на основе пьезорезонатора АТ-среза, а в качестве адсорбирующего слоя использован полиекапроамид, нанесенный из раствора на поверхность пьезоэлемента.The humidity sensor primary transducer [1] is made on the basis of an AT-cut piezoresonator, and polycaproamide deposited from a solution onto the surface of a piezoelectric element is used as an adsorbing layer.
В первичном преобразователе датчика влажности [2] в качестве адсорбирующего слоя, наносимого на поверхность пьезозлемента, использован сульфатированный полистирол, обладающий высокой селективностью адсорбции влаги относительно большинства других компонентов газовой среды.In the primary transducer of the humidity sensor [2], sulfated polystyrene is used as an adsorbent layer applied to the surface of the piezoelectric element, which has a high selectivity of moisture adsorption relative to most other components of the gaseous medium.
Кроме того, в первичных преобразователях датчиков влажности в качестве адсорбирующего слоя используют селикагель и так называемые «молекулярные сита» [1], которые позволяют увеличить их чувствительность.In addition, in the primary transducers of humidity sensors, silica gel and the so-called “molecular sieves” [1] are used as an adsorbing layer, which make it possible to increase their sensitivity.
Наиболее близким к заявляемому является пьезорезонансный преобразователь, содержащий электроды кварцевого резонатора, на поверхность которых нанесен адсорбирующий слой - тонкая пленка стекла [3]. Данный преобразователь можно принять в качестве прототипа.Closest to the claimed is a piezoresonance transducer containing electrodes of a quartz resonator, on the surface of which an adsorbing layer is applied - a thin film of glass [3]. This converter can be taken as a prototype.
Основным недостатком данного преобразователя, а также преобразователей, указанных выше, является их высокая инерционность. Это объясняется, во-первых, достаточно большим временем установления выходного сигнала (несколько минут и более), а, во-вторых, продолжительностью последействия при десорбции влаги с гигроскопического покрытия, которая может составлять час и более. При меньших временах измерения инерционность процесса десорбции воспринимается как гистерезис. Для устранения этого недостатка применяют специальные дополнительные устройства для принудительной осушки преобразователя [2, 3].The main disadvantage of this converter, as well as the converters mentioned above, is their high inertia. This is explained, firstly, by the rather long time of establishing the output signal (several minutes or more), and, secondly, by the duration of the aftereffect during desorption of moisture from the absorbent coating, which can be an hour or more. At shorter measurement times, the inertia of the desorption process is perceived as hysteresis. To eliminate this drawback, special additional devices are used for forced drying of the converter [2, 3].
Целью создания данной конструкции является уменьшение времени установления выходного сигнала и уменьшение инерционности процесса десорбции.The purpose of creating this design is to reduce the time it takes to establish the output signal and reduce the inertia of the desorption process.
Указанная цель достигается тем, что в преобразователе для датчика влажности, содержащем электроды кварцевого резонатора, на поверхность которых нанесен адсорбирующий слой, последний выполнен из халькогенидного стеклообразного полупроводника (ХСП), а между поверхностью электродов и адсорбирующим слоем нанесен слой алюминия.This goal is achieved by the fact that in a converter for a humidity sensor containing electrodes of a quartz resonator, on the surface of which an adsorbing layer is applied, the latter is made of a chalcogenide glassy semiconductor (CGS), and an aluminum layer is applied between the surface of the electrodes and the adsorbing layer.
При этом адсорбирующий слой ХСП представляет собой пленку, наносимую на поверхность электродов путем вакуумного напыления.In this case, the CGS adsorbent layer is a film deposited on the surface of the electrodes by vacuum deposition.
Выполнение чувствительного слоя преобразователя из халькогенидного стеклообразного полупроводника позволяет существенно повысить скорость процесса, так как физическая адсорбция происходит без образования соединений и комплексов. Для предотвращения диффузии в слой ХСП серебра, из The implementation of the sensitive layer of the transducer from a chalcogenide glassy semiconductor can significantly increase the speed of the process, since physical adsorption occurs without the formation of compounds and complexes. To prevent diffusion into the CGS silver layer, from
которого сделаны электроды кварцевого резонатора, между ними напыляют тонкий слой алюминия.of which electrodes of a quartz resonator are made, between them a thin layer of aluminum is sprayed.
Сущность данного технического решения поясняется чертежами, где:The essence of this technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 изображено устройство первичного преобразователя, а на фиг.2 показана зависимость скорости изменения сигнала датчика от времени. Пьезорезонансный преобразователь для датчика влажности содержит:figure 1 shows the device of the primary Converter, and figure 2 shows the dependence of the rate of change of the sensor signal from time to time. A piezoresonance transducer for a humidity sensor contains:
кварцевый резонатор 1, два серебряных электрода 2, на которые напылен тонкий слой алюминия 3. Поверх слоя алюминия напылена адсорбирующая пленка из халькогенидного стеклообразного полупроводника 4.quartz resonator 1, two silver electrodes 2, on which a thin layer of aluminum is sprayed 3. An adsorbing film of a chalcogenide glassy semiconductor 4 is sprayed on top of the aluminum layer.
Пьезорезонансный преобразователь работает следующим образом. Поверхность чувствительного слоя из ХСП адсорбирует влагу из окружающей среды, при этом меняется масса резонатора. Вследствие этого изменяется резонансная частота первичного преобразователя. Чем больше относительная влажность, тем больше масса адсорбированной воды и тем больше изменение резонансной частоты. Так как осаждение влаги на поверхности ХСП происходит в основном за счет физической адсорбции, без образования соединений и комплексов, то скорость адсорбции и десорбции влаги на поверхности ХСП существенно больше, чем при использовании других влагочувствительных слоев. Это иллюстрируется зависимостью, представленной на фиг.2, где приведена скорость изменения сигнала датчика, работающего на основе данного преобразователя, от времени при резком изменении влажности от 100% до 75%. Из зависимости видно, что время установления сигнала датчика составляет 30 секунд.A piezoresonant transducer operates as follows. The surface of the sensitive layer of CGS adsorbs moisture from the environment, while the mass of the resonator changes. As a result, the resonant frequency of the primary converter changes. The greater the relative humidity, the greater the mass of adsorbed water and the greater the change in resonant frequency. Since moisture deposition on the surface of the CGS occurs mainly due to physical adsorption, without the formation of compounds and complexes, the rate of adsorption and desorption of moisture on the surface of the CGS is significantly higher than when using other moisture-sensitive layers. This is illustrated by the dependence presented in figure 2, which shows the rate of change of the signal of the sensor, operating on the basis of this Converter, from time to time with a sharp change in humidity from 100% to 75%. It can be seen from the dependence that the sensor signal settling time is 30 seconds.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИBIBLIOGRAPHIC SOURCES
1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. - М.: Энергоатом издат, 1989.-272 с.1. Malov V.V. Piezoresonance sensors. - M .: Energoatom publ., 1989.-272 p.
2. King W.H. Using quartz crystals as sorption detectors // Res.Develop. 1969, Vol. 20, №2, P. 28-34, №5, Р.29-33.2. King W.H. Using quartz crystals as sorption detectors // Res.Develop. 1969, Vol. 20, No. 2, P. 28-34, No. 5, P.29-33.
3. King W.H. The State-of-the-Art in Piezoelectric Sensors // Proc.AFCS 25, 1971, P. 55-73.3. King W.H. The State-of-the-Art in Piezoelectric Sensors // Proc.AFCS 25, 1971, P. 55-73.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112626/22U RU51424U1 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112626/22U RU51424U1 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU51424U1 true RU51424U1 (en) | 2006-02-10 |
Family
ID=36050283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005112626/22U RU51424U1 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU51424U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486498C2 (en) * | 2011-08-03 | 2013-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method to measure relative air humidity |
-
2005
- 2005-04-26 RU RU2005112626/22U patent/RU51424U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486498C2 (en) * | 2011-08-03 | 2013-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method to measure relative air humidity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7134319B2 (en) | Acoustic wave sensor with reduced condensation and recovery time | |
| WO2005106452A2 (en) | Multiple modes acoustic wave sensor | |
| WO2005097524A1 (en) | Passive wireless piezoelectric smart tire sensor with reduced size | |
| Kumar et al. | The potential of acoustic wave devices for gas sensing applications | |
| D'amico et al. | Surface acoustic wave hydrogen sensor | |
| Martin et al. | Gas sensing with acoustic devices | |
| JP2020514687A (en) | Gas sensor with humidity compensation | |
| US7988351B2 (en) | Device comprising a piezoelectric resonator element, method for producing the same and method for outputting a signal depending on a resonant frequency | |
| TWI427290B (en) | A gas sensor and method thereof | |
| JPH04230860A (en) | Sensor for antibody coating crystalline chemical material | |
| WO1997045723A1 (en) | Improved piezoelectric resonator chemical sensing device | |
| JPWO2008102577A1 (en) | Surface acoustic wave sensor device | |
| JPH04233436A (en) | Surface wave gas sensor | |
| RU2281485C1 (en) | Semiconductor gas sensor | |
| Geddes et al. | Piezoelectric crystal for the detection of immunoreactions in buffer solutions | |
| NO20071365L (en) | Gas sensor with sensitive getter layer and method for making it. | |
| RU51424U1 (en) | PIEZO RESONANT CONVERTER FOR HUMIDITY SENSOR | |
| Jasek et al. | SAW sensor for mercury vapour detection | |
| Kabir et al. | A silver electrode based surface acoustic wave (SAW) mercury vapor sensor: A physio-chemical and analytical investigation | |
| US7816837B2 (en) | Surface acoustic wave sensor | |
| Déjous et al. | A surface acoustic wave gas sensor: detection of organophosphorus compounds | |
| RU2326371C1 (en) | Carbon monoxide transducer | |
| Benetti et al. | SAW sensors on AlN/Diamond/Si structures | |
| RU2375790C1 (en) | Hydrogen detector with piezoelectric resonator | |
| JPH09178714A (en) | Ultrasonic odor sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20060427 |