RU8122U1 - Полупроводниковый газовый датчик - Google Patents

Abstract

Селективный полупроводниковый газовый детектор, содержащий диэлектрическую подложку с нанесенным газочувствительным слоем и размещенными на нем металлическими контактами и устройство нагрева, отличающийся тем, что в качестве устройства нагрева детектор содержит термоэлектрический охладитель.

Description

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК

Полезная модель относится к газоаналитическому приборостроению, а, именно, к устройствам детектирования газов на основе полупроводниковых чувствительных элементов и может быть использована для разработки газоанализаторов и сигнализаторов содержания оксидов азота, углерода, серы и других токсичных веществ в отходящих газах энергетических котлов, металлургических агрегатов , химических производств , для задач экологического контроля воздушной среды городов и промзон.

В настоящее время известно большое число разновидностей полупроводниковых пленочных газовых датчиков на основе полупроводниковых пленокП. Большинство из них изготовлено на основе простых и сложных оксидов в качестве чувствительного элемента. При этом требуемый диапазон рабочих температур чувствительного слоя находится в интервале 423 -1173 К.Для обеспечения этих температур в качестве нагревательного элемента для поддержания рабочей температуре используются нагревательные устройства различного вида. Так известно применение для этой цели нагревательных спиралей 1-33 или нитей 4,53. Иногда газочувствительный материал наносится непосредственно на нагревательную спираль 1,3 . В ряде случаев применяют в качестве нагревателей электропроводные пластины 63, резистор 73 или резистивную нагревательную токопроводящую дорожку 83, либо наносят ревистивный нагреватель в виде пленки на обратную сторону подложки напылением 9,103. Все они, предназначены для поддержания довольно высоких температур (423 - 1173 К) 113 ив принципе не могут создавать температуры ниже окружающей. Во многом это определяется погрешностью используемых газочувствительных материалов на оксидной основе. В то же время интенсивная разработка в настоящее время новых газочувствительных материалов, в том числе на органической основе: фталоцианинов, полипиролла, тетраазанулинов, краун - эфиров и т.д. 12-143, а также халькогенидов 153, из-за их термической неустойчивости требуют применения низкотемпературных нагревателей, либо необходимости стабилизации температуры ниже окружающей среды.

сида металла на электроизоляционной подложке с двумя нанесенными на слой выводршми электродами и нагреватель, расположенный на или вблизи поверхности подложки, противоположной слою оксида металла. В качестве нагревателя в датчике применена термоэлектрическая спираль.Однако используемый нагреватель,исходя ив принципа своей работы, не может обеспечить рабочие температуры на чувствительном элементе вблизи температуры окружающей среды, особенно ниже ее.

Задачей данной полезной модели является создание полупроводникового газового датчика, нагревательное устройство которого обеспечивает работу чувствительного элемента в температурном диапазоне ниже ЮО-с, в том числе ниже температуры окружающей среды.

Задача создания полезной модели решается следующим образом. Газовый датчик в качестве нзугревателя содержит термоэлектрический охладитель (ТЭО) , на верхней пловощке которого устанавливается диэлектрическая подложка, на которую нанесен газочувствительный слой с размещенными металлическими контактами и выводами (см. рис.1). Использовние в газовом датчике термоэлектрического охладителя расширяет температурный диапазон его работы в низгеэтемпературную область.

Принцип работы термоэлектрического охладителя основан на эффекте Пельтье 173, т.е. явлении понижения температуры на спае двух полупроводниковых материалов с разным типом проводимости при создании Э.Д.С. на их противоположных концах. При этом для обеспечения характера работы ТЭО необходима определенная полярность подводимого к нему постоянного тока.

В прямом режиме работы ТЭО на газочувствительном слое обеспечивается рабочая температура ниже окружающей среды. При этом нижний температурный предел будет определяться величиной подаваемого тока, конструкцией и числом каскадов охладителя. При переключении полярностей в цепи питания: обратный режим (на рис.1 полярности при этом режиме указаны в скобках), ТЭО способен работать как низкотемпературный нагреватель, обеспечивая на газочувствительном слое рабочую температуру до 100 - 120%. Это представляется в ряде случаев очень перспективным, так как позволяет простым переключением полярности ТЭО переводить газовый датчик из рабочего режима в режим регенерации чувствительного элемента за счет повышения его температуры на 60 ВсРс.

диоксида азота в вовдушной среде. При этом было установлено, что уровень чувствительности используемого сенсорного элемента на халькогенидной основе к диоксиду азота, определяемый как отношение исходного омического сопротивления элемента к сопротивлению после контакта с газом, в значительной мере зависит от рабочей температуры сенсора. Как видно из рис.2, максимальная чувствительность к диоксиду азота в этом случае была при температуре около . Стабилизация температуры газочувствительного элемента на этом уровне обеспечивалеюь использованием ТЭО.Дальнейшая регенерация чувствительного элемента осуществлялась повышением рабочей температуры на бО-бО- С путем изменения режима работы ТЭО.

Разработанный полупроводниковый газовый датчик, содержащий в качестве нагревателя термоэлектрический охладитель, может найти широкое применение в различных типах газоанализаторов, используюШ;их широкий круг газочувствительных материалов.

о

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Баран С.В, и др. Авт.свид.СССР N 1445393. Способ изготовления газочувствительного элемента , МКИ 6 01 N 27/02 Приоритет от go.04.87.

2.Бакаев И.И., Бондаренко А.Г., Соколов Ю,А. Авт.свид.СССР

N 1429743. Газочувствительный элемент, МКИ G 01 N 27/02 Приоритет от 01.10.85.

3.Мальченко С.Н. и др. АВт.свид.СССР N 1407240.Способ изготовления полупроводни «)вого газочувствительного элемента, МКИ G 01 N 27/12. Приоритет от 26.06.86.

4.Патент Японии N 59-18658 МКИ G 01 N 27/12. Опубликован 28.04.84.

5.Патент США N 4938928, МКИ G 01 N 27/00

6.Патент США N 4580439, МКИ G 01 N 27/12

7.Пптент США N 459034, МКИ G 01 N 27/12. Опубликован 02.04.85.

8.Патент Великобритании N 2142147,МКИ G 01 N 27/12. Опубжкован 09.01.85.

9.Патент Великобритании N 2085166, МКИ G 01 N 27/12. Опубликован 21.04.82.

10.Патент Великобритании N 2085168, МКИ G 01 N27/12. Опубликован

21.04.82. 11.Бутурлин А.И., Габузон Т.А., Крутоверцев С.А. Датчики для

контроля содержания примесей в атмосфере// Зарубежная электронная техника, 1983, N 2, с. 95-112 12.Евдокимов А.В., Муршудли М.Н., Подлепецкий Б.Н. и др. Шкроэлектронные датчики химического состава газов// Зарубежная

электронная техника, 1988, N 2,с.3-39 13.Арутюнян В.М.Мшфоэлектрорнные технологии - магистральный путь

для создания твердотельных сенсоров// Микроэлектроника,

1991, 20 N 4, с.311-355 14.Cainmann К. ,Lemke V,,Rohen А. und and. Chemo-und Biosensoсорбции кислорода и сернистого ангидрида на поликристаллической пленке сульфида кадмия. В кн. Современные физические методы и средства газоаналитических измерений// Киев, 1986, c.l8-gg

16.Патент ФРГ N 3700250, МКИ G 01 N 27/14,87/18, С 04, В 41/85. Приоритет от 07.01,87. Опубликован 17.09.87.

17.Яхац М.С., Орлов B.C., Коломиец Н.В. и др. Термоэлектрические

охлаждающие приборы за рубежом// М,, 1971

Claims (1)

1. Селективный полупроводниковый газовый детектор, содержащий диэлектрическую подложку с нанесенным газочувствительным слоем и размещенными на нем металлическими контактами и устройство нагрева, отличающийся тем, что в качестве устройства нагрева детектор содержит термоэлектрический охладитель.