Чувствительный элемент газоанализатора

 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в аналитическом приборостроении. Токосъемные контакты размещены на расстоянии, определяемом математической формулой, В этих условиях чувствительность обеспечивается захватом инжектированных из контактов электронов адсорбционными молекулами. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л 6 01 N 27/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ 4

О

C)

4 (л

4 > (д (21) 4905220/25 (22) 29.01.91 (46) 23.01.93. Бюл. ¹ 3 (71) Одесский государственный университет им, И.И.Мечникова (72) Н.В,Головань и В.А,Смынтына (73) В.А,Смынтына (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1345103, кл, G 01 N 27/02, 1981.

Корсунская Н.Е., Маркевич И.В„Шаблий И.Ю„Шейнкман М.К. Дрейф межузельных атомов в электрическом поле в чистых и легированных Li кристаллах CdS, — Физика и техника полупроводников, 1981, т.15, N. 2, с.279 — 282.

Изобретение относится к газовому анализатору и может быть использовано в аналитическом приборостроении, в частности, для измерения микроконцентраций сернистого ангидрида в воздухе и других средах, содержащих акцепторные газы, в которых детектируется ЯОг.

Известно устройство анализа сернистого ангидрида, основанное на измерении рН раствора, в котором содержится ЯО2, предварительно окисленный до ЯОз.

К недостаткам данного устройства определения концентрации можно отнести необходимость стабилизации параметров элемента, сложность измерений, обусловленную сменой электролита, а также ограниченную степень растворимости ЯО2 в электролите.

Наиболее близким к изобретению является чувствительный элемент анализатора сернистого ангидрида, состоящий из диэлектрической подложки и полупроводникового слоя сульфида кадмия с нанесенными

„„. Ы„„1790757 АЗ (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОАНАЛ ИЗАТО РА (57) Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в аналитическом приборостроении. Токосьемные контакты размещены на расстоянии, определяемом математической формулой, В этих условиях чувствительность обеспечивается захватом инжектированных из контактов электронов адсорбцион ными молекулами.

1 ил. на него контактами, В качестве полупроводникового слоя используется поликристаллическая пленка, полученная методом

Э ГД-пульверизации спиртовых растворов хлорида кадмия и тиомочевины. Перед началом работы чувствительный элемент (ЧЭ) нагревают до температуры 90 — 100 С с целью обеспечения протекания последующих сорбционных процессов, Недостатками известного устройства являются невысокие точность определения концентрации сернистого ангидрида и чувствительность прибора, сравнительно высокая рабочая температура (90 — 100 С) и ограниченный диапазон анализируемых газовых сред, что связано с дрейфом проводимости ЧЭ. Дрейф проводимости ЧЭ приводит к погрешности измерений концентрации анализируемого газа. Измерение концентрации тестируемого газа производится по сравнению величины токов, протекающих через чувствительный элемент, в атмосферах, не содержащих и

1790757 2

U+A

55 содержащих анализируемый газ, В реальных условиях работы отградуированного датчика в атмосфере с неизвестным содержанием

ЯО естественный дрейф тока отсчета (нулевого уровня), происходящий вследствие миграции заряженных дефектов, может быть принят за изменение концентрации анализируемого газа. Таким образом, увеличивается погрешность определения концентрации сернистого ангидрида. Помимо этого, известное устройство используется в анализаторах

ЯОг в индифферентной среде и не может регистрировать сернистый ангидрид в воздухе, кислороде и других смесях, содержащих акцепторные газы.

Целью изобретения является повышение точности определения концентрации

SOz, увеличение чувствительности, снижение рабочей температуры, а также расширение диапазона анализируемых газовых сред (включая воздух, кислород и другие акцепторные компоненты), Указанная цель достигается тем, что в чувствительном элементе газоанализатора, содержащем диэлектрическую подложку, полупроводниковый слой сульфида кадмия с нанесенными на него контактами, последние размещены на расстоянии, определяемом соотношением где U — рабочее напряжение при измерении электропроводности пленки;

d — расстояние между контактами;

p — удельное сопротивление полупроводниковой пленки, А — константа.

Для индиевых контактов А

= 6 10" B Ом/см.

В известном чувствительном элементе газоанализатора рабочая температура полупроводникового слоя при регистрации концентрации газа по электропроводности находится в диапазоне 90 — 100 С. Такая температура обеспечивает адсорбционнодесорбционные процессы, происходящие на поверхности полупроводниковой пленки. В условиях повышенных температур в полупроводниковых материалах возможен дрейф заряженных дефектов в электричеФормула изобретения

Чувствительный элемент газоанализатора, состоящий из диэлектрической подложки и полупроводникового слоя сульфида кадмия с нанесенными на него контактами, 5

50 ском поле. Миграция таких дефектов определяет нестабильность электропроводности полупроводников. Использование соотношения (1) приводит к тому, что протекающий через образец ток on ределяется инжекцией носителей из контакта и не зависит от структуры пленки. Таким образом, обеспечивается стабильность исходной электропроводности пленки (нулевой уровень).

На чертеже изображен предлагаемый чувствительный элемент.

На не п ро водя щей (стекля н ной) подложке 1 нанесен слой полупроводниковой пленки сульфида кадмия 2. Индиевые контакты 3 размещены на расстоянии d.

При размещении чувствительного элемента в газовой среде, содержащей сернистый ангидрид, происходя абсорбция SOz на поверхности пленки 2, что приводит к захвату инжектированных из контакта 3 электронов на поверхностные центры, связанные с адсорбирующимся газом, В результате этого процесса происходит изменение электропроводности ЧЭ, Благодаря тому, что в режиме протекания инжекционного тока концентрация электронов повышена (no сравнению с концентрацией собственных носителей, формирующих ток в известном ЧЭ), а поверхность полупроводниковой пленки приобретает избыточный отрицательный заряд, адсорбционная способность чувствительного элемента к акцепторному газу-сернистому ангидриду возрастает, Проведенные сравнительные испытания показали, что для работы чувствительного элемента не требуется предварительного разогрева пленки, Относительная погрешность измерения данным чувствительным элементом существенно ниже относительной погрешности известного (3% по сравнению с 25%), что подтверждает более высокую точность измерения, Абсолютная погрешность измерения для этих элементов составляет 0,51 мг/м и 4,2 з мгlм соответственно. Эти значения и определяют минимиальную концентрацию, которая может быть детектирована чувствительным элементом, Таким образом, предлагаемый чувствительный элемент по отношению к прототипу обладает большей чувствительностью. отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации сернистого ангидрида, увеличения чувствительности, снижения рабочей температуры, а также расширения диапазона

1790757

0 =А(б /р), 25

35

45

Составитель Н.Головань

Техред М.Моргентал Корректор Е,Папп

Реда кто р Г. Бельская

Заказ 374 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат."Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 анализируемых газовых сред, включая воздух, кислород и другие акцепторные компоненты, его токосъемные контактыразмещены на расстоянии, определяемом из следующего соотношения: где U — рабочее напряжения при измерении электропроводности пленки;

d — расстояние между контактами;

p — удельное сопротивление полупро5 водниковой пленки;

А — константа (для индиевых контактов

А = б 10 В Омlсм).