Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода



Владельцы патента RU 2710523:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) (RU)

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода. Изобретение может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика. Датчик микропримесей кислорода содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка (GaSb)0.95(ZnTe)0.05, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Датчик согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительности известных датчиков. 2 ил.

 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода. Изобретение может быть использовано для экологического мониторинга.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. Школа, 1987. - 287с). Однако, такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа кислорода, точность определения невысока.

Известен также близкий по устройству датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами и непроводящей подложки (Патент RU №2206083 М. Кл. G 01 № 27/12, опубликовано 10.06.2003).

Недостатком известного устройства является недостаточная чувствительность при контроле микропримесей кислорода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операцию напыления металлических электродов.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик кислорода (Кировская И.А. Поверхностные явления. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. С.159), основанный на контакте металл-полупроводник (GaAs), на связи поверхностного изгиба зон с давлением газа (О2) и избирательности адсорбции при наличии двух и более газовых компонентов. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания кислорода (его точность сравнима с точностью термопарного манометра - ~5 10-3 мм рт.ст.) и трудоемкость осуществления контроля поверхностного изгиба зон под влиянием адсорбированного кислорода, сопряженного с необходимостью постановки далеко не общедоступного метода измерения контактной разности потенциалов (КРП) и соответственно с операцией нанесения металлических электродов.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика, позволяющего определять содержание микропримесей кислорода в газовых смесях при комнатной температуре.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка при соотношении (мол. %) GaSb:ZnTe=95:5, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 - кривая зависимости величины адсорбции кислорода от температуры, на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения частоты колебания (∆f) пьезокварцевого резонатора с нанесенной полупроводниковой пленкой в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления О2 (РО2). Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка (GaSb:ZnTe=95:5), нанесенной на электродную площадку 2 пьезокварцевого резонатора 3.

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, и вызывающих изменение его массы, а соответственно частоты колебания ∆f.

Работа датчика осуществляется следующим образом. Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают анализируемый газ на содержание О2. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (GaSb)0.95(ZnTe)0.05 происходит избирательная адсорбция молекул О2, увеличение массы композиции «пленка - кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего. По величине изменения частоты с помощью градуировочных кривых можно определить содержание кислорода в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость изменения частоты (∆f) от содержания кислорода (РО2), следует: заявляемый датчик, при существенном упрощении технологии его изготовления, позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков.

Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,3 см3) в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс. Кроме того, исключается операция напыления на полупроводниковое основание металлических электродов, что повышает технологичность изготовления датчика.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статистическом, но и динамическом режиме.

Датчик микропримесей кислорода, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка: GaSb:ZnTe=95:5, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены система и способ секвенирования синтезом (SBS).

Изобретение относится к области сенсорной техники и нанотехнологий, в частности к разработке газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов.

Изобретение относится к многоканальному капиллярному генетическому анализатору, содержащему заполненные разделяющим полимером капилляры, к концам которых приложено высокое напряжение, устройство когерентного излучения, оптическую систему, блок спектрального анализа, блок регистрации флуоресцентного сигнала и компьютер, отличающемуся тем, что он снабжен базой данных, блоком оптимизации, блоком выравнивания и блоком определения погрешностей, при этом вход базы данных связан с выходом блока регистрации флуоресцентного сигнала, база данных соединена двухсторонней связью с блоком оптимизации, блоком выравнивания и блоком определения погрешностей, а выходы базы данных соединены с входами компьютера.

Изобретение относится к датчикам кислорода. Предложены различные способы компенсации изменений соотношения между установочным значением импеданса и рабочей температурой датчика кислорода.

Способ определения значений параметров разрядного контура с нагруженным на газоразрядный межэлектродный промежуток емкостным накопителем энергии, обеспечивающих максимальную энергоэффективность получения наночастиц в импульсном газовом разряде может быть использован для повышения электрического КПД устройств для получения наночастиц в импульсном газовом разряде посредством электрической эрозии электродов, в том числе из металлов, сплавов и полупроводников.

Предложены различные способы эксплуатации датчика кислорода. В одном примере способ эксплуатации датчика кислорода содержит приложение мощности к нагревателю датчика кислорода и извещение о том, контактирует ли вода с датчиком кислорода, на основе скорости изменения температуры датчика кислорода.

Способ детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре, который содержит первый электрод, второй электрод и третий электрод, причем первый электрод и второй электрод покрыты мембраной, первый электрод содержит фермент или покрыт слоем фермента.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода, и может быть использовано в экологии.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга.

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к определению содержания свободного холестерина в образце сыворотки или плазмы крови с использованием платинового электрода и растворенного в апротонном растворителе катализатора электрохимического окисления холестерина.

Изобретение относится к области сенсорной техники и нанотехнологий, в частности к разработке газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов.

Изобретение относится к области сенсорной техники и нанотехнологий, в частности к разработке газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов.

Использование: для использования в газоанализаторах горючих газов. Сущность изобретения заключается в том, что способ состоит в стабилизации температуры нагревателя чувствительного элемента датчика изменением скважности программно-управляемого ШИМ генератора с использованием в качестве сигнала обратной связи амплитуды напряжения на нагревателе чувствительного элемента датчика, выполненного в виде термометра сопротивления, концентрация горючих газов определяется через разность длительностей ШИМ импульсов, поддерживающих постоянную температуру чувствительного элемента датчика в присутствии горючих газов и их отсутствии, причём последняя определяется расчётным методом через определяемые при калибровки и сохраняемые в памяти микроконтроллера значения длительностей ШИМ импульсов для двух отличающихся температур окружающей среды и значения самих температур, а также по текущему значению температуры окружающей среды, при этом датчик температуры должен иметь стабильную чувствительность и линейную характеристику.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для непрерывного мониторинга утечек топлива (бензина, керосина, дизельного топлива, а также других легколетучих взрывоопасных жидкостей) и обнаружения повышения концентраций паров топлива в воздухе закрытых помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях).

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода, и может быть использовано в экологии.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода, и может быть использовано в экологии.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в газоанализаторах горючих газов. Способ измерения концентрации газа каталитическим датчиком состоит из нагрева до заданной температуры нагревателя чувствительного элемента датчика, являющегося одновременно термометром сопротивления, электрическими импульсами, управление скважностью которых осуществляют с помощью ШИМ генератора, при этом стабилизируют температуру нагревателя, подавая на вход обратной связи ШИМ генератора величину амплитудного падения напряжения на нагревателе, пропорциональную его сопротивлению, зависящему от температуры, при этом нагреватель нагревают импульсами тока источника стабильного напряжения, протекающими через нагреватель и последовательно включённый опорный резистор, стабилизируя сопротивление нагревателя путем изменения отношения длительности импульса к периоду ТИМП/ТПЕРИОДА (коэффициента заполнения) в сигнале управления, подаваемом с выхода программно-управляемого ШИМ генератора, запоминая значение коэффициента заполнения, при этом коэффициент заполнения определяется для двух значений температуры – рабочей, при которой протекает реакция каталитического окисления, и пониженной, при которой реакция не протекает, а значение длительности импульса используется для компенсации погрешности от изменения температуры окружающей среды, при этом информативным параметром, пропорциональным мощности выделяемой при каталитической реакции и, следовательно, концентрации аналита, является разность коэффициента заполнения сигнала управления при рабочей температуре нагревателя и коэффициента заполнения при пониженной температуре нагревателя, умноженная на поправочный коэффициент, определяемый однократно расчётным способом как произведение амплитуд напряжений на нагревателе и опорном резисторе в режиме компенсации, делённое на произведение этих же напряжений в рабочем режиме, скомпенсированная вычитанием значения такой же разности, но полученной в отсутствие аналита, при однократной калибровке.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач экологического контроля. Предложен полупроводниковый датчик диоксида азота, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки селенида цинка (ZnSe), которая нанесена на непроводящую подложку.

Система (100) с зондом Кельвина для анализа исследуемого образца (134), содержащая привод (102), управляемый и приводимый в действие с помощью средства (103) управления приводом/источника питания, для вращения элемента (106, 120) вокруг оси вращения; соединенную с приводом (102) головку (120) с зондом Кельвина, содержащую зонд Кельвина (122) и имеющую на одном конце внешнюю поверхность (124) зонда Кельвина; отличающаяся тем, что внешняя поверхность зонда Кельвина находится на боковой поверхности, по отношению к оси вращения, головки с зондом Кельвина. Предложены также калибровочная система для системы (100) зонда Кельвина и способ измерений с использованием системы (100) зонда Кельвина для определения присутствия водорода. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений выступает повышение точности анализа исследуемого объекта, а именно обеспечивается возможность избежать помех, уменьшить степень повреждений зонда в процессе анализа, и, кроме того, постоянная самокалибровка. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2019-05-21 2019-12-26T16:00:04
Наверх