Сенсор газу

Сенсор газу, що містить нагрівач, виконаний з резистивного плівкового шару і газочутливий резистор з провідного плівкового шару, покритого шаром напівпровідникового адсорбенту, які відокремлені один від одного ізолюючим плівковим шаром і нанесені з одного боку діелектричної під 34267 плеча і другий нагрівач розміщені з протилежного боку діелектричної підкладки, дозволяє за допомогою змінних резисторів збалансувати вимірювальний міст, газочутливі резистори якого знаходяться в однаковому середовищі, і, таким чином, надалі зменшити вплив параметрів газового середовища, що містить аналізований газ, на опір одного з газочутливи х резисторів, а, отже, і на вихідну напругу сенсора, шляхом подачі на другий газочутливий резистор близького за параметрами газового середовища, в якому відсутній аналізований газ, і в результаті підвищити точність вимірювання концентрації аналізованого газу. На фіг. 1 зображена функціональна схема сенсора газу, на фіг. 2 - діелектрична підкладка з плівковими елементами - вид зверху, а на фіг. 3 розріз по А-А, де: 1 - резистор першого, 2 - резистор другого плеча, 3 - резистор третього плеча, 4 резистор четвертого плеча, 5 - перший нагрівач, 6 - другий нагрівач, 7 - вимірювальний міст, 8 - підкладка, 9 - джерело живлення, 10 - схема термокомпенсації, 11 - диференційний підсилювач, 12 трубопровід, 13 - резистивний плівковий шар, 14 провідний плівковий шар, 15 - плівковий шар напівпровідникового адсорбенту, 16 - ізолюючий плівковий шар, 17 - електроди. Сенсор газу містить вимірювальний міст 7, в кожне плече якого включений резистор 1-4, при цьому резистор першого 1 і другого 2 плеч є газочутливими, а резистори третього 3 і четвертого 4 плеч є змінними. Резистори першого 1 і другого 2 плеч виконані з провідного плівкового шару 14 у вигляді, наприклад, зустрічноштирьових електродів 17, покритого шаром напівпровідникового адсорбенту 15 і нанесені на поверхні покритих ізолюючим плівковим шаром 16 відповідно першого 5 і другого 6 нагрівачів, виконаних з резистивного плівкового шару 13 у вигляді, наприклад, меандру і розміщених на протилежних боках діелектричної підкладки 8. Діелектрична підкладка 8 з плівковою структурою одним боком, наприклад , з боку газочутливого резистора другого плеча 2, герметично приєднана, наприклад, до трубопроводу 12. Нагрівачі 5 і 6 під'єднані до схеми термокомпенсації 10. Джерело живлення 9 під'єднано до діагоналі живлення вимірювального моста 7, диференційний підсилювач 11 - до його вимірювальної діагоналі, а схема термокомпенсації 10 - до нагрівачів 5 і 6. Подача напруги з схеми термокомпенсації 10 на нагрівачі 4 і 5 забезпечує встановлення і стабілізацію робочої температури, відповідно газочутливих резисторів першого 1 та другого 2 плеч, при якій спостерігається найкраща чутливість плівкого шару напівпровідникового адсорбента 15 до певного газу. При подачі газового середовища до газочутливи х резисторів першого 1 та другого 2 плеч їх опори змінюються і набувають значеннь R 1 і R2 відповідно. За допомогою регулювання опорів змінних резисторів третього 3 і четвертого 4 плеч встановлюється баланс вимірювального моста, умова якого визначається формулою R1 R 4 = R 2 R3 третього плеча 3; R4 - опір резистора четвертого плеча 4. Наступна подача газового середовища, що містить аналізований газ, до резистора першого плеча 1 приводить до зміни його опору R 1 на величину DR1,причому ця зміна обумовлена впливом аналізованого газу DR1¢ і впливом інших параметрів газового середовища ,а саме, температурою і складом DR1¢¢. Подача через трубопровід 12 однакового за параметрами середовища, в якому відсутній аналізований газ, приводить до зміни його опору R2 на величину DR2, яка обумовлена впливом параметрів цього середовища. В результаті на вимірювальній діагоналі моста з'являється напруга розбалансу вимірювального моста DU, яка визначається формулою DU = U0× ( ' '' DR1 ×R2 + DR1× R2 -R1× DR2 ) ' ' ' R1 +DR1 +DR1+ R2 +DR2 × (R1+ R2) , де: U0 - напруга джерела живлення вимірювального моста 7; DR1¢ - кінцевий опір резистора першого плеча 1 ; DR1¢¢ - кінцевий опір резистора першого плеча 1; DR2 - кінцевий опір резистора другого плеча 2. Оскільки опір напівпровідникового адсорбенту має експоненційну залежність від температури і концентрації активних компонентів газової суміші, то для відносних змін величин опорів газочутливих резисторів, викликаних впливом всіх параметрів газових середовищ, крім концентрації аналізованого газу, буде справедливе співвідношення або інакше ' DR1' DR 2 = R1 R2 ' DR 1' × R 2 = R1 × DR 2 Порівняння першої і останньої формул показує, що всі параметри газових середовищ, крім концентрації аналізованого газу, не впливають на величину напруги розбалансу вимірювального моста 7 DU, a , отже, відбувається їх компенсація. Напруга DU з вимірювальної діагоналі поступає на диференційний підсилювач 11. На виході диференційного підсилювача 11 напруга Uвих є функцією від концентрації аналізованого газу в середовищі і дорівнює U вих = DU × K , де: К - коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача. Якщо параметри газових середовищ є близькими за величиною, але не збігаються, що і спостерігається при практичних вимірюваннях, компенсація буде неповною, однак похибка, обумовлена впливом параметрів газового середовища, зменшується, отже, підвищується точність виміру концентрації газу. Сенсор газу можна реалізувати для виміру і контролю в газовій промисловості, в екології, в технологічних циклах хімічної промисловості, де має місце обробка в газовому середовищі. . де: R1 - опір резистора першого плеча 1; R2 - опір резистора другого плеча 2; R3 - опір резистора 2 34267 Фіг. 1 Фіг. 2 3 34267 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4