Газочутливий сенсор

Реферат: UA 82587 U UA 82587 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до напівпровідникової електроніки, а саме до конструкції газочутливих сенсорів, і може бути використана в пристроях вимірювальних приладів, автоматиці та екології. Відомі конструкції чутливих до зовнішніх впливів сенсорів (температура, світло, тиск і т.п.), що містять чотириелементний вимірювальний міст з одним або двома чутливими до даного впливу елементами та рештою пасивними елементами. На два виводи мосту подається напруга живлення, а з двох інших знімається вихідний сигнал, пропорційний вимірювальному впливу [1]. Найближчим аналогом є газочутливий сенсор (ГЧС), що містить вимірювальний міст із трьома пасивними конденсаторами та одним конденсатором, ємність якого залежить від концентрації газу в оточуючому середовищі [2]. Недоліком цього ГЧС є мала чутливість до низьких концентрацій газу. В основу корисної моделі поставлено задачу збільшення чутливості ГЧС. Поставлена задача вирішується створенням вимірювального мосту, в якому усі чотири конденсатори є газочутливими, причому в одній діагоналі мосту розміщені два конденсатори із позитивним коефіцієнтом газочутливості, а в другій, - два інші конденсатори із негативним (від'ємним) коефіцієнтом. При використанні, наприклад, як газочутливих елементів напівпровідникових конденсаторів, це означає, що ємність у однієї пари конденсаторів С2 при збільшенні концентрації газу збільшується, а у другої С1 - зменшується. В такій схемі ГЧС газочутливість збільшується не в 4 рази, а за рахунок схемної взаємодії елементів один із одним росте більше ніж в 10 разів. Експериментальний зразок ГЧС виготовлявся із використанням напівпровідникових конденсаторів на основі Pd-Si3N4-SiO2-n-Si з товстими діелектричними шарами (dSiO25 Нм, dSi3N4135 Нм), ємність яких росте із збільшенням концентрації газу, та Pd-Si3N4-SiO2-p-Si з тонкими діелектричними шарами (dSiO25 Нм, dSi3N415 Нм), ємність яких зменшується при збільшені концентрації газу. На кресленні показана схема газочутливого сенсора. Вона складається із двох конденсаторів С2, ємність яких збільшується із збільшенням концентрації газу; двох конденсаторів С1, ємність яких зменшується із збільшенням концентрації газу; вольтметра V та резистора R, який служить для установки нуля при відсутності вимірювального газу. Сенсор працює наступним чином. Так же як і у відомому сенсорі [2], при відсутності газу, що вимірюється, ємності всіх конденсаторів однакові, Va=Vб і напруга в діагоналі мосту V=0. Оскільки значення ємності реальних конденсаторів декілька відмінні один від одного, то значення V=0 установлюється підгоночним резистором R. При розміщенні датчика в газовому середовищі ємність однієї пари конденсаторів С1 зменшується, а другої пари С2 збільшується. Це приводить до збільшення потенціалу Vа і зменшенням Vб, відповідно V=Va-Vб росте із збільшенням концентрації газу в оточуючому середовищі. Експериментальна перевірка роботи газочутливого сенсора відбувалась відносно вимірювання концентрації водню в оточуючому середовищі. Як газочутливі елементи вимірювального мосту використовувались напівпровідникові конденсатори на основі Pd-Si3N4SiО2-n-Si з товстими діелектричними шарами, ємність яких збільшувалась при адсорбції водню та конденсаторів на основі Pd-Si3N4-SiО2-p-Si з тонкими діелектричними шарами, ємність яких зменшувалась при адсорбції водню із ростом його концентрації. При адсорбції водню такими конденсаторами, з яких складається вимірювальний міст, із-за їх різних коефіцієнтів газочутливості збільшується значення напруги в діагоналі моста, що приводить до збільшення чутливості газочутливого сенсора в 10-12 разів в порівнянні з сенсором, де тільки один елемент використовується як газочутливий [2]. Економічний ефект від використання сенсора на базі чотириелементного вимірювального мосту із чутливими до даного газу конденсаторами полягає в тому, що в пристроях для виміру концентрації газу в навколишньому середовищі потрібна менша кількість підсилюючих елементів, тобто зменшується вартість пристрою. Вимірювання проводились при кімнатній температурі на частоті 10 кГц в повітрі та водно-повітряній суміші 5 при парціальному тиску водню в діапазоні 20…10 Па. Технологія виготовлення газочутливих конденсаторів та на їх основі чотириелементного вимірювального мосту не відрізняється від технології виготовлення звичайних тонко плівкових елементів, тож газочутливий сенсор може бути виготовлений на будь-якому підприємстві електронної техніки. Джерела інформації: 1. Кривоносов А.И. Полупроводниковые датчики температуры. - М., Энергия.-1974, с. 122. 2. Виглеб Г. Датчики. - М, Мир.-1989, с. 120. 1 UA 82587 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Газочутливий сенсор, що містить чотириелементний вимірювальний міст із чутливими до даного газу конденсаторами, який відрізняється тим, що як всі чотири елементи мосту використовуються газочутливі конденсатори, причому як два газочутливих конденсатори із додатним знаком чутливості, розташовані в протилежних плечах мосту, використовуються конденсатори із Pd-Si3N4-SiO2-n-Si з товстими діелектричними шарами, а як два інших - із від'ємним знаком чутливості, конденсатори із Pd-Si3N4-SiO2-p-Si з тонкими діелектричними шарами. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2