Газовые датчики на основе приборов, чувствительных к изменению массы

Известно, что генераторы на основе пьезокристаллов чрезвычайно чувствительны к изменению массы электродов и посторонних частиц, адсорбированных на поверхности. Чтобы создать химические датчики на их основе, необходимо обеспечить преимущественную адсорбцию молекул исследуемого газа на поверхность кристалла с помощью нанесения тонкого слоя адсорбирующего материала [23]. Таким образом, при росте концентрации исследуемого газа в среде увеличивается его масса, адсорбированная на поверхности пьезокристалла, и пропорционально снижается частота выходного сигнала генератора.

Существуют два типа приборов, чувствительных к изменению массы. Первый из них называется кварцевыми микровесами, его структурная схема показана на рис. 54.

Чувствительным элементом служит 15 МГц кристалл кварца с золотыми контактами. Имеются два однотипных пьезокристалла, один из которых является чувствительным элементом, а другой — эталоном. Изменение концентрации газа влияет на частоту сигнала на выходе генератора (3). Смеситель (5) выделяет разностную частоту, пропорциональную массе газа адсорбированного на поверхности чувствительного элемента. Такой прибор обладает высокой селективностью и применяется для регистрации паров ртути. Недостатком датчика является необходимость регенерации (удаление паров ртути) после каждого измерения.

Второй тип прибора — датчик на ПАВ дифференциальной конфигурации (рис. 55). На пьезокристаллической подложке (кварц, LiNb0₃, ZnO/Si0₂/Si) размещены две одинаковые линии задержки на ПАВ, каждая из которых состоит из нескольких возбуждающих и детектирующих электродов. В области распространения ПАВ одной из линий задержки нанесён чувствительный слой, селективно адсорбирующий молекулы исследуемого газа, что сопровождается уменьшением скорости распространения ПАВ, а значит и частоты колебаний генератора. Смеситель выделяет разностную частоту, пропорциональную количеству адсорбированного газа, а значит его концентрации в среде.

Напыляя на поверхность подложки пленку палладия, получают газовые датчики водорода. Для регистрации NCb в качестве чувствительного слоя применяют пленки фталацианидов.