Полупроводниковые газоанализаторы. 
Мониторинг загрязнения окружающей среды

Полупроводники — вещества, характеризующиеся значениями УЭП i, промежуточными между УЭП металлов (у = 10−10⁶—10−10⁸ См/м) и хороших диэлектриков (х ~ 10* 10^-10—1010^-8 См/м). Возможность в широких пределах управлять электропроводностью полупроводников изменением температуры, введением примесей и т. д. является основой их многочисленных и разнообразных применений.

Вид полупроводникового датчика газоанализатора показан на рис. 8.20. Принцип его действия основан на том, что анализируемый газ изменяет проводимость полупроводника (оксида металла) 2. С помощью мостовой схемы это изменение проводимости преобразуется в изменение напряжения.

Рис. 8.20. Полупроводниковый датчик газоанализатора:

1 — полимерная мембрана; 2 — полупроводник; 3 — нагревательная спираль; 4 — керамический корпус В табл. 8.2 приведены данные о материалах чувствительных элементов для обнаружения газов.

Таблица 8.2

Обнаруживаемые газы и материал чувствительного элемента

Наиболее пригодным для обнаружения газов является диоксид олова Sn0₂ с различными легирующими добавками. Подбором легирующих добавок и рабочей температуры можно достичь повышения чувствительности.

Перспективным направлением развития является составление матрицы полупроводниковых датчиков на различные газы. Тогда, зная матрицу перекрестной чувствительности, можно определить концентрацию газов, находящихся в воздухе. Недостатком, делающим невозможным пока применение данного метода, является то, что наличие в воздухе компонента, не заданного в матрице сенсоров, приводит либо к ошибке при решении системы уравнений, либо к невозможности нахождения решения вовсе.

Более прогрессивным является импульсный метод измерения концентрации. При этом в момент прохождения импульса нагрева через сенсор считывают его отклик и высчитывают концентрацию газа. Алгоритм обработки достаточно прост. К недостаткам данного метода можно отнести высокое энергопотребление. При динамическом импульсном методе возможна самодиагностика прибора на потерю чувствительности сенсора к газам.

К достоинствам полупроводниковых датчиков (рис. 8.21) относятся:

• • длительный срок службы (5—10 лет);
• • больший динамический диапазон измерений, что позволяет на одном датчике реализовать сразу три порога сигнализации — 20, 60 и 500 мг/м³;
• • большой диапазон рабочих температур (от -60 до 120°С);
• • постоянная времени полупроводниковых датчиков не превышает 5 с.

Недостатками полупроводниковых датчиков являются:

• • невысокая селективность;
• • возможность отравления органическими веществами;
• • большое время регенерации (до нескольких часов) или даже полная потеря работоспособности после концентрационных перегрузок.

Рис. 8.21. Полупроводниковые датчики газоанализаторов