Полупроводниковые газоанализаторы.
Мониторинг загрязнения окружающей среды
Оксид углерода СО Этанол С2Н5ОН Сероводород H2S Изобутан С^Н, 0 Пропан С5Н8 Водород Н2. Sn02 + 1% РЬС12 + Mg (N03)2 с добавками Nb (V, Ti, Mo) Напыленный слой Sn02 с добавкой Sb203. Постоянная времени полупроводниковых датчиков не превышает 5 с. К достоинствам полупроводниковых датчиков (рис. 8.21) относятся: Обнаруживаемые газы и материал чувствительного элемента. Рис. 8.21. Полупроводниковые… Читать ещё >
Полупроводниковые газоанализаторы. Мониторинг загрязнения окружающей среды (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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
Анализируемый газ. | Чувствительный элемент датчика. |
Оксид углерода СО Этанол С2Н5ОН Сероводород H2S Изобутан С^Н,0 Пропан С5Н8 Водород Н2 | Напыленные в кислороде слои Sn02 Нанесенные пиролитические слои Sn02 на кварцевых подложках; спеченная пластина из ZnO с добавкой серебра Слой Sn02 с добавкой алюминия Слой легированного ZnO на подложке из А1203 и слой катализатора из соединения платины. Sn02 + 1% РЬС12 + Mg (N03)2 с добавками Nb (V, Ti, Mo) Напыленный слой Sn02 с добавкой Sb203 |
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