Датчик диоксида азота

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Минский НИИ радиоматериалов(72) Авторы Таратын Игорь Александрович Гайдук Юлиан Станиславович Крайко Валерий Григорьевич Кременевская Мария Славомировна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Минский НИИ радиоматериалов(57) Датчик диоксида азота, содержащий газопроницаемый корпус, электрод из благородного металла, из средней части которого сформирован нагревательный элемент в виде спирали, на который нанесен газочувствительный слой из полупроводникового материала,отличающийся тем, что электрод и нагревательный элемент выполнены из платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм, причем на нагревательный элемент нанесен полупроводниковый газочувствительный слой, содержащий нанокристаллические оксид индия и оксид галлия. 103542014.10.30 Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к сенсорным устройствам, предназначенным для обнаружения и количественного определения микропримесей диоксида азота, и может найти применение в автоматизированных системах контроля газового состава атмосферного воздуха и технологических газовых сред. Известен датчик диоксида азота, содержащий полупроводниковое основание и подложку, в котором полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного антимонидом индия, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого генератора 1. Недостатком данного датчика является сложная многоступенчатая технология его изготовления. Кроме того, изготовление полупроводниковой пленки состава , из которой изготовлен газочувствительный элемент указанного датчика, требует применения дорогостоящих веществ, причем некоторые из них, например соединения кадмия и теллура, очень токсичны. Указанные недостатки отсутствуют в газовом датчике, имеющем газопроницаемый корпус, в котором размещен электрод, выполненный из благородного металла, газочувствительный слой из полупроводникового материала, полностью или частично покрывающий электрод из благородного металла, и дополнительный слой, содержащий по крайней мере один из следующих металлов - платина, палладий, родий, золото, серебро, медь и оксид кремния. Данная конструкция датчика предусматривает наличие барьерного слоя,имеющего высокий потенциал, который определяет характер взаимодействия между электродом из благородного металла и полупроводниковым слоем 2. Датчик обеспечивает возможность определения в газовоздушных смесях концентрации газов-восстановителей, таких как метан (4) изобутан (изо-410), водород (2), монооксид углеродаи пары этанола (25), однако газочувствительный слой данного датчика, содержащий по крайней мере одно из следующих соединений - оксид олова, оксид цинка, оксид индия, не обладает достаточной чувствительностью для детектирования газов-окислителей, в частности диоксида азота (2). Задачей полезной модели является разработка датчика диоксида азота с высокой чувствительностью к диоксиду азота, позволяющего контролировать содержание диоксида азота в атмосферном воздухе и воздухе рабочих сред промышленных предприятий, а также в технологических газовых средах, удешевление его стоимости, а конструктивное исполнение изделия должно обеспечивать возможность его функционирования в составе стандартных газоанализаторов. Поставленная задача достигается тем, что датчик диоксида азота содержит газопроницаемый корпус, электрод из благородного металла, из средней части которого сформирован нагревательный элемент в виде спирали, на который нанесен газочувствительный слой из полупроводникового материала, причем электрод и нагревательный элемент выполнены из платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм, причем на нагревательный элемент нанесен полупроводниковый газочувствительный слой, содержащий нанокристаллические оксид индия в количестве 92-99 мас.и оксид галлия в количестве 1-8 мас. . Таким образом, поставленная задача достигается за счет применения полупроводниковой композиции оксида индия и оксида галлия в количестве 92-99 оксида индия и 18 оксида галлия, которая в заявленной пропорции обладает высокой чувствительностью к диоксиду азота, изменение пропорций компонентов полупроводникового слоя в любую сторону приводит к снижению чувствительности к диоксиду азота, выполнение электрода в виде платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм обеспечивает величину потребляемой мощности сенсора в диапазоне значений до 200 , уменьшение заявленного диаметра проволоки приводит к снижению механической прочности изделия и к затруднениям в сборке датчика, увеличение диаметра приводит к возрастанию потребляемой мощности сенсора. Наибольшая чувствительность заявляемого датчика к диоксиду азота в воздухе 103542014.10.30 наблюдается в интервале стабилизированного тока нагрева электродаиз платиновой проволоки 70-120 . Металлический газопроницаемый колпачок обеспечивает хорошую механическую прочность изделия при беспрепятственном проникновении всех компонентов исследуемой газовой смеси к поверхности газочувствительного слоя. Заявляемый датчик изображен на фигурах, где на фиг. 1 - датчик в сборе,на фиг. 2 - датчик в разрезе (без металлического колпачка), где датчик диоксида азота,содержащий газопроницаемый корпус 1, в котором жестко закреплены токоподводы 2, на которые методом термокомпрессии прикреплен электрод 3 из платины, на котором размещен нагревательный элемент, выполненный в виде спирали 4, из платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм, на которую нанесен полупроводниковый газочувствительный слой 5, состоящий из смеси нанокристаллического оксида индия в количестве 92-9 и нанокристаллического оксида галлия в количестве 1-8 , полученных золь-гель методом, и отожженной в воздухе после нанесения на нагревательный элемент при температуре 850 С в течение 5 ч. Корпус 1 снабжен газопроницаемым металлическим колпачком 6. Заявляемый датчик работает следующим образом. Аналитический сигнал заявляемого датчика возникает вследствие изменения электрической проводимости полупроводникового газочувствительного слоя 5, происходящего в результате избирательной адсорбции газа, уменьшающей количество электронов в зоне проводимости полупроводника. Аналитическим сигналом заявляемого датчика является величина напряжения на токоподводах 2. Заявляемый датчик помещают в термостатированную камеру (на фигурах не показана), через которую пропускают (выдерживают) анализируемую газовую смесь, и подключают к источнику постоянного тока 1-2 В или соответствующему узлу газоанализатора (на фигурах не показаны). Заданная величина тока разогревает нагревательный элемент 4 и размещенный на нем газочувствительный слой 5 до требуемой рабочей температуры. При контакте исследуемого газа с газочувствительным слоем 5 его электрическое сопротивление возрастает. Поэтому электрод 3 из платины также меняет свое электрическое сопротивление, т.е. газочувствительный слой 5 выполняет функцию шунтирования. Величина изменения электрического сопротивления на токоподводах 2 зависит от концентрации в смеси диоксида азота, и фиксируется выходным устройством газоанализатора (на фигурах не показан), в который заявляемый датчик устанавливается, или заменяющим его электроизмерительным оборудованием. Фиг. 1 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3