Конструктивные и технологические особенности твердотельных датчиков газов

Схема полупроводникового газового датчика приведена на рис. 4.5. Датчик содержит токовые электроды для измерения сопротивления газочувствительного слоя, нагреватель для достижения температуры максимальной адсорбции контролируемого газа и для нагрева датчика до температуры десорбции, а также термометр для контроля температуры. Лидером в области серийно выпускаемых полупроводниковых датчиков газов является Япония. Фирма Figaro выпускает широкий класс датчиков типа TGS (Тагучи газовый сенсор), состоящих из керамического трубчатого основания, выдерживающего нагрев до 500 ºС, двух электродов из Pt, между которыми наносится полупроводниковый оксид металла – газочувствительный слой. Внутри керамического основания размещен спиральный нагреватель, задающий рабочую температуру датчика. При взаимодействии газа с газочувствительным слоем поверхностное сопротивление последнего изменяется пропорционально концентрации контролируемого газа и измеряется с помощью мостовой схемы. Датчик размещается в пластмассовом или керамическом корпусе диаметром 20 мм с шестью выводами и защищен сеткой от механических повреждений. Все датчики TGS включаются по сходной электрической схеме: напряжение на нагревателе 5 В, на чувствительном элементе – 24 В, нагрузочное сопротивление – 4 кОм, рассеиваемая мощность – 1,5 – 3 Вт. Измерение электрического сигнала осуществляется по мостовой схеме. Масса прибора с блоком питания до 1 кг. На рис. 4.6 приведена характеристика чувствительности датчика TGS к различным газам.

.

Рис. 4.5. Схема полупроводникового датчика газов

По технологии изготовления чувствительных элементов твердотельных датчиков различают керамическую технологию, тонко- и толстопленочную технологию.

Перспективно использование в качестве датчиков газов диодов Шоттки, полевых транзисторов и других приборных структур. В конструкцию прибора включается газочувствительный элемент, слой или более сложная структура. МДП-структуры, металлический электрод которых выполнен из переходных металлов (Pd, Pt, Ni), меняют свой характеристики под воздействием газов. Преимуществом таких приборов является высокая чувствительность и возможность работы при низких температурах (до 120 ºС). Недостаток – высокая чувствительность к влажности.

Рис. 4.6. Чувствительность датчика TGS к различным газам

Контрольные вопросы

1. Принцип действия и особенности применения термокондуктометрических датчиков газов. Какие газы можно контролировать этим датчиком?

2. Принцип действия и области применения термохимических (каталитических) датчиков газов.

3. Принцип действия и особенности применения электрохимических датчиков газов.

4. На каких физических явлениях основана работа полупроводниковых датчиков газов?

5. Устройство термокондуктометрического датчика газов. Какие газы трудно контролировать таким датчиком?

6. Устройство термокаталитической ячейки, ее достоинства и недостатки. Зачем используют катализаторы?

7. Устройство электрохимической (топливной) ячейки. Какие газы можно контролировать топливной ячейкой?

8. Какие газы можно контролировать с помощью полупроводникового датчика?