адсорбционный датчик газа
Классы МПК: | G01N27/04 активного сопротивления |
Автор(ы): | Ионов В.Н., Симонов Л.А., Захаров А.А. |
Патентообладатель(и): | Государственное малое предприятие Научно-производственный центр "Спурт" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-02-08 публикация патента:
20.07.1997 |
Изобретение относится к технике анализа газовых смесей. Сущность изобретения: в адсорбционный датчик газа на поверхностных акустических волнах введен десорбер, выполненный в виде пьезокерамической пластины и который позволяет ускорить десорбцию газа с подложки за счет высокочастотных механических колебаний 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Адсорбционный датчик газа, содержащий пьезоэлектрическую подложку, над которой размещены измерительная линия задержки на поверхностных акустических волнах, на которой нанесен адсорбционный слой между входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями и эталонная линия задержки на поверхностных акустических волнах, первый и второй усилители, входы которых соединены соответственно с выводами входных встречно-штыревых преобразователей измерительной и эталонной линий задержки на поверхностных акустических волнах, первый и второй фазовращатели, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого фазовращателя и выводом выходного встречно-штыревого преобразователя измерительной линии задержки на поверхностных акустических волнах, а второй соединен с выходом второго фазовращателя и выводом выходного встречно-штыревого преобразователя эталонной линии задержки на поверхностных акустических волнах, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом смесителя, десорбер, отличающийся тем, что десорбер выполнен в виде пьезокерамической пластины, на которую нанесены электроды, прикрепленной к нижней стороне подложки, и ультразвукового генератора, вывод которого соединен с электродами пьезокерамической пластины. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что введен дополнительный поляризатор, выполненный с возможностью подключения к противоположным торцам пьезоэлектрической подложки. 3. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что поляризатор содержит два электрода подключения к противоположным торцам пьезоэлектрической подложки, пьезоэлектрический трансформатор, подключенный к выводам электродов, и источник питания для поляризатора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к адсорбционным газочувствительным датчикам, и может быть использовано для разработки высокочувствительных газоанализаторов. Известен газочувствительный датчик, содержащий подложку с нагревателем, электродами и чувствительным слоем [1]Однако вышеуказанное устройство обладает недостатками, обусловленными наличием нагревателя, который предназначен для восстановления адсорбирующих свойств материала чувствительного слоя. При этом наличие термоциклических воздействий на элементы конструкции датчика приводит к:
а) деформациям, которые вызывают термическую усталость материалов и резко снижают надежность. Например, термическая усталость припоев проявляется в изменении их структуры, возникновении и прогрессирующем распространении микротрещин и, как следствие этого, в увеличении электрического сопротивления соединений вплоть до полного разрыва электрических цепей;
б) к возможным химическим реакциям между газами, парами воды и материалом, при этом нагрев резко активизирует протекание химических реакций. Все это может привести к ухудшению адсорбирующих свойств газочувствительных материалов и сокращению срока службы датчика. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является датчик для измерения физико-химических параметров газов, содержащий две линии задержки на поверхностных акустических волнах, каждая из которых состоит из первого (входного) и второго (выходного) встречно-штыревых преобразователей, расположенных на подложке, при этом между первым и вторым встречно-штыревым преобразователями одной из линий задержки на подложку нанесен чувствительный материал (пленка), селективный к определенному газу, два усилителя, каждый из которых включен между входом через фазовращатель и выходом своей пары встречно-штыревых преобразователей, выходы фазовращателей подключены к смесителю, который подсоединен к фильтру низких частот [2]
Недостатком такого датчика является то, что адсорбционная пленка после воздействия газа длительное время требует ресорбции, т.е. должна подвергаться десорбции. Это производится с помощью либо воздействия горячего воздуха, либо создания вакуума, что требует длительного времени, введения насоса и нагревателя. Предлагаемое изобретение направлено на решение следующих задач:
улучшение качества десорбции адсорбирующей пленки;
уменьшение (сокращение) времени десорбции;
упрощение конструкции, уменьшение веса, габаритов;
очищение от постоянно воздействующих загрязнений. Для достижения этих результатов предлагается адсорбционный датчик газа, содержащий подложку, на которой размещена измерительная линия задержки на поверхностных акустических волнах с нанесенным адсорбционным слоем между входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, и эталонная линия задержки на поверхностно-акустических волнах, первый и второй усилители, входы каждого из которых соединены соответственно с выводами входных встречно-штыревых преобразователей измерительной и эталонной линий задержки, первый и второй фазовращатели, входы каждого из которых соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого фазовращателя и выводом выходного встречно-штыревого преобразователя измерительной линии задержки, а второй соединен с выходом второго фазовращателя и выводом выходного встречно-штыревого преобразователя эталонной линии задержки, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом смесителя, десорбер, выполненный в виде пьезокерамической пластины, с нанесенными электродами, прикрепленной к нижней стороне подложки, и ультразвукового генератора, вывод которого соединен с электродами пьезокерамической пластины. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет решать и такие задачи, как улучшение селекции, разрешающей способности, чувствительности за счет дополнительного введения поляризатора, включенного во внешнюю цепь между противоположными торцами подложки. При этом поляризатор содержит два электрода, подсоединенных к противоположным торцам подложки, пьезокерамический трансформатор, включенный между электродами, и источник питания для поляризатора. Все это расширяет эксплуатационные возможности предлагаемого адсорбционного датчика газа. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен предлагаемый адсорбционный датчик газа; на фиг.2 - разрез А-А. Адсорбционный датчик газа состоит из: подложки 1, на которой размещены измерительная 2 и эталонная 3 линии задержки на поверхностно-акустических волнах, каждая из линий состоит из первого 4(6) и второго 5(7) встречно-штыревых преобразователей, при этом между преобразователями измерительной линии задержки 2 на подложку нанесен газочувствительный адсорбирующий слой 8 (пленка), выходы преобразователей 5, 7 измерительной 2 и эталонной 3 линий задержек подключены к усилителям соответственно 9, 10 и через соответствующие фазовращатели 11, 12 к смесителю 13 и ко входу преобразователя 4, 6 своей линии задержки 2,3, выход смесителя 13 подключен к активному фильтру 14 низких частот; десорбера в виде пьезокерамической пластины 15, механически присоединенной к нижней стороне подложки 1; ультразвукового генератора 16. Кроме того, предлагаемый датчик может содержать поляризатор, содержащий два электрода 17, 18, подсоединенных к противоположным торцам подложки 1, пьезокерамический трансформатор 19, включенный между электродами 17, 18, и источник питания 20 для поляризатора. Совокупность эталонной линии задержки 3 из встречно-штыревых преобразователей 6, 7 с усилителем 10, фазовращателем 12 представляет опорный ПАВ генератор 21, совокупность измерительной линии задержки 2 из встречно-штыревых преобразователей 4, 5 с нанесенным на подложку 1 газочувствительным слоем (пленкой) 8, с усилителем 9, фазовращателем 11 представляют ПАВ генератор 122 с адсорбирующей пленкой. Устройство работает следующим образом. Возбужденные входными преобразователями 4, 6 поверхностные акустические волны проходят по участку поверхности между преобразователями, затем принимаются соответствующими выходными преобразователями 5, 7. ПАВ структура включена в качестве частотозадающего элемента в цепь положительной обратной связи ПАВ генератора. Напряжение с выходных преобразователей 5, 7 поступает на входы усилителей 9, 10, усиливается ими, проходит через фазовращатели 11, 12 и вновь поступает на входные преобразователи 4, 6 ПАВ-структуры измерительной линии задержки. При наличии в составе газа, поступающего к поверхности подложки, компоненты, к которой чувствительна селективная адсорбирующая пленка 8, нанесенная на поверхности пьезоэлектрической подложки, происходит адсорбция анализируемой компоненты на пленке 8, что приводит к изменению массовой нагрузки, плотности и упругости пленки. Указанные выше изменения приводят к изменению скорости поверхностного акустических волн в пьезоэлектрической подложке 1, которое фиксируется как изменение частоты в случае, если ПАВ структура (линия задержки на ПАВ) включена в качестве частотно-задающего элемента ПАВ генератора. Использование частотного метода измерения по сравнению с амплитудными методами обеспечивает более высокую чувствительность, удобство совместимости с цифровыми методами обработки результатов измерений. В ПАВ генераторе 22 с адсорбирующей пленкой под влиянием соответствующей компоненты происходит изменение его частоты по отношению к начальной частоте на величину


Класс G01N27/04 активного сопротивления