пьезорезонансный датчик влажности газов

Формула изобретения

Датчик влажности газов, содержащий подложку и полупроводниковое основание, отличающийся тем, что подложка выполнена из пьезокварцевого резонатора АТ-среза, а полупроводниковое основание - из поликристаллической пленки ZnSe, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для измерения влажности различных газов.

Известен адсорбционный датчик влажности газов, содержащий непроводящую подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием - монокристаллической автоэпитаксиальной пленкой арсенида галлия и металлическими токопроводящими контактами [1].

Однако чувствительность такого датчика невысока. Ближайшим техническим решением к заявляемому является датчик влажности газов, содержащий полуизолирующую подложку из арсенида галлия с нанесенной на поверхность пленкой эпитаксиального арсенида галлия, легированного теллуром, и металлические электроды [2].

Недостатком этого устройства является недостаточная чувствительность для контроля влажности газов и трудоемкость его изготовления, предупреждающего нанесение эпитаксиальной пленки на подложку и ее легирование (требуется разработка специальной сложной технологии). Кроме того, мал диапазон измерений микропримесей воды и измерение возможно только в статическом режиме.

Задачей изобретения является повышение чувствительности датчика, технологичности его изготовления и расширение диапазона измерений микропримесей воды, как в статическом, так и динамическом (проточном) режимах.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что в известном датчике влажности газов, содержащем подложку и полупроводниковое основание, подложка выполнена из пьезокварцевого резонатора АТ-среза, а полупроводниковое основание - из поликристаллической пленки селенида цинка, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена конструкция датчика, а на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие чувствительность известного (а) и заявляемого (б) датчиков. В первом случае о ней судят по изменению электропроводности полупроводника, а во втором - по изменению частоты кварцевого генератора.

Датчик представляет собой пьезокварцевый резонатор АТ-среза 1, на электродную площадку 2 которого нанесена адсорбирующая полупроводниковая (поликристаллическая) пленка ZnSe 3. Рабочий объем устройства менее 0.2 см³. (Малые габариты устройства в сочетании с малой массой адсорбента позволяют снизить постоянную по времени датчика до 10 - 20 мс).

Принцип работы такого анализатора основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на кварцевый резонатор, и вызывающих изменение его массы и, соответственно, частоты.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в термостатируемую при 273 К камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают анализируемый на содержание влаги газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью пленки ZnSe происходит избирательная адсорбция молекул воды, увеличение массы композиции "пленка-кварцевый резонатор" и изменение частоты колебания последнего. По изменению частоты с помощью градуировочных кривых можно определить содержание влаги в исследуемой среде.

Из сравнительного анализа градуировочных кривых, полученных с помощью устройства-прототипа и заявляемого датчика (см. фиг. 2а, б), следует, что заявляемый объект позволяет определять содержание паров воды (в газовых средах) с более высокой чувствительностью при расширении диапазона (0,01 - 0,22% и более). Кроме того, упрощается технология изготовления: отпадает необходимость в выполнении трудоемких и дорогостоящих операций по нанесению эпитаксиальной пленки на подложку (используется обычное вакуумное напыление) и ее легированию.

Заявляемая конструкция датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенирируемость, универсальность, способность работать не только в статическом, но и в динамическом режиме.

Источники информации

1. Авторское свидетельство N 541137. М. Кл G 01 N 1/11. Бюл. N 48 - 76.

2. Патент РФ N 1798672. М Кл. 4 G 01 N 27/22.