Полупроводниковые сенсоры и сенсорный газоанализатор для измерения газовых

примесей

Современные средства газового контроля

Экологический мониторинг

Пожарная и взрывобезопасность АЭС

Пожарная сигнализация

Учёт теплотворной способности газообразного топлива

Обнаружение взрывчатых и отравляющих

веществ

Конструкция сенсораа)

б)

в)

а) Общий вид сенсора.

б) Нагреватель (платина).

в) Измерительные контакты (платина).

Размер подложки – 1.5x1.5 мм2. Материал подложки – Al2O3. Чувствительный слой – In2O3, ZnO и др.

Конструкция предлагаемого сенсора

Чувствительный элемент

Схематическое изображение малогабаритного чувствительного

элемента со стороны п/п слоя SnO2 (а) и нагревателя (б)

1 – диэлектрическая подложка 2 – платиновый нагреватель

3 – чувствительный слой SnO2

4 – терморезистор 5 – платиновые электроды

Применение сенсоров

Описание химического

процессаО2- О-

О2-

О-

О-О2-

+ +

+

+

++

+

+

+

+

++

+

+

+

++

+

хемосорбированный кислород

О-

О2-

О-

+

+

+

+

+

++

+

+ +

+

Сопротивление между зёрнами

(R1)

R2R1 >> R2

+RH (газ-восстановитель)

Изменение сопротивления чувствительного элемента в присутствии газов. Взаимодействие газов с хемосорбированным кислородом на поверхности материала.

Приборы для газового анализа

Параметр Газоанализаторы

Газовые хроматографы

Масс-спектрометр

ы

Спектрометры ионного дрейфа

Предел обнаружения, об. %

10-2 ÷ 10-4 10-4 ÷ 10-7 10-4 ÷ 10-10 10-5 ÷ 10-7

Быстродействие, с 3 ÷ 30 10 ÷ 300 1 ÷ 10 2 ÷ 30

Максимальное количество определяемых компонентов

3 ÷ 5* 10 ÷ 50 10 ÷ 50 7 ÷ 20

Селективность низкая-средняя высокая высокая средняя-высокая

Масса, кг 0,2 ÷ 20 8 ÷ 50 25 ÷ 500 3 ÷ 40

Стоимость, тыс. руб. 3 ÷ 100 200 ÷ 3000 500 ÷ 30000 150 ÷ 800

* - многоканальные газоанализаторы

Массовый рынок!!

Тонкоплёночные металлооксидные сенсоры газов

Высокое быстродействие: <3 секВысокая чувствительность

(от 0,1-10 ppb)

Невысокое энергопотребление (50-250 мВт)

Продолжительный срок службы(до 10 лет)

Возможность многокомпонентного анализа

Технологичное производство

Возможность интегрирования в микроэлектронику

Нечувствительность к температуре

Газовая и пожарная сигнализация

Повышениетемпературы

Газообразныепродукты горения*(СО2, СО, Н2, СxHy)

Дымовые ПИ Оптические

Ионизационные

Газовые ПИ Электрохимические

Полупроводниковые

Оптические

Тепловые ПИ Дифференциальные

Пороговые

Классификация пожарных извещателей (ПИ) согласно ГОСТ Р 53325-2009:

ПИ пламени ИК-спектра

УФ-спектра

Излучение

Дым

___________________

* Согласно НПБ 71-98 «Извещатели пожарные газовые. Общие технические требования. Методы испытаний»

Преимущества комбинированного пожарного извещателя с газовым каналом

Комбинированный пожарный извещатель

Пожар с открытым пламенем (без выделения газообразных продуктов

неполного окисления: СО, Н2, СхНу)

Очаг возгорания с выделением газообразных продуктов неполного

окисления: СО, Н2, СхНу Регистрация увеличения

концентрации СО, Н2 , С

хНу

Регистрация повышения

температуры

Высокая надёжность регистрации различных

очагов возгорания

Раннее обнаружение

возникновения пожара

Нечувствительность к пыли и световым бликам

Возможность применения в качестве газосигнализатора

(метан, угарный газ)

Возможность регулировки порогов

срабатывания

Потребители АЭС, предприятия горнодобывающего комплекса

Предприятия коммунального хозяйства

Строительные и инжиниринговые компании

Предприятия, эксплуатирующие здания и сооружения гражданского и промышленного назначения (офисные организации, гостиницы, торговые центры, промышленные предприятия, отраслевые институты и т.п.)

Склады и хранилища (промышленной и с/х продукции)

Перспективные направления исследований

• приготовление чувствительных слоев (ЧС) сенсоров;• исследование газочувствительных свойств ЧС; • оптимизация конструкции сенсора и сенсорной

камеры;• разработка измерительного прибора;• разработка программного обеспечения;• разработка методик измерения и обработки данных.

Планы, перспективы и проблемы

1. Коммерциализация сенсорного анализатора озона.Основные области применения:

• мониторинг на фоновых станциях контроля состояния атмосферы;• контроль качества воздуха при использовании озонаторов (в промышленности, на станциях водоочистки, бассейнах, в медицине);• контроль эффективности поглощения избыточного озона.

2. Разработка новой подложки сенсора, в том числе, для 4-х канального анализатора.

3. Расширение числа детектируемых газов, в первую очередь СО2,О3, Nox…………..

4. Изготовление опытных партий сенсоров.