Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

10353

Патент на полезную модель Республики Беларусь

  • Login to see the comments

  • Be the first to like this

10353

  1. 1. (19) BY (11) 10353 (13) U (46) 2014.10.30 (51) МПК G 01N 27/407 (2006.01) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (12) РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (54) ДАТЧИК ДИОКСИДА АЗОТА (21) Номер заявки: u 20131144 (22) 2013.12.30 (71) Заявитель: Открытое акционерное общество "Минский НИИ радиома- териалов" (BY) (72) Авторы: Таратын Игорь Александро- вич; Гайдук Юлиан Станиславович; Крайко Валерий Григорьевич; Креме- невская Мария Славомировна (BY) (73) Патентообладатель: Открытое акцио- нерное общество "Минский НИИ ра- диоматериалов" (BY) (57) Датчик диоксида азота, содержащий газопроницаемый корпус, электрод из благород- ного металла, из средней части которого сформирован нагревательный элемент в виде спирали, на которую нанесен газочувствительный слой из полупроводникового материа- ла, отличающийся тем, что электрод и нагревательный элемент выполнены из платино- вой проволоки диаметром 20-50 мкм, причем на нагревательный элемент нанесен полупроводниковый газочувствительный слой, содержащий нанокристаллический оксид цинка и оксид галлия. (56) 1. Патент RU 2274853, МПК G 01N 27/12, 2006. 2. Патент EP 0488503 A2, 1992 (прототип). Фиг. 2 BY10353U2014.10.30
  2. 2. BY 10353 U 2014.10.30 2 Полезная модель относится к газовому анализу, в частности к детектирующим уст- ройствам, предназначенным для обнаружения и количественного определения микропри- месей диоксида азота, и может найти применение для мониторинга окружающей среды, контроля воздуха рабочей среды производственных помещений, определения состава вы- хлопных газов, определения состава прочих газовых смесей естественного и искусствен- ного происхождения. Известен датчик диоксида азота, содержащий полупроводниковое основание и под- ложку, в котором полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного антимонидом индия, а подложкой служит элек- тродная площадка пьезокварцевого генератора [1]. Недостатком данного датчика является сравнительно сложная технология его изготов- ления, сопряженная с необходимостью осуществления большого количества технологиче- ских операций. Кроме того, изготовление полупроводниковой пленки состава CdTe(InSb), которая служит газочувствительным элементом указанного датчика, требует применения весьма дорогостоящих веществ, некоторые из которых, в частности соединения кадмия и теллура, чрезвычайно токсичны. Указанные недостатки отсутствуют в газовом датчике, имеющем газопроницаемый корпус, в котором размещен электрод, выполненный из благородного металла, слой из полупроводникового материала, полностью или частично покрывающий электрод из бла- городного металла, и дополнительный слой, содержащий по крайней мере один из сле- дующих металлов: платина, палладий, родий, золото, серебро, медь и оксид кремния. Данная конструкция предусматривает наличие барьерного слоя, имеющего высокий потенциал, который определяет характер взаимодействия между электродом из благород- ного металла и полупроводниковым слоем [2]. Датчик обеспечивает возможность определения в газовоздушных смесях концентра- ции газов-восстановителей, таких как метан (CH4), изобутан (изо-C4H10), водород (H2), монооксид углерода (CO), пары этанола (C2H5OH), однако газочувствительный слой дан- ного датчика, содержащий по крайней мере одно из следующих соединений: оксид олова, оксид цинка, оксид индия, не обладает достаточной чувствительностью для определения газов-окислителей, в частности диоксида азота (NO2). Задачей полезной модели является разработка датчика диоксида азота с повышенной чувствительностью к диоксиду азота, позволяющего контролировать содержание диокси- да азота в атмосферном воздухе и воздухе рабочих сред промышленных предприятий, удешевление его стоимости, а конструктивное исполнение изделия должно обеспечивать возможность его функционирования с большинством стандартных газоанализаторов. Поставленная задача достигается тем, что датчик диоксида азота содержит газопрони- цаемый корпус, электрод из благородного металла, из средней части которого сформиро- ван нагревательный элемент в виде спирали, на которую нанесен газочувствительный слой из полупроводникового материала, причем электрод и нагревательный элемент вы- полнены из платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм, на который нанесен полупро- водниковый газочувствительный слой, содержащий нанокристаллический оксид цинка в количестве 95-99 мас. % и оксид галлия в количестве 1-5 мас. %. Таким образом, поставленная задача достигается за счет применения полупроводни- ковой оксидной композиции оксида цинка и оксида галлия в количестве 95-99 мас. % ок- сида цинка и 1-5 мас. % оксида галлия, которая в заявленной пропорции обладает высокой чувствительностью к диоксиду азота в интервале концентраций 0-15 ppm, изменение про- порций компонентов полупроводникового газочувствительного слоя приводит к сниже- нию чувствительности к диоксиду азота, выполнение электрода в виде платиновой проволоки диаметром 20-40 мкм обеспечивает величину потребляемой мощности сенсора в диапазоне значений до 200 mV, уменьшение заявленного диаметра проволоки приводит к снижению механической прочности изделия и к усложнению сборки датчика, увеличе-
  3. 3. BY 10353 U 2014.10.30 3 ние диаметра приводит к возрастанию потребляемой мощности датчика. Наибольшая чув- ствительность заявляемого датчика к диоксиду азота наблюдается в интервале тока нагре- ва электрода из платиновой проволоки 90-130 mA. Заявляемый датчик не обладает чувствительностью к CO, H2, газообразным углеводородам (метан и др.). По сравнению с прототипом газочувствительный слой состоит на 95-99 мас. % из сравнительно дешевого оксида цинка, а способ получения газочувствительного слоя (осаждение из водных рас- творов солей) характеризуется сравнительной простотой и экономичностью. При этом наилучшими электрофизическими свойствами обладает газочувствительный слой, содер- жащий 1 мас. % оксида галлия и 99 мас. % оксида цинка. Металлический газопроницаемый колпачок позволяет обеспечить высокую механиче- скую прочность изделия при удовлетворительном доступе анализируемого газа к поверх- ности чувствительного 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 за- креплены токоподводы 2, на которые методом термокомпрессии прикреплен электрод 3 из платины, на котором размещен нагревательный элемент 4, выполненный в виде спирали из платиновой проволоки диаметром 20-50 мкм, на которую нанесен полупроводниковый газочувствительный слой 5, состоящий из смеси нанокристаллического оксида цинка в количестве 95-99 мас. % и нанокристаллического оксида галлия в количестве 1-5 мас. %, полученных методом осаждения из водных растворов солей при помощи аммиака, и ото- жженной в воздухе после нанесения на нагревательный элемент при температуре 600 °С в течение 5 ч. Газопроницаемый корпус 1 снабжен газопроницаемым металлическим кол- пачком 6. Заявляемый датчик работает следующим образом. Заявляемый датчик помещают в термостатированную камеру (на фигурах не показа- на), через которую пропускают (выдерживают) анализируемую газовую смесь и подклю- чают к источнику постоянного тока 1-2 В или соответствующему узлу газоанализатора (на фигурах не показано). Заданная величина тока разогревает нагревательный элемент 4 и размещенный на нем газочувствительный слой 5 до требуемой рабочей температуры, дос- тигаемой при нагреве стабилизированным постоянным током 100-120 mA. При контакте исследуемого газа с газочувствительным слоем 5 происходит избирательная адсорбция молекул диоксида азота, что в силу окислительной природы газа снижает концентрацию электронов в зоне проводимости полупроводникового газочувствительного слоя 5 и, как следствие, повышает электрическое сопротивление газочувствительного слоя 5. Поэтому электрод 3 из платины меняет свое электрическое сопротивление, т.е. газочувствительный слой 5 выполняет функцию шунтирования. Величина изменения электрического сопро- тивления на электроде 3 зависит от концентрации в анализируемой смеси диоксида азота и фиксируется выходным устройством газоанализатора (на фигурах не показан), в кото- рый заявляемый датчик устанавливается.
  4. 4. BY 10353 U 2014.10.30 4 Фиг. 1 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

×