Конструкция газочувствительного микросенсора (Раздел дипломной работы), страница 2

Базовая конструкция сенсора реализована с применением металлостеклянного корпуса ТО-5 с 6-ю проволочными выводами. Доступ газа к поверхности ЧИП-а обеспечивается применением стальной сетки, присоединенной к крышке корпуса. Крышка корпуса соединяется с основанием с помощью контурной сварки. Размеры ячеек сетки позволяют беспрепятственно проходить тестируемому газу, но надежно защищают кристалл сенсора от повреждений. Сенсор монтируется на стеклянную пластину (термоизолирующую шину) с помощью полиамидного клея типа ЭПО-тек (адгезива с серебром). Пластина является прокладкой между кристаллом и корпусом, и сама крепится на металлическое основание корпуса. Термоизолирующая пластина нужна, чтобы уменьшить отвод тепла на корпус. Клей между кристаллом и пластиной, и между пластиной и корпусом наносится с применением дозатора.

Разварка кристалла на корпус осуществляется с помощью алюминиевой проволоки диаметром 30- 50 мкм методом ультразвуковой сварки.

Контактные площадки нагревательного, газочувствительных элементов находящегося в корпусе сенсора присоединяются к выводам корпуса, которые, в свою очередь, к источнику питающего напряжения, находящемуся в устройстве, где должен работать сенсор. Нагревательный элемент соединен с основанием корпуса для нейтрализации влияния статического электричества. Конструкция сенсора в корпусе ТО-5 с шестью выводами представлена на рис.3.2. При эксплуатации сенсора используются пять выводов корпуса:

-  выводы 1 и 3 для подачи напряжения на нагревательный элемент сенсора;

-  выводы 2 и 6 для подачи напряжения на рабочий газочувствительный резистор сенсора;

-   выводы 4 и 6 для подачи напряжения на компенсационный резистор сенсора.

Диаметр крышки корпуса 8.5 мм, диаметр основания корпуса, на котором крепится кристалл сенсора, 9.5 мм. Каждая ножка вывода имеет длину 13.5 мм и диаметр 0.45 мм.

Такая конструкция сенсора обеспечивает необходимую механическую надежность, что подтвердили испытания:

1)  воздействие транспортной тряски, ускорение 5g при 120 ударов в минуту в течение трех часов. Данные о параметрах сенсоров до и после тряски представлены на примере трех полупроводниковых сенсорах.

Электрические параметры полупроводниковых газовых сенсоров после транспортной тряски.

№ сенсора	Rн, Ом		RГ1 , кОм		RГ2, кОм		RИЗ , МОм
	до	после	до	после	до	после	до	после
962	25.3	25.2	469	716	61	60	>20	>20
988	25.1	25.1	620	524	90	60	>20	>20
931	24.4	24.4	899	773	71	60	>20	>20

Таблица 3.3.

2)  воздействие вибрации, ускорение 5g, частота от 10 до 80 Гц по 1.5 часа; одиночные удары, ускорение 20g, пилообразная форма импульса, длительность ударного ускорения 1 мс.

Электрические параметры сенсоров  после вибрационных воздействий.

№ 961	До воздействия	После вибрации	После первого удара	После второго удара
Rн, Ом	23.8	23.8	23.8	23.8
RГ1, кОм	404	518	701	179
RГ 2, кОм	65	77	70	66
RИЗ, МОм	>20	>20	>20	>20

Таблица 3.4.

3.3. Описание работы газоанализатора.

В состав газоанализатора входят генератор импульсов, два источника напряжения, коммутатор, газовый полупроводниковый сенсор, мультиметр, усилитель, аналого-преобразовательное устройство, компаратор, индикатор, сигнализирующее устройство. Микросенсор является чувствительной частью газоанализатора.

Структурная схема  газоанализатора  приведена на рисунке 3.3.

Генератор прямоугольных импульсов  предназначен для управления источником питания, формирующим напряжение, обеспечивающее импульсный режим работы сенсора. Управляющие импульсы поступает на коммутатор, представляющий собой транзисторный ключ, который подключает источник напряжения для питания нагревательного элемента сенсора. Период импульсов Т=20±0.01 с, Umin=0.5±0.1B, Umax=(5.8 – 6 5)±0.1 B, зависит от тестируемого газа и сопротивления нагревательного элемента.

Напряжение, подаваемое на нагревательный элемент сенсора.

	U,В

 

Рис.3.4.

Второй стабилизируемый источник постоянного напряжения подает напряжение U=5±0.1В на газочувствительный резистор сенсора. При подаче тестируемого газа, происходит изменение сопротивления газочувствительного резистора, выходной сигнал снимается мультиметром со средней точки сенсора, усиливается операционным усилителем и подается на аналого–цифровой преобразователь. От АЦП на индикатор подается значение концентрации тестируемого газа, если эта концентрация превышает определенный уровень, то от компаратора поступает сигнал на  сигнализирующее устройство.

3.4. Выводы.

1.   Из приведенной структурной схемы газоанализатора следует, что газовый полупроводниковый сенсор является чувствительной частью газоанализатора.

2.   Установлено, что сенсор включает в себя два газочувствительных SnO₂-резистора c каталитическим покрытием и без него, нагревательный элемент из поликремния, коммутационные элементы из Cr-Al.

3.  Выявлено, что при формировании топологии сенсора используются 9 фотошаблонов.

4.  Установлено, что кристаллы микросенсора монтируются  с помощью наклеенной стеклянной прокладки в стандартный корпус ТО-5, имеющий  шесть выводов и  крышку в виде стальной сетки. Такая конструкция сенсора обеспечивает необходимую механическую надежность, подтвержденную испытаниями.