Электротехника \ Микроэлектронные устройства

Сравнительный анализ аналогов полупроводниковых газовых сенсоров (Раздел дипломной работы), страница 3

Поэтому, задавшись условием постоянной электрической мощности на нагревательном элементе, можно с помощью электронной схемы стабилизировать с достаточной для практического применения точностью температуру газочувствительного элемента.

Более проблематичной является задача нейтрализации влияния изменяющейся относительной влажности окружающей среды на параметры сенсоров.

Специалисты фирмы “Фигаро” предложили решение этой проблемы путем фиксации нулевой точки с помощью микропроцессорной схемы перед каждой процедурой измерения концентрации контролируемого газа. Такой подход эффективен при дискретном контроле газовой среды и возможности фиксации нулевой точки перед каждой процедурой измерения, т.е. размещение сенсора в среде с такой же влажностью, не содержащей заметной концентрации контролируемого газа.

В большинстве же практических задач, когда необходимо вести постоянный мониторинг состояния окружающей среды: жилых помещений, офисов, салонов автомобилей, рабочих мест и т.д., рассматриваемый подход неприменим. Отметим, что величина отклика полупроводникового сенсора на изменение относительной влажности в диапазоне 30-80% по своей величине равнозначна величине его отклика на концентрацию, например, СО в диапазоне 20-30 ppm. Отсюда ясно, что ошибка в определении концентрации контролируемого газа в условиях изменяющейся влажности окружающей среды может колебаться от десятков до сотен процентов. Вследствие сказанного такие сенсоры не могут быть применены в измерительных газоаналитических приборах, а применяются лишь в пороговых устройствах – синхронизаторах. И, тем не менее, благодаря указанным выше недостаткам, годовые объемы реализации сенсоров фирмы “Фигаро” серии TGS составляют сотни тысяч штук.

Проблему нейтрализации влияния влажности на параметры сенсора на ОАО “Авангард-Микросенсор” удалось решить благодаря одинаковой зависимости от изменения относительной влажности сопротивлений газочувствительных резисторов с каталитическим покрытием и без него. При этом газочувствительный элемент без каталитического покрытия не реагирует практически на все контролируемые газовые компоненты. При объединении двух газочувствительных резисторов с каталитическим элементом и без него (или с двумя различными каталитическими элементами) в измерительный делитель напряжения (измерительную мостовую схему) потенциал в средней точке (диагонали измерительного моста) будет строго фиксировать концентрацию определяемых газовых компонентов безотносительно к изменению относительной влажности окружающей среды. Топологически два газочувствительных резистора с различными каталитическими элементами интегрированы на одном кристалле с общим нагревательным элементом и обеспечивают уровень дрейфа потенциала в средней точке измерительного делителя напряжения течение 24 часов работы сенсора при изменении относительной влажности от 20 до 95%.

Основные параметры сенсоров типа СПГ представлены в таблице 1.1. В этой же таблице приведены характеристики полупроводниковых сенсоров серии TGS ведущего их производителя в настоящее время – фирмы “Фигаро” (Осака, Япония). Из таблицы следует, что по основным параметрам сенсоров: чувствительности, воспроизводимости и стабильности параметров, энергопотреблению, а также стоимости сенсоры типа СПГ превосходят лучшие достижения мирового лидера в производстве полупроводниковых сенсоров – фирмы “Фигаро”.

Хотя сенсоры типа СПГ и превосходят по своим параметрам продукцию фирмы “Фигаро”, их практическое применение значительно сужается из-за того, что каждый микросенсор может применяться для определения концентрации только одного газа (СО, СН₄, О₂, NО_х и т.д.). Повышение селективности полупроводниковых газовых сенсоров к отдельным компонентам газовой смеси СО-СН₄– актуальная задача, выгодно повышающая конкурентоспособность изделия по сравнению с западными аналогами.

Основные технические характеристики газовых микросенсоров.

Изго- тови- тель	Контро- лируемый газ	Диапазон контролируемых концентраций, ppm	Относительная чувствительность, (3)	Потребляемая мощность, мВт	Дрейф сопротивления газочувствительного элемента, % (4)	Время безотказной работы, мес.
1	СО	5-5000	5/8 при 100 ppm	250-350	-	36
2	СО	30-1000	3/5	350-500	20-30	12
1	СН₄	100-10000	3/5 при 100 ppm	350-500	1-2	36
2	СН₄	500-10000	2,5/4	650-850	20-30	12
1	NO_х	0,1-100	8/15 при 1,0 ppm	250-350	1-2	36
2	NO_х	0,1-50	7/10	350-500	20-30	12
1	СО₂	1000-50000	1,5/3 при 2000 ppm	350-500	-	36
2	СО₂	-	-	-	-	-
1	NH₃	5,0-500	3/5 при 100 ppm	350-500	1-2	36
2	NH₃	10-300	2/3	650-850	20-30	12
1	Н₂	1,0-20000	5/7 при 10 ppm	350-500	1-2	36
2	Н₂	1,0-10000	2/4	650-850	20-30	12
1	О₂	0,1-30	3/5 при 1%	250-350	1-2	36
2	О₂	-	-	-	-	-
1	О₃	0,02-10	5/8 при 0,2 ppm	200-300	1-2	36
2	О₃	0,05-10	3/5	350-500	20-30	12

Таблица 1.1.

Примечание:

1 – ОАО “Авангард-Микросенсор” (Санкт-Петербург, Россия).

2 – Фирма “Фигаро” (Осака, Япония).

3 – Отношение сопротивлений газочувствительного резистора в воздухе и в газе.

4 – После нормальной работы в течение 24 часов.

1.2. Выводы.

1. Основными производителями газовых полупроводниковых сенсоров являются фирма “Фигаро” (Осака, Япония) и ОАО “Авангард – Микросенсор” (Санкт-Петербург, Россия).

2. Проведенный анализ показал, что по основным параметрам сенсоров: чувствительности, воспроизводимости и стабильности параметров, энергопотреблению, а также стоимости сенсоры, производимые ОАО “Авангард - Микросенсор”, превосходят лучшие достижения фирмы “Фигаро”.

3. Сравнительный анализ показал, что в настоящее время не существует полупроводниковых сенсоров для эффективного определения концентрации отдельных компонентов в газовых смесях СО-СН₄.

1 2 3

Скачать файл