Газочувствительные датчики (сенсоры) (стр. 1 )

Газочувствительные датчики (сенсоры)

Серии СЕНСИС-2000

(SENSIS-2000)

Новые разработки газочувствительных сенсоров на основе тонко и толстопленочных микроэлектронных технологий

КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ

МОСКВА - ЗНЛЕНОГРАД 2008

Введение

Сенсоры резистивные серии Сенсис-2000

Резистивные газочувствительные сенсоры серии Сенсис-2000 нашли широкое применение в качестве датчиков для контроля газового состава воздуха среды обитания человека, состава газа в технологических процессах и других областях. Низкая стоимость и миниатюрные размеры позволяют встраивать сенсоры например в трубопроводы и проводить анализы без отбора пробы или в бытовые приборы, что повышает безопасность их функционирования в жилище человека. Сенсорные устройства позволяют поддерживать чистоту воздуха при совместной работе с кондиционерами и воздухоочистителями. Высокая чувствительность и стабильность сенсоров используется при их работе в индивидуальных сигнализаторах токсичных и опасных газов.

На основе резистивных сенсоров серии Сенсис-2000 создаются газосигнализаторы и контроля аварийных утечек на опасных химических производствах. Высокие быстродействие и чувствительность сенсоров делают их незаменимыми при использовании для контроля производства технологических газов и в качестве пожарной сигнализации. Сенсоры способны работать при давлениях от глубокого вакуума до сотен атмосфер, что используется при оперативном контроле газовой среды внутри технологических устройств.

Сенсоры серии Сенсис-2000 созданы с использованием новейших достижений микроэлектроники и нанотехнологии, где наряду с традиционной тонкопленочной технологией применяется и толстопленочная, этим достигается высокая стабильностью характеристик нагревателя и газочувствительного слоя, а также устойчивость к импульсному нагреву и механическим воздействиям. При этом удалось снизить энергопотребление сенсоров. Срок непрерывной работы этих сенсоров в воздушной атмосфере достигает 3-х лет и более. Многолетние исследование газочувствительных сенсоров проводились в РНЦ «Курчатовский институт» по проектам, заложенным академиком Лигасовым для обеспечения безопасности ядерных технологий и реакторов. В настоящее время результаты исследований позволили разработать новое поколение сенсоров для общепромышленного и даже бытового применения.

Серийное производство сенсоров серии Сенсис-2000 налажено в Зеленограде на предприятии -С» по ТУ . Тел. (4, .

Сенсоры имеют степень взрывозащиты ExsIU/ExdIIB+H2U и сертификат соответствия РОСС RU. ГБ05.В02185

Глава 1. Механизм газовой чувствительности резистивных полупроводниковых газовых сенсоров

В резистивных сенсорах используется эффект изменения электропроводности полупроводникового материала происходящий при адсорбции на его поверхности молекул детектируемых газов. Использование полупроводникового оксида олова и других оксидов в качестве газочувствительного материала позволяет обеспечить чувствительность к широкому спектру горючих и химически активных газов находящихся в воздушной среде и газовых смесях. Процесс адсорбция газов на поверхности газочувствительного материала зависит от температуры и реализуется в диапазоне 100-500 0С, причем для каждого газа существует довольно узкий диапазон температур, в котором чувствительность материала к конкретному газу наибольшая. Для повышения чувствительности полупроводниковый материал (окись металла) изготовляют в виде тонкодисперсного слоя, в котором основное влияние на электропроводность оказывают области контакта между зернами полупроводника

Рис. 1

Рис. 2

Механизм изменения электропроводности газочувствительного материала, исходя из современных научных представлений описывается следующим образом.

Так при адсорбции газов окислителей (O2, O3, F2, Cl2, NO2 и др.) на поверхности полупроводникового материала происходит обеднение зоны проводимости электронами, что приводит к росту энергетического барьера в области контакта частиц и увеличению сопротивления этой части газочувствительного материала (см. рис.1). При адсорбции же газов восстановителей (Н2, СО, СхНy и др.) количество электронов на поверхности области контакта растет и соответственно сопротивление газочувствительного материала уменьшается (см. рис.2).

Для повышения селективности к разным газам в состав газочувствительного материала добавляют металлы катализаторы, такие как Pt, Pd и т. д..Эффект изменения электропроводности, положенный в основу работы сенсоров серии СЕНСИС 2000 , позволяет использовать их не только в среде атмосферного воздуха, но и в среде инертных газов, которые применяются в различных технологических процессах. Сенсоры серии Сенсис - 2000 применяются также в газовых средах находящихся как при пониженном (до вакуума), так и при высоком давлениях (сотен атмосфер).

Глава 2. Конструкция подвесного толстопленочного чувствительного элемента типа СГ – 21ХХ

В основе конструкции чувствительного элемента типа СГ–21ХХ (см. рисунок 3) лежат многослойные микро керамические пленки, наносимые с помощью трафаретной печати. Это решение позволяет повысить однородность конструкции и стойкость к тепловому удару, которая обеспечивается за счет подбора толщины слоев и величины температурных коэффициентов материалов пленок и основания. Резистивный слой нагревателя изготавливается из металлокомпозитного материала имеющего температурную зависимость сопротивления близкую к линейной, (см. рисунок 4),. и температурный коэффициент сопротивления равный 0,00285 ±0,00001 1/ 0К.

Рис.3 Конструкции чувствительного элемента типа СГ–21ХХ,

а) вид со стороны нагревателя, в) вид со стороны газочувствительного слоя.

Рис. 4 Зависимость относительного сопротивления Rн(T)/Rн(20) металлокомпозитного нагревателя сенсора СГ-21ХХ от температуры

Глава 3. Области применения полупроводниковых сенсоров в газовом контроле

Таблица
Группы газов	В быту	В промышленности
Алкоголь (Этиловый спирт)	Для контроля состояния опьянения водителей.	Для контроля степени опьянения людей сотрудниками ГИБДД и врачами - наркологами. Для контроля при производстве алкогольной продукции.
Пары органических растворителей		Для контроля паров растворителей в химчистках, красильных и ремонтных цехах, при создании вакуума
Чистый воздух	Для контроля воздушный сред после кондиционирования и очистки	Для контроля чисты воздуха в системах кондиционирования зданий и специальных сооружений.
Ароматические газы Амины Летучие сульфиды		Для контроля утечек в хранилищах газов.
Кислород. Влажность	Для контроля содержания кислорода в закрытых помещениях, в системах кондиционирования.	Для контроля содержания кислорода в помещениях и системы кондиционирования воздуха
Различные газы		Специальные виды применения для обнаружения живых объектов, и определенных веществ Методы дистанционного определения загазованности.
Угарный газ (CО), водород (Н2)	Для обнаружения очагов тления и возгорания в жилых помещениях.	Для обнаружения очагов тления и возгорания в производственных помещениях, шахтах.
Угарный газ (CО)		Для контроля загазованности помещений, котельных, гаражах, транспортных туннелях и при регулировке двигателей автотранспорта.
Горючие газы: Метан (СН4) Пропан (С3Н8) Водород (Н2) Другие горючие газы (СхНу)	Для контроля загазованности и обеспечения пожаро-взрывобезопасности при использовании газов в коттеджах, кухнях, гаражах, яхтах, катерах, автомобилях.	Для контроля загазованности помещений от утечек газа, в оборудовании и газопроводах, и обеспечения пожаро-взрывобезопасности при использовании газов в различных отраслях промышленности и коммунального хозяйства. Таких, как : шахты, туннели, подземные сооружения, буровые установки, газопроводы, газифицированные суда и автомобили, склады топлива, химические производства.
NH3		Для контроля утечек холодильного оборудования и рефрижераторов применяемых на автотранспорте, овощехранилищах, коммунальных и промышленных предприятиях, в агротехнических производствах.
NH3, H2S		Для медицинского контроля состояния здоровья людей при диагностике желудочно-кишечного тракта. Контроль осуществляется специализированными медицинские газоанализаторами.
CL2		При хлорировании воды.
O3		Установки озонирования воды и воздуха
F2		Производство фторопластов, аллюминия, ядерные технологии.
NO2		Для контроля применения и хранения удобрений в сельском хозяйстве.

ТАБЛИЦА ПРИМЕНЕНИЙ СЕНСОРОВ

Применение для детектирования

Измеряемый газ

Модель

		А	В	С	Д	Е
Горючие газы	Водород	СГ 2110	СГ2410		СГ2110	СГ2610 СГ3710
Метан	СГ2111	СГ2411		СГ2111	СГ2611 СГ3711
Пропан	СГ2112	СГ2412		СГ2112	СГ2612 СГ3712
Гексан	СГ2113	СГ2413	СГ2670	СГ2113	СГ2613 СГ3713
Пары растворителей	Алкоголь	СГ2120		СГ2620	СГ2120
Органические растворители	СГ2121	СГ2121
Пары топлива	Пары бензина	СГ2130	СГ2130		СГ2130
Дизельное топливо	СГ2131			СГ2131
Токсичные газы	Окись углерода	СГ2140	СГ2140	СГ2640	СГ2140
Аммиак	СГ2142		СГ2642
Сероводород	СГ2143		СГ2643
Окислы азота	СГ2144		СГ2644
Газы с запахом	Летучие сульфиды	СГ2150
Амины	СГ2151
Окислители	Озон	СГ2160		СГ2660		СГ3760
Озон (микроконцентрации)	СГ2161		СГ2661		СГ3761
Хлор	СГ2162		СГ2662
Хлор (микроконцентрации)	СГ2163		СГ2663
Газы используемые в микроэлектронике	Арсин	СГ2170	СГ2170	СГ2670		СГ2670
Фосфин	СГ2171	СГ2171	СГ2671		СГ2671
Контроль ''кухонных'' газов	Пары воды	СГ2180	СГ2180	СГ2680	СГ2180
Запах горелой пищи	СГ2181	СГ2181	СГ2681
Продукты разложения при возгорании	СГ2182			СГ2182
Криогенные газы (микроконцентрации)	Кислород	СГ2190				СГ3790
Водород	СГ2191				СГ3791
Пары воды	СГ2192				СГ3792
Контроль чистоты воздуха	Суммарная примесь	СГ2100	СГ2100	СГ2600
Сигаретный дым	СГ2101	СГ2101	СГ2601

Глава 4. Система обозначений полупроводниковых газовых сенсоров серии Сенсис-2000