Тепловые сенсоры. Термокаталитические сенсоры

Принцип: основан на регистрации измерения тепло-физическиххар-к, чувствительности элемента в результате внешнего воздействия, например химической реакции. Чаще используют:

Пироэлектрические сенсоры:

Пироэлектричество явление возникновения поверхностного заряда у некоторых кристаллов при применении к ним внешнего теплового воздействия вдоль соответствующего кристаллографического направления.

Тепловые воздействия приводят в действия кристаллические решетки. Скорость изменения средней температуры пироэлект структуры определяет величину возникающего заряда и если пироэлектр коэффициент мало зависит от температуры пироэлект элемент можно использовать для контроля потока тепловой энергии.

Пироэректрические сенсоры являются микроколориметрами в качестве выходного сигнала в таких датчиках используют измерения напряжения или измерения тока между электродами. В качестве пироэлектр чувствительного элемента используют LiTiO3

Нагревательный электрод используют для введения в систему регулирующего количества тепла, что приводит к иному изменению температуры с постоянной скоростью. Один из электродов датчика покрывается катализ.или выполняется из каталити. активного металла (Ni, Pt). Для протекания реакций окисления. В результате, которой, выделяется или поглощается некоторое количества тепла, то приводит к изменению выходного сигнала.

График. Пояснения к нему. Каждый пик соответствует какой-либо реакции, протекающей на катализаторе при определенной температуре.

Термокаталитические сенсоры

Работают на эффекте изменения электрофизических свойств чувствительного элемента в процессе нагрева за счет энергии выделяющейся в результате каталитической реакции. Наиболее распространены малоэлектродные сенсоры (пеллисторы), представляющие собой спираль из платиновой проволоки толщиной 5- 25 мкм., покрытую слоем керамики, на поверхность которой нанесен слой катализатора (поладий, платина)

Принцип работы основан на тепловом эффекте каталитического окисления газа на поверхности катализатора, сопровождвющегося изменением температуры сенсора, сопротивлением спирали. В пилласторах вместо керамического покрытия используют полупроводниковый материал (SnO 2).

Термокаталитические сенсоры

Они работают на эффекте изменения электрофизсв-в чувствительного элемента в процессе нагрева за счет энергии, выдел-ся в результате каталитич. реакции. Наиболее распространены многоэлектродные сенсоры (пеллисторы), предст. собой спираль из платиновой проволоки толщиной 5-25 мкм, покрытой слоем керамики Al2O3, поверх которой нанесен слой катализатора – палладий или платина. Принцип работы основан на тепловом эффекте каталитич окисления газа на поверхности катализатора, сопровождающееся изменением температуры сенсора.

97. Полупроводниковые сенсоры являются наиболее простыми для газового анализа. Они представляют собой пленочный резистор, изменяющий свое сопротивление при взаимодействии с детектирующим газом. В качестве чувствительных элементов таких сенсоров используются тонкие пленки полупроводниковых материалов (ZnO, SnO2), а также органические полупроводники. (рис.)

Сенсор – система элементов, включающих адсорбционно-чувствительный полупроводниковый слой 1, снабженный электрическими контактами 2, сформированных на изолирующей подложке 3. Т.к. температуры детектирования газов большинства полупроводниковых газов высоки (50-700С), подложку снабжают встроенным или нанесенным нагревательным элементом и средством контроля температуры 4 (пленочные терморезисторы).

Система электродов, на кот.осаждается пленка адсорбционно-чувствительного материала, позволяет снизить электрическое сопротивление чувствительного элемента. Оно зависит от химической природы и количества адсорбированных из газовой среды частиц.

На поверхности проводника N-типа при хемосорбции кислорода локализуется отрицательный заряд, образованный захваченными электронами, что приводит к обеднению приповерхностной области. Когда же адсорбируется анализируемый газ, кот.взаимодействует с сорбированным кислородом, проводимость приповерхностной области возрастает если газ – восстановитель и уменьшается – если газ – окислитель. Для полупроводников Р-типа обратная картина.

Выходным сигналом таких сенсоров является относительная чувствительность, т.е. относительное изменение сопротивления чувствительного элемента до и во время взаимодействия детектируемого газа. Чем выше относительная чувствительность, тем выше точность и разрешающая способность сенсоров.

Т.к. различные газы приводят к однотипным изменениям в полупроводниках при адсорбционном взаимодействии, то такие сенсоры обладают низкой селективностью.

Селективности сенсоров можно добиться путем выбора температурного диапазона детектирования, легированием материала чувствительного элемента каталитически активными добавками, кот.могли бы активировать одну реакцию и ингибировать другие, вариаций структуры поверхности дисперсности пленки совместным спеканием различных оксидов.