Напівпровідниковий газовий сенсор

 

Пропоноване винахід відноситься до аналітичного приладобудування, а саме до напівпровідникових газових сенсорів датчиків горючих газів, і може бути використане в газоанализаторах, газосигнализаторах і газових пожежних извещателях для контролю довзривних концентрацій вибухопожежонебезпечних газів і газових сумішей.

Інтенсивна промислова діяльність і, як наслідок, великий викид шкідливих речовин в атмосферу призвели до небезпечного рівня навантаження на навколишнє середовище. Величезна насиченість сучасного побутового та промислового комплексу технічними засобами, використовують і виділяють при функціонуванні різні, у тому числі шкідливі, гази: монооксид і діоксид вуглецю, аміак, метан, оксиди азоту та ін, а також висока частота виникнення критичних ситуацій, що супроводжуються часто викидом значних кількостей сумішей токсичних і горючих газів, робить вельми важливою задачу створення засобів постійного контролю (моніторингу) складу газоповітряного середовища.

Відомо (розробка заявника ВАТ «Авангард») «Пристрій для контролю концентрації небезпечних газів» за патентом РФ: UA 2411511 від 10.02.2011, МПК8G01N 27/12, G01W 1/00 - [1], що містить газовий сенсор і пристрою� Газовий сенсор є пристроєм, в якому реакція взаємодії контрольованого газу з чутливим елементом (виділення тепла, зміна теплопровідності та ін) перетвориться в електричний сигнал.

Існують різні газові сенсори - електрохімічні, оптичні, термокаталитические, термокондуктометрические, напівпровідникові та ін., що розрізняються по структурі чутливого елемента і за типом реакції з контрольованим газом.

Напівпровідникові сенсори мають обмеженою селективністю, але при цьому забезпечують тривалу роботу сенсора в режимі, що не обслуговується, прості, порівняно дешеві і володіють малими масогабаритними показниками. Крім того, напівпровідникові газові сенсори володіють найбільшим швидкодією і високою чутливістю. Тому найбільш доцільним для моніторингу газових середовищ представляється застосування напівпровідникових сенсорів, завдяки їх високій швидкодії, чутливості до малих концентрацій, високій технологічності виготовлення і низької вартості.

Відомі напівпровідникові газові сенсори (і способи їх роботи) плівковою конструкції з застосуванням в якості газочувствительного елементу напівпровідникового складу на осове In2O3, легованого іншими сполуками, застосування напиленних контактних майданчиків з платини, а також з розміщенням плівкового газочувствительного елемента по центру реакційної камери корпусу датчика:

- «Газовий сенсор» за патентом США: US 5837886 від 17.11.1998, МПК6G01N 27/12, G01W 1/00 - [2];

- «Датчик для визначення концентрації газів» за патентом РФ: UA 2096774 від 20.11.1997, МПК6G01N 27/12 - [3];

- «Аналізатор селективного визначення водню у газах» за патентом РФ: UA 2124718 від 10.01.1999, МПК6G01N 27/12 - [4];

- «Напівпровідниковий датчик для виявлення метану...» за патентом Німеччини: DE 19924611 від 12.12.2000, МПК7G01N27/12, G01N 33/00 - [5];

- «Спосіб селективного визначення концентрацій шкідливих домішок в газах і пристрій для його реалізації» за патентом РФ: UA 2159931 від 27.11.2000, МПК7G01N 27/12 - [6];

- «Спосіб виготовлення чутливого елементу напівпровідникового газового сенсора» за патентом РФ: UA 2319953 від 20.03.2008, МПК7G01N 27/12 - [7].

Основним недоліком аналогів[2, 3, 4, 5, 6 і 7] є те, що вони є плівковими, тобто газочувствительний шар розташований на площині (підкладці) і має меншу корисну площу контакту з газом у порівнянні, наприклад, зі сферичним газочувствител�одов) в зоні контакту з підкладкою викликає дрейф характеристик сенсора, що знижує його точність і надійність.

Відомий «Газовий сенсор і спосіб його роботи» за патентом США: US 6565812 від 20.05.2003, МПК7G01N 27/12, G01N 33/00 - [8], що містить корпус реакційної камери, з торця закритий сіткою, в якому на контактних провідниках (контактних майданчиках) встановлений кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент, всередині якого розміщено нагрівач у вигляді циліндричний пружини, всередині пружини по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента розташований прямий вимірювальний провідник, газочувствительний елемент виконаний з легованого оксиду олова SnO2або легованого In2O3. Газочувствительний елемент розташований у днища реакційної камери на контактних майданчиках, нагрівач і вимірювальний провідник газочувствительного елемента виконані з дроту сплавів платини.

Недоліком аналога [8] є те, що газочувствительний елемент розташований у днища реакційної камери на контактних майданчиках, а це призводить до нерівномірності температурного поля в реакційній камері, а також до нерівномірності підведення до напівпровідниковому газочувствительному елементу вихідних компонентів і видалення продуктів рер>Також відомий «Напівпровідниковий газовий сенсор» за патентом РФ: UA 2509303 від 10.03.2014, МПК8G01N 27/14, «Напівпровідниковий газовий сенсор» [9], який містить корпус реакційної камери, з торця закритий сіткою, в якому на контактних провідниках встановлений кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент, всередині якого розміщено нагрівач у вигляді циліндричний пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента розташований прямий вимірювальний провідник, при цьому корпус реакційної камери виконаний з корозійно-стійкої сталі, сітка виконана з дроту нержавіючої сталі діаметром 0,03...0,04 мм кроком 0,06...0,08 мм, газочувствительний елемент розташований по центру реакційної камери, нагрівач і вимірювальний провідник газочувствительного елемента виконані з платинового дроту діаметром 0,01...0,02 мм, нагрівач має 2...7 витка дроту, кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент має діаметр 0,4...0,8 мм і виконаний з суміші оксиду олова SnO2: 5...95% мас та оксиду індія In2O3: 5...95% мас.

Недоліком аналога [9], також і аналога [8], є те, що газочувствительний елемент, виконаний з легованого ооксида індія In2O3: 5...95% мас, володіє недостатньою механічною міцністю. А це також зменшує довготривалу стабільність, продуктивність і стійкість до впливу зовнішніх факторів.

Прототипом винаходу є «Газовий сенсор» за заявкою США: US 2001003916 від 21.06.2001, МПК6G01N 27/12, G01N 33/00 - [10], що містить кулястий напівпровідниковий двокомпонентний, двошаровий газочувствительний елемент, у внутрішньому шарі якого розміщено нагрівач у вигляді циліндричний пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента розташований прямий вимірювальний провідник, нагрівач і вимірювальний провідник газочувствительного елемента виконані з платинового дроту, циліндрична пружина нагрівача заповнена внутрішнім шаром напівпровідникового газочувствительного елемента, виконаного з SnO2, а зовні циліндрична пружина нагрівача покрита кулястим шаром пористого Al2O3.

Недоліком прототипу [10], є те, що зовнішній кулястий шар пористого Al2O3не є газочувствительним і служить тільки для механічної фіксації внутрішнього газочувствительного шару, а це уонцентрациям газу в бік її зменшення. При цьому Al2O3є активним сорбентом, який сильно поглинає вологу, і при насиченні впливає на стабільність показань газочувствительного елемента.

Практична реалізація аналога [8] і прототипу [10], представлена на сайті: http://www.figaro.co.jp/ - [11], дозволяє зробити висновки про порівняно низьку чутливості цих напівпровідникових газових сенсорів до малих концентрацій газів. Крім того, представлені в [11] напівпровідникові газові сенсори мають високе енергоспоживання і досить дороги.

Таким чином, вищевказані недоліки аналогів і прототипу ставлять завдання (технічний результат): підвищення чутливості напівпровідникового газового сенсора, а також істотного поліпшення механічної міцності, довготривалої стабільності, швидкодії і стійкості до впливу зовнішніх факторів. Крім того, ставляться завдання створення простого, надійного, порівняно дешевого і швидкодіючого сенсора, що забезпечує його тривалу роботу в режимі, що не обслуговується.

Вказана задача (сутність винаходу) вирішується тим, що напівпровідниковий газовий сенсор, що містить корпус реакційної камери, виконаний з корозійно-стійкої сталі, і �азний напівпровідниковий двокомпонентний, двошаровий газочувствительний елемент, у внутрішньому шарі якого розміщено нагрівач у вигляді циліндричний пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента розташований прямий вимірювальний провідник, циліндрична пружина нагрівача заповнена внутрішнім шаром напівпровідникового газочувствительного елемента, виконаного з SnO2при цьому сітка виконана з дроту нержавіючої сталі діаметром 0,03...0,05 мм кроком 0,05...0,07 мм, нагрівач і вимірювальний провідник газочувствительного елемента виконані з платинового дроту діаметром 0,015...0,03 мм, нагрівач має 2...8 витка дроту, а зовні циліндрична пружина нагрівача покрита кулястим шаром оксиду індія In2O3, зовнішній діаметр якого становить 0,8...0,9 мм

Підвищення чутливості напівпровідникового газового сенсора, поліпшення механічної міцності, довготривалої стабільності, швидкодії і стійкості до впливу зовнішніх факторів відбувається за рахунок того, що зовнішній кулястий шар оксиду індію In2O3також пористий, і має високу механічну міцність по утриманню внутрішнього газочувствительного шару. Оксид инверхности сенсора, що особливо позначається на чутливості до малих концентрацій газу в бік її збільшення.

Експериментально підтверджена чутливість даного сенсора до 0,3 ppm H2і 2 ppm, ця величина чутливості достатня для одержання стійкого сигналу при встановленні сенсора в газоаналітичні прилади. Крім того, порівняно з аналогом [9], де частинки SnO2розподілені за обсягом фіксуючого компонента In2O3чутливість розробленого сенсора зросла за воднем на 20...30% та монооксиду вуглецю на 30...40% за рахунок збільшення площі активної поверхні, а також за рахунок щільної упаковки найбільш активного SnO2пористим, механічно міцним і газочувствительним шаром оксиду індія In2O3.

Таким чином, виконання сітки (газообменного фільтра) з дроту нержавіючої сталі діаметром 0,03...0,05 мм кроком 0,05...0,07 мм призводить до її хімічної інертності і до можливості працювати в несприятливих умовах експлуатації, що в кінцевому підсумку призводить до підвищення надійності пристрою. Розміри дротів сітки і її кроку обрані з умов оптимізації прийнятного тепломасообміну в реакційній камері і для поліпшення захисту чувствитель�оводник газочувствительного елемента виконані з платинового дроту діаметром 0,015...0,03 мм» і «нагрівач має 2...8 витка дроту» отримані з розрахунково-имперических досліджень і оптимізації дифузійних і теплових режимів при створенні заявляється пристрою.

Введення ознаки: «зовні циліндрична пружина нагрівача покрита кулястим шаром оксиду індія In2O3» задає склад пористої, механічно міцної оболонки (обичайки) газочувствительного елемента з досить пухкого SnO2, що знаходиться всередині циліндричної пружини нагрівача. При цьому відбувається підвищення чутливості до малих концентрацій газу, так як оксид індію In2O3є газочувствительним, що збільшує загальну площа активної поверхні газочувствительного елемента. Цим досягається максимальна чутливість для конкретного газу (суміші газів) і стабільність роботи самого елемента.

Ознака «зовнішній діаметр якого (газочувствительного елемента) становить 0,8...0,9 мм» також отримано з розрахунково-имперических досліджень і оптимізації дифузійних і теплових режимів при створенні заявляється пристрою.

Конструкційні параметри елементів газочувствительного елемента многовариантни. Він підбирається емпіричним шляхом і в подальшому багаторазово проходить натурні випробування для уточнення конструкційних параметрів і розмірів елементів.

При зміні конструкційних параметрів і розмірів елем�якість та ефективність застосування.

Так, наприклад, при випробуваннях аналога [9] і заявляється технічного рішення на механічну міцність при дії механічних ударів з амплітудою 20g і тривалістю ударного прискорення 1 мс відхилення абсолютної чутливості після механічних впливів у аналога [9] склало 30% і більше. У заявляється напівпровідникового газового сенсора становить 5...10%, при цьому зросла його чутливість порівняно з аналогом [9]:

- за воднем на 20...30%;

- за монооксиду вуглецю на 40-30%.

На фіг. 1 представлений схематичний розріз запропонованого полупроводнивкового газового сенсору (вид з боку - розріз А-А). На фіг. 2 - розріз фіг. 1 по Б-Б. На фіг. 3 - збільшений розріз (вид з верху) напівпровідникового газочувствительного елемента. На фіг. 4 - збільшена фотографія газочувствительного елемента. На фіг. 5 приведена фотографія монтажної електричної плати з розташованим на ній напівпровідникових газових сенсором (вид зверху). На фіг. 6 - структурна схема модуля управління і первинної обробки сигналу сенсора. На фіг. 7 - графік режиму харчування напівпровідникового газового сенсору (розробки ВАТ «Авангард» - ПЦБ-1АМ). На фіг. 8 - електронно-мікроскопічний знімок поздовжнього зрізу газочу� корпус 1 реакційної камери 2, виконаний з корозійно-стійкої сталі. Корпус 1, з торця закритий сіткою 3 з нержавіючої сталі дротом діаметром 0,03...0,05 мм кроком 0,05...0,07 мм В корпусі 1 по центру реакційної камери 2 на контактних провідниках 4 встановлено кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент 5 за допомогою проводів нагрівача 6 і вимірювального провідника windows 7. Усередині напівпровідникового газочувствительного елемента 5 розміщений нагрівач 6 у вигляді циліндричний пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента 5 розташований прямий вимірювальний провідник 7. Нагрівач 6 і вимірювальний провідник 7 газочувствительного елемента виконані з платинового дроту діаметром 0,015...0,03 мм, при цьому нагрівач виконано 2...8 витками цієї дроту діаметром витків 0,3...0,6 мм. Простір навколо прямого вимірювального провідника 7 і всередині циліндричний пружини нагрівача 6 заповнено газочувствительним складом SnO2- 8, навколо якого (і нагрівача 6) розташований кулястий пористий і газочувствительний шар 5 оксиду індія In2O3, зовнішній діаметр якого становить 0,8...0,9 мм

Конструкція готового газового сенсора ПЦБ-1АМ розробки ВАТ юся з газовим середовищем через сітку 3 (газообменний фільтр), виконану з нержавіючої сталі діаметром 0,035 мм кроком 0,06 мм. В корпусі 1 реакційної камери 2 на контактних провідниках 4 по її центру встановлено кулястий напівпровідниковий елемент 5 (з зовнішнім пористим і газочувствительним шаром 5 оксиду індія In2O3і внутрішнім газочувствительним шаром 8 з SnO2). Усередині напівпровідникового елемента розміщено нагрівач 6 у вигляді циліндричної пружини (5 витків) зовнішнім діаметром 0,44 мм і кроком пружини (міжвитковою відстанню) 0,04 мм, всередині пружини по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового газочувствительного елемента розміщено прямий вимірювальний провідник 7. Нагрівач 6 і вимірювальний провідник 7 виконані з литого хімічно чистого і термостабільного платинового микропровода ПЛ-3Т діаметром 0,02 мм

Микропроводу ПЛ-3Т не властиві недоліки, властиві сенсорів на підкладці, такі як неоднорідність структури напиленной платинової металізації (нагрівачів, робочих електродів) в зоні контакту з підкладкою і, як наслідок, дрейф характеристик сенсора.

Напівпровідниковий елемент, що представляє собою систему з внутрішнього шару з оксиду олова SnO2і зовнішнього шару з In2O3,котора�обочої температурою при детектуванні окислювальних і відновлювальних газів. При взаємодії газу з чутливим напівпровідниковим елементом, газочувствительний складу змінює електричну провідність.

Принцип дії напівпровідникового газового сенсора заснований на хемосорбционном взаємодії досліджуваних газів з поверхнею і об'ємом напівпровідникового шару, що приводить до зміни концентрації електронів в зоні провідності.

Молекули детектируемая газів потрапляють на поверхню і проникають вглиб газочувствительного шару. Далі йде процес реакції молекул детектируемая газів з хемосорбированним киснем.

При адсорбції окислювачів (2Про3, F2, Cl2, NO2та ін) відбувається збіднення зони провідності електронами, що призводить до зростання енергетичного бар'єру в області контакту частинок і збільшення опору в цій частині газочувствительного шару.

SnO+O2→2SnO2

При адсорбції газів відновників (H2З, CxHyта ін) кількість електронів на поверхні області контакту зростає.

SnO2+CO→SnO+CO2

Два електрони переходять в зону провідності напівпровідника, відповідно зростає � наступні реакції:

4InO+O2→2In2O3

In2O3+CO→2InO+CO2

Зміна опору напівпровідникового складу реєструється на вимірювальному електроді і негативному контакті нагрівача з застосуванням модуля управління і первинної обробки (МУПО). На фіг. 6 наведені умовні позначення МУПО: УП - вузол живлення, ЧЕ - чутливий елемент (напівпровідниковий газовий сенсор), ДТ - датчик температури, НУ - нормирующий підсилювач, МК - мікроконтролер, Uпіт- живляча напруга, UART - цифровий вихідний сигнал (протокол UART).

Для побудови електронної схеми МУПО застосована сучасна елементна база, що забезпечує стабільну напругу живлення сенсора і високий коефіцієнт підсилення сигналу на малих концентраціях газу.

У схемі МУПО є вузол керування живленням для різних типів сенсорів, вузол посилення і обробки сигналу, вузол оцифровки сигналу і передачі його за вихідний шині з інтерфейсом I2C.

Дослідження сенсорних характеристик сенсора ПЦБ-1АМ проводилося на газосмесительной установки виробництва ВАТ «Авангард». Були проведені випробування на чутливість до газовимвлажности газової суміші. Було проведено дослідження впливу температури нагрівача на всі вищезгадані властивості і відпрацьований режим термотренировки сенсора для стабілізації його параметрів.

Режим імпульсного живлення сенсору (фіг. 7) був підібраний для оптимальної реєстрації протікання реакції. Щоб могла відбутися реакція в шарах SnO2і In2O3необхідно попередньо нагріти область реакції газочувствительного шару до певної температури. Наприклад, для ефективного протікання реакції шарів SnO2і In2O3з і Н2температура нагріву повинна лежати в діапазоні 100...250°C, а для CH4- в діапазоні 300...450°C. Підвищена температура знижує енергію зв'язку молекул адсорбованого кисню з електронами, що сприяє набагато більш легкому звільнення електронів від молекул кисню і виходу їх в зону провідності. Потім подається імпульс низького напруги для стабілізації реакції, в кінці якого і проводиться реєстрація сигналу. Для водню та монооксиду вуглецю діапазон оптимальних температур для протікання реакції становить 100-130°C.

Потужність сенсора в даному режимі становить 68 мВт, а корисний сигнал від сенсора вище, порівняно з аналогспитаний сенсора ПЦБ-1AM на чутливість до різних газів представлені в табл. 1. Зміна опору при подачі Н2концентрацією 20 ppm порівняно з опором на повітрі становить 4,8 рази, З концентрацією 86 ppm - більше 5 разів, а СН40,5% об. - більше 10 разів.

Також напівпровідниковий газовий сенсор на основі роздільних шарів SnO2і In2O3(ПГС-1АМ) показав більш високу чутливість до малих концентрацій газів З (3 ppm) і Н2(1 ppm). Сигнал сенсора на даних концентраціях можливо виділити на рівні шуму.

Результати випробувань напівпровідникового газового сенсора ПЦБ-1АМ на чутливість до зміни витрати газової суміші представлені в табл. 2. При зниженні витрати в 4 рази відгук до З концентрацією 86 ppm впав на 31%.

В табл. 3 представлені результати випробувань напівпровідникового газового сенсора ПЦБ-1АМ на чутливість до зміни вологості газової суміші. При зниженні вологості до 10% RH відгук до З концентрацією 86 ppm впав на 24% відносно показників суміші вологістю 50% RH, а при збільшенні вологості до 90% RH відгук знизився на 12%. Застосування вугільного фільтра дозволило знизити падіння чутливості при зміні�сти на сенсор ПЦБ-1АМ можлива також і апаратними методами.

Зміни чутливості сенсора ПЦБ-1AM після механічних випробувань у порівнянні з аналогом [9] представлені в табл. 4.

Дослідні випробування дослідних зразків напівпровідникових газових сенсорів ПЦБ-1AM показали, що дана конструкція є перспективною для розробки серійного напівпровідникового сенсора на горючі і токсичні гази в широкому діапазоні концентрацій, т. к. є простий, містить мінімум компонентів і більш технологічною, а технологія їх виготовлення менш енергоємним у порівнянні з сенсорами на підкладці (Al2O3, Si і ін). Сенсори ПЦБ-1АМ можуть бути застосовані в складі газових пожежних сповіщувачів раннього виявлення загорянь, газосигналізаторів і течешукачів.

Вважаємо, що запропонований напівпровідниковий газовий сенсор володіє всіма критеріями винаходу, так як:

- напівпровідниковий газовий сенсор в сукупності з обмежувальними і відмінними ознаками формули винаходу є новим для конструктивного розміщення шарів загальновідомих складів і, отже, відповідає критерію "новизна";

- сукупність ознак формули винаходу - напівпровідникового газоавов припоїв для з'єднання різнорідних матеріалів, що доводить відповідність критерію "винахідницький рівень";

- реалізація заявленого напівпровідникового газового сенсора не представляє ніяких конструктивно-технічних і технологічних труднощів, звідки слід відповідність критерію "промислова придатність".

Література

1. Патент РФ: UA 2411511 від 10.02.2011, МПК5G01N 27/12, G01W 1/00, «Пристрій для контролю концентрації небезпечних газів».

2. Патент США: US 5837886 від 17.11.1998, МПК6G01N 27/12, G01W 1/00, «Газовий сенсор».

3. Патент РФ: UA 2096774 від 20.11.1997, МПК6G01N 27/12, «Датчик для визначення концентрації газів».

4. Патент РФ: UA 2124718 від 10.01.1999, МПК6G01N 27/12, «Аналізатор селективного визначення водню в газах».

5. Патент Німеччини: DE 19924611 від 12.12.2000, МПК7G01N 27/12, G01N 33/00, «Напівпровідниковий датчик для виявлення метану...».

6. Патент РФ: UA 2159931 від 27.11.2000, МПК7G01N 27/12, «Спосіб селективного визначення концентрацій шкідливих домішок в газах і пристрій для його реалізації».

7. Патент РФ: UA 2319953 від 20.03.2008, МПК7G01N 27/12, «Спосіб виготовлення чутливого елементу напівпровідникового газового сенсора».

8. Патент США: US 6565812 від 20.05.2003, МПК7G01N 27/12, G01N 33/00, «Газовий сенсор і спосіб його роботи».

9. Па� 21.06.2001, МПК6G01N 27/12, G01N 33/00, «Газовий сенсор» - Прототип.

11. http://www.figaro.co.jp/.

Напівпровідниковий газовий сенсор, що містить корпус реакційної камери, виконаний з корозійно-стійкої сталі, і з торця закритий сіткою, в якому на контактних провідниках по центру реакційної камери встановлений кулястий напівпровідниковий двокомпонентний, двошаровий газочувствительний елемент, у внутрішньому шарі якого розміщено нагрівач у вигляді циліндричний пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента розташований прямий вимірювальний провідник, циліндрична пружина нагрівача заповнена внутрішнім шаром напівпровідникового газочувствительного елемента, виконаного з SnO2, відрізняється тим, що сітка виконана з дроту нержавіючої сталі діаметром 0,03...0,05 мм кроком 0,05...0,07 мм, нагрівач і вимірювальний провідник газочувствительного елемента виконані з платинового дроту діаметром 0,015...0,03 мм, нагрівач має 2...8 витка дроту, а зовні циліндрична пружина нагрівача покрита кулястим шаром оксиду індія In2O3, зовнішній діаметр якого становить 0,8...0,9 мм



 

Схожі патенти:

Пристрій для вимірювання температурних параметрів надпровідників

Винахід відноситься до пристроїв для дослідження надпровідників за допомогою електричних і магнітних коштів і дозволяє забезпечити високу точність вимірювання температурних параметрів надпровідників. У корпусі пристрою встановлені дві котушки індуктивності. Осі котушок орієнтовані паралельно один одному і поверхні зразка, розташованого між котушками. Для зменшення поля розсіювання первинної котушки і збільшення величини спаду сигналу при переході в надпровідний стан котушки індуктивності виконані з прямокутним поперечним перерізом і встановлені меншою стороною прямокутника паралельно поверхні зразка. Механізм регулювання та фіксації відстані між зразком і поверхнею криоагента забезпечує виключення впливу конвекційних парів поблизу поверхні криоагента. Корпус пристрою виконаний з двох половин. Зразок надпровідника встановлений в площині роз'єму корпусу для забезпечення точності фіксації положення надпровідника щодо котушок індуктивності і поверхні криоагента. 4 з.п. ф-ли, 5 іл.

Спосіб визначення питомого електроопору розплавів і пристрій для його здійснення

Група винаходів відноситься до технічної фізики, а саме - до аналізу матеріалів шляхом безконтактного визначення методом обертового магнітного поля електроопору зразка в залежності від температури, зокрема - до визначення відносної електропровідності металів і сплавів у рідкому та/або твердому стані. Спосіб визначення питомого електроопору розплавів, при якому тигель з розплавом підвішують коаксіально в циліндричній електропечі на нижньому кінці робочої частини пружною дроту, верхній кінець пружною дроту закріплений у вузлі фіксації. При цьому перед дослідженням розплаву змінюють довжину робочої частини пружною дроту шляхом забезпечення нерухомості верхнього кінця робочої частини пружною дроту щодо вузла фіксації. Пристрій для визначення питомого електроопору розплавів містить тигель з розплавом, підвішений коаксіально в циліндричній електропечі на нижньому кінці робочої частини пружною дроту, верхній кінець якої закріплений у вузлі фіксації. При цьому в нього введені струбцина і штифт, закріплений некоаксиально у вузлі фіксації, струбцина закріплена на штифті з можливістю переміщення уздовж штифтазультат - забезпечення скорочення часу експериментів та їх спрощення при визначенні електроопору різних сплавів у разі їх зміни. 2 н. п. ф-ли, 2 іл.

Пристрій для кріплення електронагрівача в електропечі

Винахід відноситься до технічної фізики, а саме до аналізу матеріалів шляхом визначення в'язкості та електричного опору і щільності високотемпературних металевих розплавів. Пропонується пристрій для кріплення електронагрівача в електропечі, що містить, принаймні, два з'єднувальних елемента електронагрівача, є і струмопідведення, нижній фланець електропечі, що має, принаймні, два фланцевих вузла кріплення, також є струмопідведення, і, принаймні, два болтове з'єднання. При цьому в кожному з фланцевих вузлів кріплення виконано клиновидне поглиблення, в клиновидном поглибленні кожного з фланцевих вузлів кріплення розміщений, принаймні, один сполучний елемент електронагрівача, крім того, пристрій введені, принаймні, два клиновидних елемента фіксації кріплення, принаймні, один з яких розміщений в клиновидном поглибленні кожного з фланцевих вузлів кріплення, а болтові з'єднання здійснюють функцію затиснення клиноподібних елементів фіксації кріплення з'єднувальних елементів електронагрівача у фланцевих вузлах кріплення. Технічний результат - прискорення і спрощення заміни електронагрівача,

Спосіб і пристрій для безконтактного вимірювання питомого електричного опору металевого сплаву методом обертового магнітного поля

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, являє собою спосіб і пристрій для безконтактного вимірювання питомого електричного опору металевого сплаву методом обертового магнітного поля і може використовуватися для аналізу матеріалів, зокрема металів і сплавів у рідкому та/або твердому стані, шляхом безконтактного визначення електричного опору тіла, що нагрівається в залежності від температури. Спосіб полягає в тому, що визначають кут повороту зразка в обертовому магнітному полі, створюваному магнітним вузлом у вигляді трьох котушок статора трифазного, вимірюють значення струму, за значеннями кута повороту і струму визначають питомий електричний опір, при цьому вимірювання струму в одній з котушок здійснюють за допомогою мультиметра, а нульові значення струму в кожній з котушок використовують для сигналізації про порушення параметрів магнітного поля. Пристрій для реалізації способу включає джерело обертового магнітного поля з магнітною системою у вигляді трьох котушок статора трифазного, датчики струму, підключені до котушок, і комп'ютер, додатковий датчик струму, мультиметр і пристрій сигналізації, що містить три вичитающих у�атчиком струму, вихід мультиметра з'єднаний з одним із входів комп'ютера, входи кожного вичитающего пристрої підключені до виходів двох датчиків струму, підключених до котушок, виходи вичитающих пристроїв з'єднані з входами суматора, вихід якого через пороговий елемент з'єднаний з оптичним індикатором, вихід порогового елемента є виходом пристрої сигналізації і з'єднаний з другим входом комп'ютера. Технічним результатом є забезпечення скорочення часу вимірювань, спрощення експерименту при збереженні необхідної точності. 2 н. і 3 з.п. ф-ли, 1 іл.

Датчик водню

Винахід відноситься до аналізу матеріалів, зокрема, для визначення вмісту водню і може бути використане при виготовленні газоаналізаторів водню в космічній техніці, автомобільної промисловості, хімічної промисловості і т.д. Суть винаходу: запропоновано резистивний датчик концентрації водню, що містить водородочувствительний елемент, виконаний у вигляді товстоплівкових резисторів, що містить в матеріалі, принаймні, оксид паладію і нагрівальний елемент, підігріваючий водородочувствительний елемент. Водородочувствительний елемент може бути виконаний з серебропалладиевой резистивної пасти.Техническим результатом є створення мініатюрного сенсора водню, як атомарного, так і молекулярного, що дозволяє проводити якісні та кількісні виміри. Датчик може бути виготовлений за простою, дешевою і широко застосовується в промисловості технології. 1 з.п. ф-ли, 1 іл., 1 пр.

Спосіб вимірювання концентрації метану і пристрій для здійснення цього способу

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використане для контролю концентрації метану в атмосфері гірничих виробок і шахт. Пропонований спосіб вимірювання концентрації метану заснований на використанні термокаталітіческого сенсора з робочим і порівняльним елементами, розміщеними в реакційній камері з дифузійним доступом аналізованої середовища. Робочий та порівняльний елементи з'єднують послідовно і підключають до стабілізатору постійного струму, регульованим зовнішнім сигналом. При включенні приладу регулюванням струму ланцюга виробляють установку заданого початкового значення напруги на порівняльному елементі, при якому температура робочого елемента перевищує температуру початку повного окиснення метану, після чого значення струму в ланцюзі фіксують і зберігають сталим до вимикання приладу. Вимірюють і запам'ятовують початкова напруга на робочому елементі. Визначення низьких концентрацій метану здійснюють, використовуючи в якості вихідного сигналу напруга на робочому елементі. Паралельно цьому контролюють напругу на порівняльному елементі і при досягненні останнім заданої граничної величини вимірювання напруги на робочому елемент�авнительном елементі до повернення останнього до граничного значення. Пристрій для вимірювання концентрації метану містить стабілізатор постійного струму, регульований зовнішнім сигналом, термокаталітіческій сенсор з робочим і порівняльним елементами, включеними послідовно, і процесор, з'єднаний через аналого-цифровий перетворювач з термокаталитическим сенсором, керуючий стабілізатором постійного струму, що забезпечує вимірювання напруг на робочому і на порівняльному елементах і обробку вихідних сигналів. Винахід спрямовано на розширення діапазону вимірювань при одночасному спрощенні конструкції пристрою та підвищення точності вимірювань. 2 н. і 1 з.п. ф-ли, 1 іл.

Напівпровідниковий газовий сенсор

Винахід відноситься до аналітичного приладобудування і може бути використане в газоанализаторах, газосигнализаторах і газових пожежних извещателях для контролю довзривних концентрацій вибухо-пожежонебезпечних газів і газових сумішей. Напівпровідниковий газовий сенсор містить корпус 1 реакційної камери 2, виконаний з корозійно-стійкої сталі. Корпус 1, з торця закритий сіткою 3 з дроту нержавіючої сталі діаметром 0,03-0,04 мм кроком 0,06-0,08 мм У корпусі 1 по центру реакційної камери 2 на контактних провідниках 4 встановлено кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент 5 за допомогою проводів нагрівача 6 і вимірювального провідника windows 7. Усередині напівпровідникового газочувствительного елемента 5 розміщений нагрівач 6 у вигляді циліндричної пружини, всередині якої по її осі і по діаметру кулястого напівпровідникового елемента 5 розташований прямий вимірювальний провідник 7. Нагрівач 6 і вимірювальний провідник 7 газочувствительного елемента 5 виконані з платинового дроту діаметром 0,01-0,02 мм, нагрівач 6 має 2-7 витка дроту, кулястий напівпровідниковий газочувствительний елемент 2 має діаметр 0,4-0,8 мм і виконаний з суміші оксиду олова Sn2: 5-95 мас.% і окѽсора до малих концентрацій газу, а також створення простого, надійного, порівняно дешевого і швидкодіючого сенсора, що має тривалу роботу в режимі, що не обслуговується. 7 іл., 3 табл.

Спосіб визначення аномалій на политермах властивостей високотемпературних металевих розплавів (варіанти)

Винахід відноситься до технічної фізики, а саме до способів контролю і вимірювання властивостей речовин, і призначене для визначення аномалій на политермах властивостей високотемпературних металевих розплавів

Спосіб неруйнівного теплового контролю стану арматури в протяжних залізобетонних виробах

Винахід відноситься до галузі неруйнівного теплового контролю і може бути використане для контролю стану протяжних залізобетонних виробів, що мають основну металеву поздовжню несучу арматуру (наприклад: опори ліній електропередач, балки, палі, труби тощо), що застосовуються в різних галузях господарства в процесі виробництва, будівництва та експлуатації

Спосіб визначення газочувствительних характеристик і електрофізичних властивостей газочувствительного елемента в частотній області

Винахід відноситься до галузі вимірювання електричних характеристик нанорозмірних газочувствительних матеріалів, зокрема до вимірювання комплексної провідності газочувствительних матеріалів, і може бути використане у виробництві сенсорів газу, заснованих на напівпровідникових неорганічних матеріалах складного складу, а також для синтезу структур плівки еквівалентною схемою
Up!