Регистратор концентрации компонентов газовой смеси

(19)1) 1)4 С 01 г ГОсудАРстВенный комитет сссРпо делАм изов чтений и ОТНРцтийОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВ(54) (5 (ОМНО Н ТРАЦИЙ содержак, гене- напрят.л и -2 тор пя техничес чаю 8. 8) енивтот спек сод а анализи жит перес сшир щест ов Л,В,азов. М.,азер, вхо ройкой ча ло о час ия ты е во СС 1979 ого подключен к выхо линейно изменяющегос я кот нераторжения. ине Н,Г., Иляе детекторы72, с. 45-4 бое свидетельС 01 И 27/О 7) РЕГИСТРАТОР КОНЦЕ ЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, лупроводниковы датч чинейно изменяющегосисточник питания, щ и й с я тем, что,с цельюуемыхраиваема управизлучеИзобретение относится к аналитическому приборостроению и можетбыть использовано для измеренияконцентраций различных веществ всмесях. 5Известен детектор газа, основанный на изменении проводимости полупроводниковой пленки при сорбции наней анализируемого компонентаОднако детектор не обладает избирательной селективностью.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является регистратор концентрации компонентовгазовой смеси, содержащий выходной 15полупроводниковый датчик с группойтоковых электродов и генератор линейно изменяющегося напряжения,подключенный к дополнительному электроду, для создания сильного поперечного электрического поля, источникпитания, известное устройство обеспечивает избирательный контрольпримесей Я .Недостатком известного устройства является то,что он позволяетопределять ограниченное число примесей,Целью изобретения является расширение спектра анализируемых веществ.Поставленная цель достигаетсятем, что регистратор концентрациикомпонентов газовой смеси, содержащий полупроводниковый датчик, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник питания, содержит35перестраиваемый по частоте лазер,вход блока управления перестройкойчастоты излучения которого подключенк выходу генератора линейно изменяющегося напряжения.На чертеже приведена конструкцияустройства. По.упроводковый датчик выполнен в виде пленки 1 с омическими контак тами 2, подключенными к источнику 3 питания с постоянным напряжением.Общий электрод 4 и дополнительный электрод 5 подклочены через измерительное сопротивление 6 к генерато ру 7 линейно изменяющегося апряжеция (ГЛИН). Прибор 8 служит для контроля тока в цепи питания. Регистратор дополнительно содержит перестраиваемый по частоте лазер 9, подключенцый к блоку 10 питания. Датчик и лазер помещены в корпус 11, выполненцый таким образом, чтобы датчик не подвергался освещению прямыми лучамидругих источников кроме лазера. Частотой лазера управляет блок 12 управления, подключенный к выходу ГЛИН.В устройстве может быть использованлазер с перестраиваемой частотойлюбого типа, например на красителяхили полупроводниковый.Регистратор работает следующимобразом.При подключении источника 3 к контактам 2 через пленку 1 течет ток.При наличии концентрации измеряемого и других веществ в атмосфере поверхность пленки 1 адсорбирует молекулы этих веществ, в результате чегосопротивление пленки изменяется иизменяется ток в цепи. Лдсорбция молекул веществ приводит к тому, чтов пленке 1 возникают донорные уровни с различными значениями энергииактивации. Если теперь подать напряжение от ГЛИН 7 на дополнительныйэлектрод 5, то возникшее поперечноеэлектрическое поле приведетк тому,что электроны с примесных уровнейбудут приведены в зону проводимостии примут участие в переносе тока.Псскольку различные вещества создают примесные уровни в полупроводнике, залегающие на различной глубине, их вклад в изменения тока в цепи: дополнительный электрод - 5ГЛИН 7 сопротивление б - контакт 2обнаруживается при различных напряжениях генератора ГЛИН в виде изломовца вольт-амперной характеристике,что дает возможность одновременно,измерять концентрацию различных веществ в смеси.Однако для цекоторых примесей,создающих глубоко лежащие примесныеуровни, необходимо поперечное полеочень большой напряженности, чтоможет привести к пробою датчика.Чтобы значительно уменьшить напряженность поперечного поля, датчикпосле адсорбции примесей подвергаютсовместному воздействию лазерногоизлучения и поперечного электрического поля. Лазерное излучение обес,печивает отоионизацию примесей,причем, вследствие того, что излучение имеет изменяющуюся частоту,становится возможной ионизация различных примесей, Совместное действиелазера и поперечного электрическогополя еще больне увеличивают разрешающую способность прибора,Заказ 4608/37 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При этом происходит следующее.Излучение лазера 9, имеющее энергию . И, где Ь - постоянная Планка;- частота излучения, попадает наповерхность датчика и возбуждает 5примесные атомы, находящиеся на глубоких энергетических уровнях, Приэтом электроны примесных атомов переходят на более высокие энергетические уровни, и могут быть заброшены 1 Ов зону проводимости. В этом случаесущественно уменьшается величина поперечного электрического поля Е, которое необходимо приложить к чувствительному элементу датчика, чтобы 15 электроны смогли туннелировать взону проводимости.Поскольку каждая из примесей образует с датчиком вполне определенные,своистввнные только ей энергетичес Окие уовни, то энергия И, необходимая для заброса электронов с -гоуровня в зону проводимости можетбыть записана в виде суммы Энергия И, для каждой примеси и конкретного датчика заранее известны (определяются во время калибровки),Таким образом, если увеличивать Ы, то можно уменшить И;, . При этом становится во "можным как увеличение числа анализируемых примесей, так и повышение надежности устройства, так как ислючаегся пробой датчика.Следовательно, для каждой примеси заранее можно выбрать два оптцмальных значения ЬИ иУ1 о нПри этом существенно расширяется не только спектр анализируемых примесей, но и разрешающая способность устройства, так как сигнал о конкретной примеси на выходе появляется только при воздействии на датчик двух полей вполне определенной величины - электрического и излучения лазера. Технико-зкономические преимущества устройства связаны с тем, чтооно позволяет заменить несколькоприборов аналогичного назначения,но анализирующих более узкий спектрпримесей. Большая разрешающая способность предлагаемого прибора позволяет улучшить контроль окружающейсредь,