Датчик для измерения парциального давления кислорода

(522 4 С 01 И 29/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ оНТП,зочувствитель то иися теые элементы(тельном и комразмещены с возлее длины поверхволны по отноше м пенсирующнх трактах душным зазором не б костной акустическо нпю к поверхности п ежки. 0 ДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЕЛА(2 ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(Т(71) Институт электроники АН БССР (72) В.М,Колешко и И.В.Мешков .(53) 534532.6(088.8)(56) Макаров В.М. и др. Частотные датчики механических величин на ПАВ-структурах, -Сегнето- и пьез материалы и их применение. И.:ИД 198, с.59-62.А.Вгуап, П.Ь.1,ее апй 1,РЛеге 11- по А яцг 2 асе асоцяГхс даче яая йеГесгог 1981. Н 1 ггаяопхся Бушроя 2.иш Ргос сес 1 пу, 1981, р.172, Р 2.8.1. (54)(57) 1.ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА, содержащий расположенные на поверхности пьезоэлектрической подложки измери.тельный и компенсирующий тракты распространения поверхностных акустических волн с газочувствительным эл ментом, размещенным в измерительномо т л и ч а ю щ п й с я темцелью повышения точности изя парциального давления кислорода в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, в компенсирующий тракт введен газочувствительный элемент, выполненный из металлоокисного полупроводника в виде уплотненного керамического слоя, а газочувствительный элемент.в измерительном тракте выполнен из металлоокисного полупроводника в виде пористого керамического слоя, причем оба элемента выполнены с толщиной не менее дебаевской длины в полупроводнике.2. Датчик по п.1, о тл и ч а юИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа отработавших газов двигателей внутреннего сгорассия(СБС) транспортных средств, зз частности в 5 качестве датчика отношения количества воздуха к количеству топлива в рабочей смеси (В/Т-отношессия ).Цель изобретения - повышение точности измерения па 1 циального давления кислорода в выхлопных газах ДБС.11 а Фиг. 1 представлен предлагаемый датчик; на Фиг. 2 - то же, нид сверху.Датчик содержит пьезоэлектрическую 15 подложку 1 на поверхности которой вьгполнецы две пары встречцо-штыревых преобразователей 1,ВсП ) понерхностцых акусткческих волн (ПЛВ ) 2-3 и 4-5 соответствесшо, образующих соответст венцо измерительный (2-3) и компенсирусощий (4 -5 ) тракты распространения ПЛВ. Путем вклсочезшя каждого из трактосз в цепь обратссой связи соответствующих усссзсззтелесс б сс 1 обри зованы ПЛБ-генераторы. Быходцые сигналы 1 ЛВ-гессераторов подаются на сме ситель 8, сзыход которого ссагружесс на фильтр шсзкпх частот (сзПг ) 9.Б измерительном тракте между входным 2 ц выходным 3 БШП ПЛБ размещен газочувствсстельсссси элемент зсз чувстшстельпого к кислороду ме.таллооксссного полупроводника в виде цорзсстого керамического слоя 1 О. Лцалогичсым образом в компесссирующем тракте между входным 4 и выходным 5 ВП ПЛБ размещен элемент из такого же металлоокисцого полупроводника и виде уплотненного керамического слоя 11. 40 Оба элемента выполнены с толщиной не менее дебаевской длины в полупроводнике, Слои 1 О и 1 газочувствительных элементосз могут быть размещены с воздушным зазором 2 не более Длины 45 ПЛВ по отношению к гсоверхссостсс подложки.1 змерецие парцзсальзсого давлессия кислорода Ра дашцсм датчиком осуществляется следуюсс)зсм образом. 50Возбужденные входным БШГ 2 и прошедшие по поверхности подложкп 1 гРЛБ принимаются ьчяходным ВШП 3, астота, при которой происходит возбуждение ПЛВ-генератора, образованного усили телем 6 (с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации потерь в знукопроводе ) с включешсым в цепь его обратной связи измерительнымтрактом 2-3, описывается уравнениемгде со - частота генерации;Ь - рабочая длизса звукопровода;электрический сдвиг Фазы во БЦГ 2 и 3 и усилителе 6.Датчик устанавливается в выпускном трубопроводе Д 13 С и нагревается до рабочей температуры отработавшими газами либо с помощью зигзагообразных нагревательных элементов (не показаны ), размещаемых на внешних поверхностях керамических слоев 10 и 1. Боздействисо отработавших газов подвергается вссешняя (ссеобращенсзая к цодлоскке) стороца слоев 1 О,сс 11 керамических элементов, поверхность же гсддзсо:кскиможет быть ссри этом ссадежссо изолирогз асса.1 змессешзе электронросзодности поликристаллических металлоокисцых полуссроводснсков прц хемосорбции молекул кислорода обусловлезсо поверхссостссс,смзс ясззсессзсями в мссог оссссслессссых косстаксчсых областях между структурссыкнс эерссами, Везсссчзссса проводимосшс полупроцодссикагде с - заряд носителя;1 - коэфсзициет, зависящий отФормы ба 1 зье 1 за;и. - коссцесстрацсся ссосспелей заряда вблизи барьера,11 - число барьеров сса 1 см длиссы образца;- высота бары ра;( - ссостоянцая Вольцмана,Т - температура слосс 10.При хемосорбссгси на ссоверхцостинолупросзодзсика гс-с сссса молекул кислорода иросссходсс с уцелцченссе ссотессциальцых барьеров и местах контактовмежду отделысымн зернсняс поликристаллцческой структуры слоя 10, что вызовет уменьшессие колссчества злектронов проводимости н полупроводнике и, следовательно, уменьшение проводимое.тц слоя 10, Зависимость электропроводности слоя 10 от ссзмеценияо аказ 7151/41 . Тираж 896 БИИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Иосква, Ж, РаунПодписноемитета СССРоткрытий ская Филиал ППППатент", г, Ужгород,роект в несколько раз (3-5) больше зерна и меньшую плотность, чем пористая керамика слоя 10, что замедляет установление равновесия при изменении Р 12 до такой степени, что уплотнен 2ная керамика становится не чувствительной к изменениям Р при частотах регулирования, применяемых в ДБС ( 1-2 Гц . Следовательно, дестабилизирующее влияние измецешш окружающей температуры, одинаковым образом изменяющей проводимость слоев 1 О и 11, вызывает идентичные изменения скорости 7 ПАБ и частоты ПАБ-гецераторов в обоих трактах. Изменение же Р 0 воздействует толт когца частоту ПАВ-гецератора в измери,тельном тракте, которая контролируется пугем смешения частот измерительного и компенсирующего ПЛВ-генераторов в смесителе 8 ц выдецецп раэностцой частоты фильтром 9.Величина воздушного зазораопределяет эс 1 х 1 ектцвцость взаимодействия ПЛВ с цосителми заряда в слох 10 и 11, а, так как амплитуда электрического цол ПЛВ затухает цриблпзительно экспоцецциальцо с растояниемот поверхности подложки 1 с постоянной затухания порядка длины волныЪ ПАВ, то зазор выбирают минимальнойвеличины, ограничиваемой обычно технологическими и конструктивными сообръкениями. Увеличение величины зазора Ь свыше 3 приводит к недопус О тимому снижению величины электрического поля, проникающего в слои 10 и11 и соответствующему снижению влияния изменений Р 1 ца скорость ПАВ.Внутри слоев 10 и 11 электричес кое поле ПАВ затухает в пределах дебаевской длины от поверхности полупроводниковых слоев 10 и 11. 1 Тоэтому дл максимального использования всей области взаимодействия ПЛВ с по лупроцодццковыми сломи 1 О и 11 приизменении Р 0 толщина с этих слоевгограничцваетс снизу добаевской длиной в полупроводнике. Зцачителыьо увеличивать толщину слоев 1 О ц 1 25 свыше технологических и конструктивных соображений также нецелесообразно ввиду увеличенц времени установленная (т.е, снижения быстродействия).