Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Каталитические детекторы газов



Такие детекторы реализуются на основе простых электрохимических ячеек, встра­иваемых в довольно сложные измерительные системы [12]. Электрохимические ячейки, изготовленные из металлокерамических пленок, позволяют проводить потенциометрические и амперометрические измерения по количественному оп­ределению концентраций широкого спектра газов. Каталитические датчики можно разделить на электрокаталитические и фотокаталитические детекторы.

На рис. 17.9 показан электрокаталитический датчик, реализованный на ос­нове толстопленочной электрохимической ячейки электролитного типа. Такая ячейка изготавливается методами печатного монтажа и отжига и представляет собой многослойную структуру из металлокерамических материалов, нанесен­ных на подложку из оксида алюминия толщиной 625 мкм. Нижний электрод толщиной 15 мкм, состоящий из платины, нанесенной на слой оксида никеля, является эталонным. Верхний чувствительный электрод толщиной 5 мкм изго­товлен из платины, спеченной с пористым материалом. Два электрода отделе­ны друг от друга слоем толщиной 25...30 мкм из твердого электролита на основе циркония, стабилизированного иттрием (YSZ). Таким образом, конечная струк­тура датчика состоит из последовательности слоев: Al2O3\Pt\Ni-NiO\YSZ\Pt. Электрический потенциал, формируемый в таком детекторе, пропорционален натуральному логарифму отношения парциальных давлений газов, действую­щих на противоположные поверхности датчика. Его можно описать уравнени­ем Нернста (уравнение (17.3)). На основе таких детекторов строятся автомобиль­ные кислородные датчики.


 
нагреватель

РТД

сторона:

управление нагревате­лем

темометр

задняя

передняя

источник переменного напряжения

пленка

подложка

выводы

Рис. 17.9.Электрокаталитический газовый микродатчик, изготовленный на керамической подложке с нагревательным элементом и резистив-ным детектором температуры с одной стороны и толстой пленкой из твердого электролита с другой стороны

 


 
подложка
пленка
Pt электроды для измерения сопротивления пленки из ТiO2
Рис. 17.10.Фотокаталитический газовый микродатчик

При подаче на электроды внешнего напряже­ния инициируются химические реакции. В резуль­тате изменения напряжения газы на поверхности электродов либо восстанавливаются, либо окисля­ются, отдавая или забирая при этом свободные электроны (см. уравнение (17.2)). Протекающие реакции влияют на величину тока /, проходящего через пленку. Этот ток, измеряемый при помощи амперметра, зависит от приложенного напряжения и типа исследуемых газов. На его величину также оказывает влияние скорость изменения напряже­ния и реактивная составляющая тока, возникаю­щего вследствие электролитического процесса . [13]. Управляя формой сигнала напряжения, можно разделить эти две составляю­щие, что позволяет улучшить характеристики детектора. Поскольку химические реакции зависят от температуры, для поддержания заданного уровня температу­ры в детектор встраивается нагреватель и датчик температуры.

На рис. 17.10 показан фотокаталитический детектор, реализованный на ос­нове пленки из оксида титана. Когда пленка из TiO2 подвергается воздействию УФ излучения с длиной волны менее 320 нм, электрохимические процессы, про­текающие в детекторе в присутствии определенных химических реагентов усили­ваются, что вызывает изменение ее сопротивления [14]. Такие датчики могут ра­ботать как с одним источником излучений, так и с несколькими, настроенными на разную длину волны, что позволяет при соответствующем легировании пле­нок из TiO2 расширять диапазон детектируемых газов.

Настройка детекторов на конкретный химический газ выполняется как регу­лированием приложенного напряжения, так и изменением длины волны излуче­ния. В электрокаталитических датчиках газы на поверхностях электродов вступа­ют в химические реакции только при определенных, только для них характерных напряжениях диссоциации, в результате чего на регистрирующей аппаратуре бу­дут фиксироваться всплески или падения тока, протекающего через детектор. Поскольку такие датчики могут работать только будучи встроенными в измери­тельные системы, они занимают промежуточное положение между простыми де­текторами и составными устройствами.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.