RU192938U1 - Газовый сенсор - Google Patents
Газовый сенсор Download PDFInfo
- Publication number
- RU192938U1 RU192938U1 RU2019120319U RU2019120319U RU192938U1 RU 192938 U1 RU192938 U1 RU 192938U1 RU 2019120319 U RU2019120319 U RU 2019120319U RU 2019120319 U RU2019120319 U RU 2019120319U RU 192938 U1 RU192938 U1 RU 192938U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- gas sensor
- dielectric substrate
- gas
- grooves
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств, а более конкретно к газовым сенсорам, и может найти широкое применение в измерительной технике, предназначенной для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе. Технический результат полезной модели - повышение надежности газового сенсора.Сущность полезной модели заключается в том, что диэлектрическая подложка, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из ее сторон тонкопленочный чувствительный элемент, связанный платиновыми пленочными дорожками с информационными контактными площадками, а на другой стороне рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками с контактными площадками нагревателя, помещается в керамический корпус, в нижней и верхней частях которой с помощью прецизионной лазерной микрофрезеровки созданы продольные пазы и направляющие выступы, позволяющие ориентировать подложку с чувствительным элементом и нагревателем строго вертикально и совместить контактные площадки на обеих сторонах подложки с соответствующими пазами на боковых стенках нижней части корпуса. На внешней стороне боковых стенок нижней части корпуса имеются наклонные выступы, также совмещенные с боковыми пазами. Верхние поверхности пазов и внешних наклонных выступов покрыты платиновой металлизацией. С помощью платиновой пасты после термообработки осуществляется контакт металлизации внешних наклонных выступов, боковых пазов и контактных площадок газового сенсора, а также фиксация корпуса на плате и подключение газового сенсора к источнику питания и измерительной схеме. Такое решение позволяет исключить применение паянных соединений контактных площадок сенсора с выводами корпуса с помощью тонких золотых проволочек, что обеспечивает повышение надежности устройства и упрощение технологии изготовления. 9 ил.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель)
Полезная модель относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств, а более конкретно к газовым сенсорам и может найти широкое применение в измерительной технике, предназначенной для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известен полупроводниковый газовый сенсор [1], в котором шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (пеллистор), внутри которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, установлен на контактных проводниках в центре корпуса. Полупроводниковый элемент, представляющий собой оксид олова SnO2 (80% масс) с добавкой оксида индия In2O3 (20% масс.), обладает достаточно высокой чувствительностью и быстродействием. Чувствительный полупроводниковый элемент при взаимодействии с газом меняет электрическую проводимость. Недостатком газового сенсора является недостаточная механическая прочность газочувствительного элемента, что также уменьшает долговременную стабильность, быстродействие и устойчивость к воздействию внешний факторов.
Известен пленарный сенсор горючих газов [2], в котором микрочип планарного термокаталитического сенсора горючих газов и паров, состоящий из общей для рабочего и сравнительного чувствительных элементов, пористой подложки из анодного оксида алюминия с расположенным на ней платиновым тонкопленочным конфигурированным покрытием, части которого, находящиеся на противоположных сторонах подложки и выполненные в форме меандра, служат микронагревателями-измерителями и обеспечивают нагрев активных зон микрочипа до рабочих температур и дифференциальное измерение выходного сигнала. Микронагреватели-измерители размещены на консолях, выступающих из общей конфигурации подложки, и отделены от центральной части подложки технологическими отверстиями для уменьшения теплоотвода от нагретых частей микрочипа. Такие решения позволяют снизить энергопотребление по сравнению с датчиками, в которых используются сплошные мембраны. Недостатком аналога является сложность сборки прибора на основе такого чипа: при помещении его в корпус типа ТО-8 необходимы специальные токоподводы и подставка для микрочипа. Кроме того, на каждый вывод измерителя приходится по два паянных (сварных) соединений, что приводит к снижению надежности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению, принятым за прототип, является адсорбционно-резистивный газовый сенсор, описанный [3], и содержащий диэлектрическую подложку с отделенной от нее сквозной перфорацией рабочей областью, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформирована тонкопленочная система информационных электродов, связанная с контактными площадками системы информационных электродов токопроводящими дорожками, с нанесенной поверх пленкой чувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагреватель, связанный с контактными площадками нагревательного элемента, расположенными также на обратной стороне подложки, токопроводящими дорожками. В свою очередь, эти контактные площадки соединяются через металлизированные отверстия с контактными площадками, размещенными над ними на "лицевой" стороне диэлектрической подложки, что обеспечивает "стандартное" подключение к выводам корпуса с помощью тонких золотых проволочек и чувствительного элемента и нагревателя. Недостатком прототипа является усложнение технологии изготовления газового сенсора из-за необходимости использования металлизированных отверстий и снижение надежности прибора из-за значительного числа паянных или точечных сварных соединений золотых проволочек с контактными площадками (два соединения на каждый контакт).
Технический результат заявляемого полезной модели направлен на повышение надежности газовых сенсоров и упрощение технологии изготовления полупроводниковых газовых сенсоров.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат достигается тем, что газовый сенсор, содержащий диэлектрическую подложку, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки, связанные информационными токопроводящими дорожками с нанесенной пленкой газочувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками нагревательного элемента с контактными площадками нагревательного элемента, дополнительно содержит керамический корпус, состоящий из нижней и верхней частей, для вертикального размещения диэлектрической подложки с рабочей областью сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части корпуса паза и направляющих выступов и паза и направляющих выступов верхней части корпуса. Нижняя часть корпуса имеет четыре наклонных выступа, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок на соответствующих сторонах диэлектрической подложки, в боковых стенках нижней части корпуса рядом с с наклонными выступами сделаны неглубокие пазы, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов нанесена платиновая металлизация для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала и нагревательным элементом газового сенсора соответственно. В верхней части корпуса сделаны четыре отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-9.
На фиг. 1 представлен вид на газовый сенсор со стороны чувствительного элемента.
На фиг. 2 представлен вид на газовый сенсор со стороны нагревателя.
На фиг. 3 представлен вид на разрез газового сенсора по диэлектрической подложке в зоне рабочей области.
На фиг. 4 представлен вид сверху на нижнюю часть корпуса газового сенсора.
На фиг. 5 представлен поперечный разрез нижней части корпуса газового сенсора.
На фиг. 6 представлен вид на нижнюю часть корпуса газового сенсора сбоку.
На фиг. 7 представлен вид снизу на верхнюю часть корпуса газового сенсора.
На фиг. 8 представлен поперечный разрез верхней части корпуса газового сенсора.
На фиг. 9 представлен поперечный разрез газового сенсора в сборе по линии отверстий в верхней части корпуса.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - диэлектрическая подложка;
2 - рабочая область;
3 - информационные контактные площадки
4 - информационные токопроводящие дорожки;
5 - пленка газочувствительного материала (чувствительный элемент);
6 - нагревательный элемент;
7 - токопроводящие дорожки нагревательного элемента;
8 - контактные площадки нагревательного элемента;
9 - нижняя часть корпуса;
10 - верхняя часть корпуса;
11 - продольный паз в нижней части корпуса;
12 - направляющие выступы нижней части корпуса;
13 - продольный паз в верхней части корпуса;
14 - направляющие выступы верхней части корпуса;
15 - внешние наклонные выступы нижней части корпуса;
16 - пазы в боковых стенках нижней части корпуса;
17 - платиновая металлизация в пазах боковых стенок нижней части корпуса;
18 - платиновая металлизация на верхних поверхностях внешних наклонных выступов нижней части корпуса;
19 - отверстия в верхней части корпуса.
Газовый сенсор содержит диэлектрическую подложку 1, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область 2, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки 3, связанные информационными токопроводящими дорожками 4 с нанесенной пленкой газочувствительного материала 5. На обратной стороне диэлектрической подложки 1 в рабочей области 2 сформирован тонкопленочный нагревательный элемент 6, связанный токопроводящими дорожками 7 нагревательного элемента с контактными площадками 8 нагревательного элемента. Керамический корпус, состоящий из нижней 9 и верхней 10 частей для вертикального размещения диэлектрической подложки 1 с рабочей областью 2 сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части 9 корпуса паза 11 и направляющих выступов 12 и паза 13 и направляющих выступов 14 верхней части корпуса. Нижняя часть 9 корпуса имеет четыре наклонных выступа 15, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках нижней части 9 корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок 3 и 8 на соответствующих сторонах диэлектрической подложки 1, в боковых стенках нижней части 9 корпуса рядом с наклонными выступами 15 сделаны неглубокие пазы 16, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов 15 нанесена платиновая металлизация 17 и 18 соответственно для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала 5 и нагревательным элементом 6 газового сенсора соответственно. В верхней части 10 корпуса сделаны четыре отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
Рабочая область 2, сформированная в диэлектрической подложке 1 из Al2O3 керамики толщиной 60 мкм в виде консоли с помощью сквозной перфорации, выполненной методом лазерной микрофрезеровки, и содержащая пленку газочувствительного материала 5, нанесенную на одну из сторон рабочей области 2, совместно с токопроводящими дорожками 4, соединенными с информационными контактными площадками 3, расположенными на той же стороне диэлектрической подложки 1, и тонкопленочный нагревательный элемент 6, размещенный на обратной стороне рабочей области 2, связанный токопроводящими дорожками 7 нагревательного элемента с контактными площадками 8 нагревательного элемента, представляют собой элементарный газовый сенсор (фиг. 1-3). Токопроводящие дорожки 4 и информационные контактные площадки 3, расположенные на одной стороне диэлектрической подложке 1, и токопроводящие дорожки 7 нагревательного элемента и контактные площадки 8 нагревательного элемента, размещенные на обратной стороне диэлектрической подложки 1, сформированы методом прецизионной лазерной микрофрезеровки предварительно нанесенной платиновой металлизации, причем нагревательный элемент 6 представляет собой узкий участок токопроводящей дорожки. Благодаря высокому сопротивлению этого участка при протекании тока на нем рассеивается «основная» часть энергии, что, в свою очередь, вызывает локальный нагрев рабочей области 2 и, следовательно, пленки газочувствительного материала 5 и обеспечивает перевод его в рабочий режим. Выбором состава пленки газочувствительного материала 5 и путем ее последующей термической обработки обеспечивается селективность газового сенсора к определенному газу. Подключение информационных контактных площадок 3 и контактных площадок 8 нагревательного элемента к внешней измерительной схеме и внешнему источнику питания обеспечивается при размещении диэлектрической подложки 1 в нижней части 9 корпуса газового сенсора, выполненного из Al2O3 керамической подложки толщиной 0,5 мм. Благодаря наличию продольного паза 11 и направляющих выступов 15, созданных с помощью прецизионной лазерной фрезеровки в нижней части 9 корпуса, диэлектрическая подложка 1 размещается строго вертикально ориентированной с микронными зазорами относительно боковых стенок нижней части 9 корпуса (фиг. 4, фиг. 5). При этом после фиксации контакта пазов 16 боковых стенках нижней части 9 корпуса с предварительно нанесенной на них платиновой металлизацией 17 и соответствующих информационных контактных площадок 3 и контактных площадок 8 нагревательного элемента с помощью платиновой пасты и последующей термической обработки через платиновую металлизацию 18 на верхних поверхностях внешних наклонных выступов 15 нижней части 9 корпуса (фиг. 6, фиг. 9) нагревательный элемент 6 может быть подключен к источнику питания, что обеспечит перевод газового сенсора в рабочее состояние, а пленка газочувствительного материала 5 может быть подключена к измерительной схеме. Для защиты тонкопленочных элементов газового сенсора от случайных повреждений служит верхняя часть 10 корпуса. Фиксация положения диэлектрической подложки 1 производится с помощью направляющих выступов 14 верхней части 10 корпуса и продольного паза 13 в верхней части 10 корпуса (фиг. 7, фиг. 8). Внешние наклонные выступы 15 нижней части 9 корпуса с нанесенной на них платиновой металлизацией 18 служат для фиксации газового сенсора на плате (корпус газового сенсора соответствует типоразмеру SOT 23). Для калибровки газового сенсора используется стандартная процедура на основе предварительных исследований температурных и концентрационных зависимостей S=f(C,T) газовой чувствительности. По достижению заданных рабочих температур проводится серия измерений значений электрического сопротивления газочувствительного элемента в чистом воздухе с помощью внешней измерительной схемы. После стабилизации значений электрического сопротивления газочувствительного элемента 5 при определенной рабочей температуре, полученные результаты составляют базовые зависимости (опорный сигнал) сенсора. Под воздействием анализируемой смеси газов происходит изменение электрического сопротивления пленки газочувствительного элемента 5 вследствие адсорбции молекул газов ее поверхностью. По истечению времени отклика сопротивление газового сенсора достигает стабильного значения. Аналитический сигнал S от чувствительного элемента 5 определяются как отношение его сопротивления в газовой смеси к базовой зависимости S=Rсм/Rатм. С помощью концентрационных и температурных зависимостей чувствительности S=f(C,T) газового сенсора и данных измерений определяются концентрации детектируемого газа в анализируемой смеси.
Таким образом заявляемое устройство обеспечивает по сравнению с прототипом повышение надежности благодаря существенному уменьшению количества паянных (проволочных) соединений внутри корпуса газового сенсора и упрощение технологии изготовления.
Список литературных источников
1. Патент на изобретение 2509303 Российская Федерация, МПК G01N 27.14. Полупроводниковый газовый сенсор /Сердюк И.В., Смирнов М.С. Заявл. 10.03.2012, опубл. 10.03.2014, Бюл. №7.
2. Патент на изобретение 2593527 Российская Федерация, МПК G01N 27/18, G01N 25/32. Планарный термокаталитический сенсор горючих газов и паров /Карпов Е.Е., Карелин А.П., Сучков А.А. и др. - Заявка: 2015116151/28, 29.04.2015, опубл. 10.08.2016. Бюл. №22.
3. Патент на полезную модель BY U №10187, Республика Белоруссия. Адсорбционно-резистивный газовый сенсор, МПК G01N 27/12 (2006/01) /Авторы: Мухуров Н.И., Денисюк С.В., Куданович О.Н. Номер заявки U 20131038, Опубл. 30.06.2014.
Claims (1)
- Газовый сенсор, содержащий диэлектрическую подложку, в которой с помощью сквозной перфорации сформирована в виде консоли рабочая область, в которой на одной из сторон диэлектрической подложки сформированы информационные контактные площадки, связанные информационными токопроводящими дорожками с нанесенной пленкой газочувствительного материала, на обратной стороне диэлектрической подложки в рабочей области сформирован тонкопленочный нагревательный элемент, связанный токопроводящими дорожками нагревательного элемента с контактными площадками нагревательного элемента, отличающийся тем, что он дополнительно содержит керамический корпус, состоящий из нижней и верхней частей, для вертикального размещения диэлектрической подложки с рабочей областью сенсора во внутренней полости корпуса с помощью расположенных по продольной центральной оси нижней части корпуса паза и направляющих выступов, и паза, и направляющих выступов верхней части корпуса нижняя часть корпуса имеет четыре наклонных выступа, направленные вовне и расположенные по два на противоположных продольных стенках корпуса перпендикулярно последним, причем их положение относительно центральной оси корпуса соответствует положению контактных площадок на соответствующих сторонах диэлектрической подложки, в боковых стенках нижней части корпуса рядом с наклонными выступами сделаны пазы, на которые, как и на верхнюю поверхность внешних наклонных выступов, нанесена платиновая металлизация для обеспечения электрического контакта с пленкой газочувствительного материала и нагревательным элементом газового сенсора соответственно, в верхней части корпуса сделаны отверстия для доступа окружающего воздуха во внутреннюю полость корпуса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120319U RU192938U1 (ru) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Газовый сенсор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120319U RU192938U1 (ru) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Газовый сенсор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU192938U1 true RU192938U1 (ru) | 2019-10-08 |
Family
ID=68162628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120319U RU192938U1 (ru) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Газовый сенсор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU192938U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU196983U1 (ru) * | 2019-11-07 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Газовый сенсор |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5546787A (en) * | 1992-02-18 | 1996-08-20 | Roth-Technik Gmbh & Co. | Housing for gas sensors |
RU120775U1 (ru) * | 2012-06-04 | 2012-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политех-Информ" | Газовый сенсор |
RU2532428C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой и газовый сенсор на его основе |
-
2019
- 2019-06-28 RU RU2019120319U patent/RU192938U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5546787A (en) * | 1992-02-18 | 1996-08-20 | Roth-Technik Gmbh & Co. | Housing for gas sensors |
RU120775U1 (ru) * | 2012-06-04 | 2012-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политех-Информ" | Газовый сенсор |
RU2532428C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой и газовый сенсор на его основе |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU196983U1 (ru) * | 2019-11-07 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Газовый сенсор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6787109B2 (en) | Test element analysis system | |
US4639305A (en) | Electrochemical element | |
JP2730798B2 (ja) | 携帯用診断システムのための温度制御 | |
JPS61186847A (ja) | 複数個のセンサ素子を有するガスセンサ | |
CN101504384A (zh) | 气体传感器芯片以及具有该芯片的气体传感器 | |
TW201818073A (zh) | 葡萄糖量測裝置與設備 | |
RU192938U1 (ru) | Газовый сенсор | |
JP2005500509A (ja) | 薄膜ppb酸素センサ | |
CN107533023B (zh) | 可燃气体和蒸汽的平面热催化传感器 | |
RU196983U1 (ru) | Газовый сенсор | |
JP3083622B2 (ja) | 気体センサ | |
RU199011U1 (ru) | Газовый сенсор | |
KR20020011379A (ko) | 하우징을 가진 반도체-기체 센서 및 기체 농도의 측정 방법 | |
US9207126B2 (en) | Infrared light sensor chip with high measurement accuracy and method for producing the infrared light sensor chip | |
RU192819U1 (ru) | Газовый сенсор | |
RU196427U1 (ru) | Керамический корпус для газочувствительного полупроводникового сенсора | |
RU22557U1 (ru) | Датчик для измерения концентрации оксида углерода | |
US4912304A (en) | Thick-film incubator | |
JPH04115545A (ja) | プローブカード | |
RU2076315C1 (ru) | Резистивный газовый датчик | |
PL229704B1 (pl) | Zintegrowana matryca czujników gazu | |
RU75052U1 (ru) | Термоанемометрический датчик | |
JPS60159621A (ja) | 温度依存測定素子を有する温度センサ | |
JPS63180848A (ja) | 空燃比測定器 | |
RU2038589C1 (ru) | Резистивный газовый датчик |