×
29.03.2019
219.016.f881

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ В ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
02189034
Дата охранного документа
10.09.2002
Аннотация: Использование: изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения концентрации газовых компонентов, и может быть использовано в системах управления котельными теплоэлектростанций для контроля состояния окружающей среды. Технический результат изобретения заключается в обеспечении селективности и достоверности определения концентрации каждого из компонентов окислительно-восстановленной газовой смеси, например, О-СО, О-СО О-СН, NО-CO, NО-CH и др. Сущность: устройство содержит кремниевую подложку с нанесенным на ее лицевую поверхность первым слоем диэлектрика из диоксида кремния, сформированными на нем нагревательным резистором из легированного поликристаллического кремния, сформированными над ним вторым из диоксида кремния и третьим из нитрида кремния диэлектрическими слоями. На третьем диэлектрическом слое в пределах площади нагревательного резистора сформированы два газочувствительных тонкопленочных резистора из диоксида олова, на поверхности первого из которых сформирован каталитический слой из диоксида кремния с равномерно распределенным оксидом палладия, а на поверхности второго - каталитический слой из диоксида кремния с равномерно распределенным диоксидом марганца. Содержание оксида палладия в каталитическом слое на поверхности первого из газочувствительных резисторов составляет 1-5 об %, а содержание диоксида марганца в каталитическом слое на поверхности второго газочувствительного резистора составляет 5 - 10 об %. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения концентрации газовых компонентов, конкретно к области каталитической части газочувствительных устройств, и может быть использовано в системах управления котельными теплоэлектростанций, в жилищно-коммунальном хозяйстве, для контроля состояния окружающей среды.

Известно устройство по патенту 0281462, ЕПВ, содержащее подложку из диэлектрика или из другого материала с диэлектрическим покрытием, на которой сформирован нагревательный элемент, поверх которого нанесен диэлектрический слой. На диэлектрический слой нанесен газочувствительный тонкопленочный резистор, имеющий два коммутационных электрода, два выхода которых подключены к измерительному мосту, питание к которому подключено через ограничитель тока, измерительная диагональ моста подключена к входу усилителя, выход усилителя подключен к индикатору. Входные электроды нагревательного элемента подключены к схеме управления нагревательными элементами. К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие селективности при наличии окислительных и восстановительных компонентов в газовой смеси.

Наиболее близким по технической сущности решаемой задачи является устройство по патенту 2013768, РФ, содержащее полупроводниковую пластину, нанесенный на ее лицевую поверхность первый слой диэлектрика, сформированный на нем тонкопленочный нагревательный резистор, электрически связанный посредством пленочных проводников со схемой управления нагревательным резистором, нанесенный на эти элементы второй слой диэлектрика, сформированный на нем газочувствительный тонкопленочный резистор с нанесенным на его поверхность пленочным катализатором, и образующий совместно с тремя резисторами измерительный резистивный мост, два резистора которого образуют опорный делитель напряжения со средней точкой, а третий и газочувствительный резисторы образуют измерительный делитель напряжения со средней точкой, причем на всех газочувствительных резисторах сформированы одинаковые каталитические покрытия, а на три из четырех газочувствительных резисторов поверх каталитических покрытий нанесен газонепроницаемый маскирующий слой. Данное устройство по сравнению с предыдущим аналогом имеет преимущество, связанное с тем, что благодаря идентичности основных компонентов мостовой схемы снижаются погрешности измерений, связанные с флюктуациями температуры окружающей среды, в значительной мере одинаково воспринимаемые всеми резисторами мостовой схемы. Однако данное устройство не лишено существенных недостатков, отмеченных у предыдущего аналога, а именно отсутствие селективной чувствительности к отдельным газовым компонентам в окислительно-восстановительных газовых смесях.

Целью изобретения является обеспечение селективности и достоверности определения концентрации каждого из компонентов окислительно-восстановительной газовой смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации окислительно-восстановительных компонентов в газовой смеси, например, О2 - СО, О2- СО2, О2 - CН4, NOx - СО, NOx - CН4 и др., содержащем кремниевую подложку, нанесенным на ее лицевую поверхность первым слоем диэлектрика из диоксида кремния, сформированным на нем нагревательным резистором из легированного поликристаллического кремния, сформированным над ним вторым из диоксида кремния и третьим из нитрида кремния диэлектрическими слоями, на третьем диэлектрическом слое в пределах топологии нагревательного резистора сформированы два газочувствительных тонкопленочных резистора из диоксида олова, на поверхности первого из которых сформирован каталитический слой из диоксида кремния с равномерно распределенным оксидом палладия, а на поверхности второго каталитический слой из диоксида кремния с равномерно распределенным диоксидом марганца, причем содержание оксида палладия в каталитическом слое на поверхности первого из газочувствительных резисторов составляет 1-5 об. %, а содержание диоксида марганца в каталитическом слое на поверхности второго газочувствительного резистора составляет 5-10 об.%.

Выявленные отличительные признаки в предложенной совокупности не встречались в ранее известных технических решениях, обеспечивают достижение поставленной цели и могут быть квалифицированы как существенные отличия.

Изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 - структурно-топологическая схема предлагаемого устройства: поперечная структура (а), топологический вид (б), схема делителя напряжения (в);
на фиг.2 - эквивалентная схема измерительных резистивных мостов;
На фиг. 3а, 3б - примеры определения содержания О2 и СО в газовой смеси О2- СО.

Предлагаемое устройство для измерения концентрации окислительно-восстановительных компонентов газовой смеси содержит (фиг.1) полупроводниковую подложку 1, нанесенный на ее лицевую поверхность 2 первый слой диэлектрика 3 из SiО2, сформированный на нем нагревательный резистор 4 из легированного поликристаллического кремния, электрически связанный посредством двух пленочных проводников 5, 6 со схемой управления нагревательным резистором 4, сформированные над нагревательным резистором 4, второй диэлектрический слой 8 из SiО2 и третий диэлектрический слой 9 из Si3N4, на третьем диэлектрическом слое 9 в пределах площади нагревательного резистора 4 сформированы два газочувствительных тонкопленочных резистора 10, 11 из легированного диоксида олова (SnO2), первый из которых 10 покрыт первым каталитическим слоем 12 из SiO2 с равномерно распределенным PdO, содержание которого 1-5 об.% а второй 11 вторым каталитическим слоем 13 из SiO2 с равномерно распределенным MnO2, содержание которого 5-10 об.%, причем оба газочувствительных резистора 10, 11 скоммутированы при помощи третьего 14, четвертого 15 и пятого 16 пленочных проводников в схему делителя напряжения 17.

В качестве материала полупроводниковой подложки 1 используются пластины из монокристаллического кремния, например, n-типа, с ориентацией (100). Первый слой диэлектрика 3 выполнен из термически выращенного слоя диоксида кремния. В качестве материала нагревательного резистора 4 используется легированный фосфором поликристаллический кремний. Второй слой диэлектрика 8 представляет собой термически выращенный на поверхности поликремниевого резистора диоксид кремния, третий диэлектрический слой 9, нанесенный из паровой фазы нитрид кремния.

В качестве материала газочувствительных резисторов 10, 11 используется легированный сурьмой диоксид олова (SnО2). Пленочные проводники выполнены из алюминия 19 с подслоем хрома 18. Каталитические покрытия на поверхности газочувствительных резисторов представляют собой тонкопленочные слои из диоксида кремния, содержащие определенное количество равномерно распределенного оксида палладия 12 в одном из резисторов и диоксида марганца 13 в другом.

Устройство работает следующим образом. Два газочувствительных резистора 10, 11 (фиг.2) с различными каталитическими слоями 12, 13 соединяются совместно с двумя вспомогательными стандартными резисторами 20, 21 в первый измерительный резистивный мост, а газочувствительный резистор 11 совместно с тремя вспомогательными резисторами 20, 21, 22 во второй измерительный резистивный мост, при этом два вспомогательных резистора 20, 21 образуют опорный делитель напряжения со средней точкой 23, два газочувствительных резистора 10, 11 образуют первый измерительный делитель напряжения со средней точкой 24, а газочувствительный резистор 11 и вспомогательный резистор 22 образуют второй измерительный делитель напряжения со средней точкой 24.

На нагревательный резистор 4 подается постоянное напряжение амплитудой 1,8-2,7 В или импульсное напряжение с длительностью 3-10 с и амплитудами: максимальное напряжение 1,8-2,7 В и минимальное 0,1-1,0 В. При этом коммутационный электронный ключ 25 поочередно подключает к измерительному прибору 26 первый измерительный резистивный мост, предназначенный для определения концентрации восстановительных компонентов окислительно-восстановительной смеси, например, СО, СО2, CН4, NН3 и др., и второй измерительный мост, предназначенный для определения концентрации окислительного компонента газовой смеси, например, О2, NOx и др., при этом первый измерительный мост отключается.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства являются следующее: газочувствительный резистор 10 с PdO-катализатором 12 обладает высокой чувствительностью к газам восстановительного типа, например, СО, СО2, CH4, NН3 и др. Одновременно газочувствительный элемент 10 с PdO- катализатором 12 обладает существенной чувствительностью к молекулам окислительного типа: О2, NOx и др. Газочувствительный резистор 11 с МnО2- катализатором 13 не имеет чувствительности к газам восстановительного типа, но обладает чувствительностью к молекулам окислительного типа: О2, NOx и др., близкой по относительной величине к чувствительности газочувствительного элемента 7 с PdO-катализатором. Если соединить два таких газочувствительных элемента в первый измерительный делитель напряжения со средней точкой 24, то при воздействии на них окислительно-восстановительных газовых смесей типа О2- СО, О2 - СО2, О2- СН4, NН3 - О2, Nox - CO, NOx - CH4 и т.д. с изменяющимися концентрациями окислительных и восстановительных газов электрический потенциал в средней точке 24 первого измерительного делителя напряжения (напряжение в диагонали первого измерительного резистивного моста 26) будет эквивалентен концентрации восстановительного компонента (СО, СО2, CH4 и т.д.) фиг.3а, поскольку отклик на окислительный компонент (О2, NOx и т.д.) каждого из резисторов делителя одинаков, в результате чего изменение потенциала на изменяющуюся концентрацию О2, NOx и т.д. в средней точке 24 первого измерительного делителя близко к нулю (фиг.3б).

С другой стороны, при контроле указанной выше окислительно-восстановительной смеси посредством второго измерительного моста в средней точке 24 второго измерительного резистивного делителя (диагонали второго измерительного моста 26) будет зафиксирован потенциал, эквивалентный концентрации кислорода (фиг.3б), поскольку газочувствительный резистор с МnО2- катализатором нечувствителен к таким газовым компонентам.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает достижение поставленной цели, а именно обеспечивает повышение селективности и достоверности определения концентрации каждого из компонентов окислительно-восстановительной газовой смеси.

1.Устройстводляизмеренияконцентрацииокислительно-восстановительныхкомпонентоввгазовойсмеси,например,О-СО,О-СО,О-СН,NО-СО,NO-СНсодержащеекремниевуюподложку,нанесенныйнаеелицевуюповерхностьпервыйслойдиэлектрикаиздиоксидакремния,сформированныйнанемнагревательныйрезисторизлегированногополикристаллическогокремния,сформированныенаднимвторойиздиоксидакремнияитретийизнитридакремниядиэлектрическиеслои,отличающеесятем,чтонатретьемдиэлектрическомслоевпределахплощадинагревательногорезисторасформированыдвагазочувствительныхтонкопленочныхрезистораиздиоксидаолова,наповерхностипервогоизкоторыхсформированкаталитическийслойиздиоксидакремниясравномернораспределеннымоксидомпалладия,анаповерхностивторого-каталитическийслойиздиоксидакремниясравномернораспределеннымдиоксидоммарганца.12.Устройстводляизмеренияконцентрацииокислительно-восстановительныхкомпонентовпоп.1,отличающеесятем,чтосодержаниеоксидапалладиявкаталитическомслоенаповерхностипервогоизгазочувствительныхрезисторовсоставляет1-5об.%,асодержаниедиоксидамарганцавкаталитическомслоенаповерхностивторогогазочувствительногорезисторасоставляет5-10об.%.2
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-106 of 106 items.
21.06.2020
№220.018.2942

Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях арктики

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения навигационных комплексов и передачи полученной информации по радиоканалам, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723928
Дата охранного документа: 18.06.2020
04.07.2020
№220.018.2eb0

Способ и устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. В способе проводят оценку состава почвы возделываемого угодья и ее продукционного потенциала по пробам почвы, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур по их видеоизображениям, полученным с помощью модуля визуального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725482
Дата охранного документа: 02.07.2020
06.07.2020
№220.018.2feb

Способ радиочастотной идентификации крупного и мелкого рогатого скота и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к животноводству, в частности к скотоводству, охоте, лесному и подсобному хозяйствам, и может быть использована для идентификации и соблюдения ветеринарно-санитарных правил содержания животных. Способ радиочастотной идентификации крупного и мелкого рогатого скота...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725728
Дата охранного документа: 03.07.2020
21.07.2020
№220.018.3513

Способ мониторинга состояния дрейфующего ледяного поля или припая и прогноза его разлома при сжатии льдов и воздействии волн зыби

Изобретение относится к ледоведению и ледотехнике и служит для прогноза момента образования трещин или разлома ледяного поля. Система, реализующая способ мониторинга состояния дрейфующего ледяного поля или припая и прогноза его разлома при сжатии льдов и воздействии волн зыби, содержит четыре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727081
Дата охранного документа: 17.07.2020
23.05.2023
№223.018.6ec0

Способ контроля транспортных средств и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству контроля транспортных средств. Способ контроля транспортных средств, при реализации которого размещают стационарный пункт контроля, оснащенный блоком дистанционной связи и связанным с ним компьютером, снабженным блоком ввода в него цифровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002745459
Дата охранного документа: 25.03.2021
23.05.2023
№223.018.6f07

Способ мониторинга состояния подземных сооружений метрополитена и система для его реализации

Группа изобретений относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности мониторинга состояния подземных сооружений метрополитена путем ослабления узкополосных помех. Для этого предложена система для мониторинга состояния подземных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002740514
Дата охранного документа: 15.01.2021
+ добавить свой РИД