ДЕТЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

ДЕТЕКТР1РУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Решение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для обнаружения и количественного определения компонентов анализируемой смеси и может использоваться в промышленных и лабораторных хроматографах, газоанализаторах, а также в системах контроля технологической атмосферы в различных отраслях промышленности.
Известно детектирующее устройство, содержащее измерительную и сравнительную камеры с расположенными в них чувствительными элементами, которые соединены с источником питания, и мостовую измерительную схему, в два смежных плеча которой включены проволочные сопротивления или термисторы, а в диагональ - регистрирующее устройство  Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях.- М: Химия, 1976.- С. 71-73 .
Недостатками известного устройства являются высокий уровень шумов чувствительных элементов и невозможность одновременного достижения высокой чувствительности и быстродействия. Известно, что чувствительность детектора тем выше, чем больше длина нитей чувствительных элементов (от которой зависит их сопротивление), размещенных в цилиндрической камере, а быстродействие детектора тем больше, чем меньше объем камеры, что достижимо при уменьшении габаритов чувствительных элементов.
Известны также детектирующие устройства, где в качестве чувствительных элементов использованы полупроводниковые приборы с р-п переходами (диоды или биполярные транзисторы).
Наиболее близким к заявляемому является детектирз ющее устройство, содержащее измерительную и сравнительную камеры с расположенными в них чувствительными элементами детектора, которые соединены с источником питания, и мостовую измерительную схему, в два смежных плеча которой включены резисторы, а в диагональ регистрирующее устройство. Чувствительными элементами служат бескорпусные биполярные транзисторы, подсоединенные по диодной схеме параллельно, а последовательно с ними включены источники  дополнительно введенных оптронов.
МПКО 01 N27/18
фотоприемники которых включены в два смежных плеча измерительной мостовой схемы  А.С. СССР № 529405, МПК G 01 N 27/18, G 01 N 31/08, опубл. 25.09.76 г. Однако указанное устройство также не удовлетворяет по чувствительности требованиям газового анализа.
Задачей предлагаемого решения является усовершенствование детектируюшего устройства для определения состава анализируемой смеси.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении чувствительности устройства за счет увеличения полезного сигнала и одновременного уменьшения коэффициента шума, а также стабилизации работы схемы.
Технический результат достигается тем, что в детектируюшем устройстве, содержащем измерительную и сравнительную проточные камеры, в которых размешены бескорпусные полупроводниковые чувствительные элементы, соединенные с источником питания, дифференциальную измерительную схему, устройство обработки информации, бескорпусные полупроводниковые чувствительные элементы вьшолнены в виде полевых транзисторов, затворы которых подключены к резистивным делителям управления коэффициентом преобразования по температуре, включенным параллельно в дифференциальную измерительную схему, дополнительно снабженную резистивным делителем симметрирования схемы.
Применение бескорпусных полевых транзисторов, размешенных в проточных камерах, позволяет получить хорошие динамические характеристики, так как полевые транзисторы имеют лучшее быстродействие, чем биполярные транзисторы и диоды. Полевые транзисторы (например, с управляюпщм р-п переходом) имеют большую чувствительность на температурные колебания, вызванные изменением теплопроводности среды. Коэффициент преобразования по температуре полевого транзистора на порядок выше, чем для биполярного транзистора и на два порядка вьшхе, чем для чувствительного элемента катарометра (нагреваемой нити). Кроме того, полевые транзисторы (особенно с управляюпщм р-п переходом) имеют малый уровень шумов по сравнению с указанными приборами.
Для исключения влияния температуры окружающей среды применяют дифференциальную измерительную схему. В этом случае температура окружаюшей среды влияет в одинаковой мере на изменение электрических параметров в каждом из чувствителных элементов.
На фиг л представлена - электрическая схема детектирующего устройства, на фиг. 2 статические характеристики чувствительных элементов при различных значениях температуры.
Устройство содержит чувствительные элементы 1 и 2, расположенные в измерительной 3 и сравнительной 4 камерах. Чувствительными элементами служат бескорпусные полевые транзисторы с управляющим р-п переходом, включенные симметрично в два каскада сравнительного и измерительного каналов, которые составляют дифференциальную измерительную схему. В цепи затвора каждого из полевых транзисторов подключены резистивные делители 5, 6 управления коэффициентом преобразования по температуре, состоящие из резисторов R1, R2, R3, R4. В цепи стока каждого из полевых транзисторов подключены нагрузочные резисторы R5, R6. Схема дополнительно снабжена резистивным делителем симметрирования схемы 7, состоящим из резисторов R7, R8, R9, при помощ которых производится первоначальная установка параметров режима работы схемы. Кроме того, детектирующее устройство содержит источники питания Е1 и Е2 (на фиг.1 не показаны). В измерительную диагональ схемы подключено устройство обработки информации 8. В случае необходимости перед устройством обработки информации 8 может быть включен усилитель 9.
Детектирующее устройство работает следующим образом. При помощи резистивного делителя симметрирования схемы 7 производится первоначальная установка параметров режима работы схемы, ее симметрирование. Для получения наибольшей температурной нестабильности рабочая точка на статической характеристике (фиг. 2) чувствительного элемента выбирается в области, максимально удаленной от термостабильной точки К, в которой при любой температуре (Т1, Т2, ТЗ) ток стока полевого транзистора не изменяется. На статической характеристике видно, что максимальная температурная нестабильность полевых транзисторов с р-п переходом (максимальный коэффициент преобразования по температуре ) наблюдается при напряжении на затворе из  О ч- - 0.5 В. Коэффициент шумов при этом не меняется, то есть получается наилучшее соотношение сигнала и шзма. Однако, смещение затвора в отрицательную сторону более -0.5 В не рекомендуется, так как при этом открьшается прямой ток затвора чувствительных элементов 1,2, благодаря чему уменьшается линейность температзфной характеристики и создается дополнительный шум. Напряжение, подаваемое на затворы чзгвствитеяьных элементов 1, 2 задается с помощью резистивных делителей
5, 6 управления коэффициентом преобразования по температуре; его значение можно изменять в процессе работы прибора.
При прохождении через измерительную 3 и сравнительную 4 камеры чистого газа (например, воздуха) теплопроводность газа в обеих камерах одинакова, следовательно, и одинаковая температура чувствительных элементов 1 и 2. Токи, проходящие через параллельные цепи, в которых включены чувствительные элементы 1,2 , равны. При этом не возникает разбаланса измерительной дифференциальной схемы, т.е. сигнал на выходе отсутствует. При подаче в измерительную камеру 3 смеси чистого газа с компонентом, концентрацию которого необходимо измерить, теплоотвод от рабочего и измерительного чувствительных элементов 1, 2 становится различным вследствие различия теплопроводностей чистого газа и его смеси с анализируемым компонентом. Это сопровождается изменением температуры измерительного чувствительного элемента 1, а, следовательно, и его электрических параметров, что приводит к разбалансу измерительной схемы. Например, при повьппении температуры чувствительного элемента 1 (от Т1 до Т2 или ТЗ на статической характеристике) в данном режиме работы (при небольшом прямом смещении) ток стока 1с полевого транзистора уменьшается. Подобный эффект, к тому же, обусловливает отсутствие в полевом транзисторе вредного явления самоперегрева, характерного для биполярных транзисторов, у которых повьщ1ение температуры приводит к росту тока коллектора и к еще большему разогреву коллекторного перехода, что может привести к ухудшению характеристик прибора, нестабильности его работы или даже к его разрушению.
Сигнал рассогласования, пропорциональный изменению теплопроводности смеси в измерительной камере 3, усиливается устройством 9 и фиксируется устройством обработки информации 8.
Таким образом, предлагаемое детектирующее устройство обладает большей чувствительностью за счет увеличения полезного сигнала и одновременного уменьшения коэффициента шума, а также более стабильной работы устройства.