ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ ХЕМОРЕЗИСТИВНОГО ТИПА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к физико-химическому анализу газовых сенсоров, датчиков горючих газов, твердых электролитов и может быть использована для определения основных электрических параметров, например, для определения зависимости электрической проводимости материалов от температуры, влажности, концентрации рабочего газа.
На сегодняшний день актуальной задачей является обнаружение с помощью газовых сенсоров токсичных и пожаро-взрывоопасных газообразных веществ на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, поскольку данные предприятия используют широкий перечень газообразных веществ.
3
В последние десятилетие отмечается быстрое развитие нанотехнологий, что способствовало созданию огромного числа видов газовых сенсоров с применением различных наноструктурированных материалов (нанотрубки, нановолокна, наностержни, наноиглы, нанопроволоки, одномерные оксиды металлов и.т.д.), требующих тщательных испытаний на скорость отклика и надежность работы в широком диапазоне температур, влажности, концентрации токсичных газов, и селективности по определяемому компоненту [Calavia R., Mozalev A., Vazquez R., Gracia I.,  С., Ionescu R., Llobet E. Fabrication of WO nanodot-based microsensors highly sensitive to hydrogen // Sensors and Actuators B: Chemical, Vol .149, Iss. 2, 2010, P. 352-361]. Поскольку задержки обнаружения концентраций опасных газов увеличивают вероятность аварий и несчастных случаев на опасных производственных объектах.
Поэтому важным вопросом является создание ячейки для определения электрической проводимости различных газовых сенсоров в зависимости от температуры, влажности, концентрации рабочего газа, длины волны света.
Известна конструкция ячейки, содержащая корпус с перегородкой и измерительными контактами [Патент SU 940037 от 1982.06.30, МПК G01N 27/02(2006.01)]. Ячейка имеет корпус, выполненный в виде кольца с перегородкой со сквозным каналом, материал которых - эпоксидная смола марки ЭД-20. Токопроводящие контакты выполнены в виде вогнутых полусфер.
Данная конструкция не позволяет работать с газовыми сенсорами, поскольку ячейка предназначена только для сыпучих материалов. Кроме того, известная ячейка не позволяет получать зависимость электрической проводимости от влажности, концентрации рабочего газа, длины волны света.
Известна конструкция ячейки [Патент RU 89708 от 2009.12.10, МПК G01N 27/02(2006.01)], которая представляет собой замкнутую полость, где установлены датчики контроля климатических параметров газовой среды, патрубки ввода газовых компонентов, соединенные с системами подготовки газообразных компонентов, и устройства поддержания заданной температуры и влажности газовой среды. Согласно полезной модели, замкнутая полость выполнена в виде кольцевого циркуляционного контура с вертикальным участком, внутри которого в поперечной плоскости размещены исследуемые газовые сенсоры, закрепленные на горизонтальной газопроницаемой платформе. Циркуляция газа в контуре осуществляется за счет вентилятора. Данная конструкция ячейки позволяет исследовать одновременно несколько газовых сенсоров с возможностью получать зависимость электрической проводимости от температуры, влажности, воздействия акустического шума, электромагнитного излучений, вибрационных и ударных нагрузок, концентрации рабочего газа.
Однако данная конструкция ячейки не позволяет получать данные по влиянию концентрации рабочего газа в динамических условиях, поскольку данная ячейка представляет собой замкнутый контур, и не позволяет работать в проточном режиме. Кроме того, ячейка не предусматривает получение данных электрической проводимости в зависимости от длины волны света, падающего на газовый сенсор.
Известна ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров хеморезистивного типа, являющаяся прототипом предлагаемой полезной модели, описание которой приводится в работе [Pytlicek Z., Bendova М., Prasek J., Mozalev A. On-chip sensor solution for hydrogen gas detection with the anodic niobium-oxide nanorod arrays// Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 284, 2019, P. 723-735 https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.01.009]. Ячейка состоит из прямоугольного корпуса и крышки, изготовленных из термопласта. В центральной части дна корпуса расположен керамический нагреватель, с обеих сторон которого размещаются по два зажимных контакта для измерения электрической проводимости газовых сенсоров. В корпусе на противоположных частях меньшей стороны расположены штуцера ввода и вывода газовых потоков. Также ячейка оснащена датчиками контроля климатических параметров газовой среды. Между крышкой и корпусом имеется уплотнение для герметизации ячейки. Достоинством данной конструкции ячейки является возможность работы в проточном режиме, что позволяет получать данные зависимости по влиянию температуры, влажности и концентрации рабочего газа на удельную проводимость в динамических условиях.
Однако указанная ячейка не позволяет получать данные зависимости влияния длины волны света, падающего на газовый сенсор, на его электрическую проводимость в динамических условиях.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности получения данных зависимости влияния длины волны света на электрическую проводимость в динамических условиях.
Задача достигается тем, что ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров хеморезистивного типа состоит из корпуса и крышки, изготовленных из термопластов, при этом крышка герметично закреплена к корпусу, в корпусе зафиксированы штуцера ввода и вывода газовых потоков, после штуцера ввода газовых потоков на днище корпуса закреплены датчики контроля климатических параметров газовой среды, а в центральной части днища корпуса зафиксирован керамический нагреватель, к поверхности которого прижаты сенсоры зажимными контактами, при этом в центральной части крышки установлены светодиоды разной длины волны.
На чертеже приведена ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров, состоящая из корпуса (1), крышки (2), штуцера ввода газов (3), датчика влажности-температуры (4), датчика давления (5), зажимных контактов (6), нагревателя (7), теплоизоляции (8), светодиодов (9), штуцер вывода газов (10).
Ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров хеморезистивного типа работает следующим образом. Смесь газов по газопроводу поступает в объем ячейки через штуцер ввода газа (3), закрепленного на корпусе (1). Прежде чем газовый поток достигает сенсора (на чертеже не указано), с помощью датчика влажности-температуры (4), определяются климатические параметры входящего газового потока, давление в ячейки измеряется с помощью датчика давления (5). Далее газовый поток проходит через сенсор, прижатый зажимными контактами (6) к керамическому нагревателю (7), который находится на теплоизоляции (8) на днище корпуса (1). Температура нагревателя контролируется изменением значения подаваемого на него напряжения. На герметично закрепленной крышке (2), зафиксированы светодиоды (9), которые включаются по очереди или периодически в зависимости от условий измерения. После чего с помощью штуцера вывода газов (10), газовый поток выходит в атмосферу.
Таким образом, ячейка для измерения электрической проводимости газовых сенсоров хеморезистивного типа, работает в проточном режиме и оснащена светодиодами разной длины волны, вследствие чего ячейка способна получать данные зависимости влияния длины волны света на электрическую проводимость газового сенсора в динамических условиях.