Un senzor de gaz cu peliculă este un senzor semiconductor din metal-oxid obținut prin tehnologie de serigrafiere de peliculă groasă. Stratul chimic sensibil constă dintr-o pastă preparată din pulbere de metal-oxid, aditivi anorganici și lianți organici. Pasta este imprimată pe un suport de alumină care conține electrozi film din metal și un rezistor de încălzire.
Pasta este apoi sinterizată într-un cuptor termic sau IR. Oxidul de staniu este materialul cel mai frecvent utilizat, fiind extrem de sensibil la urmărirea concentrației de gaze reactive în aer. Selectivitatea pentru un anumit gaz este îmbunătățită prin adăugarea de catalizatori și promotori. Conductivitatea unui film gros, semiconductor de tip n, cu mare porozitate (granular), se schimbă în prezența unui gaz reducător din cauza unui proces de ardere, care reduce acoperirea suprafeței de ioni de oxigen, provocând întoarcerea de electroni în banda de conducție și coborârea înălțimii barierei Schottky la nivel de contacte intergranulare.
Principiul de funcționare al senzorului de gaz
Senzorul de gaz este compus din: elementul detector – un cip, o bază pentru cipul detector și un capac prin care intră gazul. Elementul folosit ca senzor de detectare conține materiale sensibile la un tip de gaz și un element de încălzire a materialului sensibil. Sistemul de încălzire este setat la temperatura de lucru, deoarece acest tip de senzor lucrează în principal, la temperatură înaltă (150 –
600°C). În funcție de gazul țintă, elementul sensibil va utiliza diferite materiale, cum ar fi dioxidul de staniu (SnO2), oxid de wolfram (WO3) etc. Atunci când un cristal de oxid de metal, cum ar fi SnO2 este încălzit la o anumită temperatură ridicată, oxigenul din aer, este absorbit pe suprafața cristalului primind o sarcină electrică negativă. Electronii donatori din suprafața cristalului sunt transferați la oxigenul absorbit.
Pe microcristale se formează potențialul de suprafață negativ care va servi ca o barieră de potențial împotriva unui flux de electroni (un curent) care a putea să circule între doi electrozi. Rezistența electrică a acestui senzor este atribuită la această barieră de potențial.
Schema unui cip senzor de gaz
Cipul constă dintr-o plăcuță din alumină, cu electrozi de aur intercalați, pe fața superioară. Materialul senzitiv la gaz este imprimat ca o peliculă groasă peste electrozi. Pe fața inferioară (nevizibilă) este un traseu rezistiv încălzitor, din platină. Cipul este încălzit printr-un circuit rezistiv care sesizează o eventuală întrerupere a curentului de încălzire.
Lider în industria senzorilor de gaz cu tehnologia semiconductor
Figaro Engineering Inc. este lider mondial producător de senzori de gaz cu peste 300 patente în toată lumea, având peste 30 de ani de experiență în producerea de cei mai inovatori senzori. Senzorii de gaz Figaro sunt dispozitive semiconductoare
metal-oxid ce detectează gaze pe baza creșterii conductivității electrice, atunci când gazele de sesizat sunt absorbite pe suprafața senzorului. Majoritatea senzorilor TGS au compuși din dioxid de staniu sinterizat a căror rezistență la aer curat este foarte mare și scade dramatic, prin reacția chimică de reducere în prezența gazelor combustibile (metan, propan, CO, hidrogen etc), vapori organici volatili (alcool, cetone, esteri, benzoli etc) și multe altele.
Senzorii de gaze Figaro sunt folosiți în echipamente de detectare a gazelor din întreaga lume în domeniul siguranței, sănătății, sisteme de control și instrumente de măsură. Aplicații uzuale ale senzorilor de gaze includ alarme rezidențiale și comerciale / industriale pentru gaze toxice și explozive, verificare de alcool în respirație, control automat pentru cuptoare cu microunde, sisteme de control a calității aerului / ventilație, atât pentru locuințe și automobile.
Principiul de funcționare ce se aplică seriilor TGS8xx, TGS2xxx și TGS3xxx.
În prezența unei atmosfere cu un gaz dezoxidant, scade densitatea de sarcină de suprafață a oxigenului încărcat negativ, deci înălțimea barierei de potențial este redusă, ceea ce scade rezistența senzorului.
Relația dintre rezistența senzorului (Rs) și concentrația (C) de gaz dezoxidant poate fi exprimată, pentru o anumită gamă de concentrație a gazului, prin ecuația: Rs = A[C]–α , unde: A = constantă, α = panta curbei Rs.
Relația nefiind liniară, se vede avantajul sensibilității ridicate a senzorilor cu semiconductoare, chiar la concentrații mici de gaz. Excelenta stabilitate și performanță a senzorului de tip semiconductor oferă lipsa întreținerii, durata mare de viață și detectarea gazelor la un cost mic.
Noii senzori cu peliculă groasă de la Figaro
Introduși la sfârșitul anului 1996, acești senzori sunt primii dintr-o serie de noi senzori de la Figaro, care utilizează tehnici de imprimare cu peliculă groasă, pentru a produce un strat semiconductor bazat pe oxid metalic, care îndeplinește cerințele în schimbare ale pieței de detectoare de gaz. Tehnologia de imprimare cu peliculă groasă face ca acești senzori să ofere:
• Consum redus de energie
• Dimensiuni miniaturale
• Caracteristici mai uniforme
• Cost mic și durată lungă de viață
TGS2610 – Senzor de Gaze Combustibile
Bună sensibilitate și selectivitate la GPL.
Aplicații:
• detectoare și alarme de gaze domestice
• detectoare portabile de gaz
• gaze combustibile și detectoare de vapori
TGS2611 – Senzor de Metan
Bună sensibilitate și selectivitate la gaz metan.
Aplicații:
• alarme pentru pentru detectarea gazului metan în casă
• detectoare portabile de gaz
• detectoare de gaz combustibil
TGS2620 – Senzor de Vapori de Solvenți Organici
Sensibilitate ridicată la alcool și vapori de solvenți organici.
Aplicații:
• testere de alcool portabile
• detectoare / alarme de vapori organici
• detectoare de solvenți pentru fabrici, curățătorii chimice și industrii de semiconductoare
TGS2442 – Senzor de Monoxid de Carbon (CO)
Bună sensibilitate la CO și mică sensibilitate la vapori de alcool.
Aplicații:
• detectoare de CO cu utilizare comercială
• controlul calității aerului
• ventilație în parcare subterană
Figaro oferă module pre-calibrate de senzori de gaze pentru aplicațiile rezidențiale folosind TGS2610 (gaz LP) sau TGS2611 (gaz metan). Modulul este calibrat în fabricație la Figaro, într-o instalație ce controlează umiditatea și temperatura, și include o rezistență de sarcină cu precizie ajustată și un circuit de compensare a temperaturii ambiante. Prin simpla introducere a acestui modul în placa de bază a unui detector de gaz, poate fi realizată o setare de alarmă de încredere, în timp ce se elimină procesul costisitor de calibrare cu gaz.
Caracteristici:
• Pragul de alarmă de 5 ~ 20% LEL (Lower Explosion Limit)
• Fără operații de întreținere
• Conform standardelor UL1484, EN50194
• Îndeplinește cerințele RoHS
• Dimensiuni compacte (27mm × 12,5 mm; 2,5 g)
Modulul FCM6812 folosește senzorul de gaz Figaro TGS6812, de tip senzor
pellistor catalytic care are durabilitate, stabilitate și răspuns rapid la gaz. Calibrat sub control strict în condițiile de mediu la fabricație, acest modul oferă la ieșirea analogică o tensiune proporțională cu concentrația de Hidrogen gaz.
Caracteristici:
• Semnal de ieșire analogic liniar, proporțional cu concentrația de gaz
• Fără operații de întreținere
• Format compact (50mm × 30mm × 24,4mm; 15g)
Aplicații:
• Detectare a scurgerilor de gaz în sistemele de pile de combustie
• Monitorizează concentrația de gaz
Modul Figaro CDM4161a este foarte potrivit pentru monitorizarea concentrației de bioxid de carbon care, într-o cameră închisă, crește foarte repede. Acesta este capabil să măsoare concentrația de CO2 într-o gamă 400-4000 ppm, ceea ce corespunde la o tensiune de ieșire de 0,4-4 V. Modulul are o ieșire de control, care schimbă starea logică după depășirea nivelului de 1000 ppm. CDM4161a nu necesită întreținere, este pre-calibrat în producție, dar are și o posibilitate de “recalibrare” – după aplicarea unui nivel logic High la o intrare de Reset (setare de 400 ppm). CDM4161a poate fi utilizat pentru controlul ventilației, chiar manual – în asociere cu un indicator. O astfel de soluție aduce economii de cheltuieli cu energia (încălzire / aer condiționat), asigurând calitatea aerului din interior.
Senzori în curs de dezvoltare
Figaro Engineering Inc. e sensibil la cererea piaței, oferind tehnologii noi și îmbunătățite de detectare. Lista scurtă prezintă senzori în curs de dezvoltare, cei mai mulți vor fi realizați cu tehnici de imprimare de peliculă groasă, pentru a produce senzori la dimensiuni miniaturale și consum redus de energie:
Controlul de ventilare în autovehicule
• TGS2700 – element de tip senzor dual pentru Benzină și combustibil Diesel, care va asigura controlul automat al ventilației în vehiculele de pasageri.
Detectarea de Gaze Combustibile
• TGS2612 – senzor de vapori de gaze lichefiate LNG & LPG
• TGS2613 – senzor de Hidrogen
Detectarea de Gaz Refrigerant
• TGS2630 – senzor de Freon
ECAS ELECTRO este distribuitor autorizat al produselor Figaro Engineering Inc.
Detalii tehnice și comerciale:
Ing. Gheorghiţă Chirculete
Key Account Sales Manager
gheorghita.chirculete@ecas.ro
www.ecas.ro
www.figarosensor.com
www.figaro.co.jp