SENZOR SEMICONDUCTOR PENTRU GAZE

1. Principiul de functionare

Senzorii semiconductori pentru gaze sunt produsi din 1968 de firma japoneza Figaro. Structura senzorului este prezentata in figura 1.


Figura 1. Structura interna a senzorului semiconducor (SnO2) pentru gaze.

Senzorul are:

Rezistenta de incalzire aduce senzorul la temperatura optima de functionare pentru gazul care trebuie detectat (de obicei intre 200oC si 400oC). Materialul sensibil la gaz este bioxidul de staniu (SnO2). Pe suprafata granulelor de SnO2 se adsoarbe oxigen din aer care preia electroni mobili din banda de conductie. Bioxidul de staniu, fiind semiconductor de tip "n" cu zona interzisa mare (3,8eV), va fi saracit la suprafata de purtatori de sarcina mobili si din aceasta cauza rezistenta electrica la contactul dintre granule va fi mare. In momentul in care apare un gaz capabil sa se combine cu oxigenul adsorbit, electronii initial legati de oxigen sunt eliberati in banda de conductie, rezistenta electrica a dispozitivului scazand mult. Dependenta conductantei senzorului in functie de concentratia gazului reducator este de tipul:

G = G0 + A·ci

unde: G – conductanta senzorului in prezenta gazului reducator;
        G0 - conductanta senzorului in prezenta aerului curat;
        c – concentratia gazului reducator;
        i - exponent subunitar al concentratiei de gaz (~0,5);
        A – constanta.

Cum conductanta in aer curat (G0) este mica se poate scrie ca :

G ~ c i sau rezistenta electrica = R ~ c-i .

Graficul logaritmului rezistentei electrice in functie de logaritmul concentratiei de gaz reducator este o linie dreapta cu panta "- i":

lnR ~ (– i)·lnc

C (%CH4) R(kW ) lnC lnR
0 867 - 6,765
0,4 150 -0,916 5,011
0,8 97 -0,223 4,575
1,2 69 0,182 4,234
1,6 58 0,470 4,060
2 42 0,693 3,738
4 27 1,386 3,296
6 17 1,792 2,833
8 13 2,079 2,565


Figura 2. Rezistenta senzorului in functie de concentratia de gaz in aer.


Figura 3. Variatia logaritmului rezistentei electrice a senzorului in functie de logaritmul concentratiei de gaz.

2. Dispozitivul experimental

Dispozitivul experimental contine senzorul semiconductor alimentat de la o sursa stabilizata cu tensiune variabila. Rezistenta sa electrica este masurata cu ohmetrul. Concentratia dorita de gaz se realizeaza introducand cu seringa cantitati bine determinate de gaz in vasul de volum cunoscut care acopera senzorul.


Figura 4. Aranjamentul experimental pentru testarea senzorului semiconductor.

3. Modul de lucru

  1. Se alimenteaza stabilizatorul de tensiune, fixandu-se tensiunea de alimentare la 3V.
  2. Se alimenteaza incalzitorul senzorului. Dupa stabilizarea indicatiei ohmetrului se citeste rezistenta electrica.
  3. Se introduce gaz in camera senzorului cu seringa si se citeste valoarea rezistentei electrice.
  4. Se aeriseste camera senzorului si se repeta punctul 3. Cu alta concentratie de gaz. Se doreste obtinerea de concentratii de gaz proportionale cu 1, 2, 5, 10, 20.
  5. Se schimba tensiunea de alimentare si se reiau masuratorile.
4. Analiza rezultatelor

Se reprezinta grafic rezistenta electrica a senzorului in functie de concentratia gazului si logaritmul rezistentei electrice in functie de logaritmul concentratiei gazului. Din ultimul grafic se evalueaza indicele concentratiei:

i = D lnR/D lnc

5. Rezultate experimentale
Nr U c  ln c R Raer/Rgaz ln (Raer/Rgaz) 
crt  (V) (%) - (kW ) - -