34. Сенсоры на основе твердых электролитов. Область применения, принцип работы

Применяются для газового анализа и предназначены для определения тех газов, чьи ионы при диссоциации обуславливают проводимость этих проводников. Принцип работы сенсоров состоит в том, что поступающий газ диффундирует через пористый рабочий электрод к границе раздела электрод- твердый электролит, где происходит его диссоциация с образованием ионов, которые под действием электрического поля диффундируют ч/з чувствительный элемент сенсора к другому электроду. Широкое распространение получили сенсорные датчики кислорода на основе ZrO₂, Y₂O₃

С о стороны катода, выполненного либо перфорированным, либо в виде растровой системы, происходит сорбция молекул кислорода, которые диссоциируют с образованием заряженных ионов. Ионы кислорода под действием электрического поля диффундируют ч/з чувствительный элемент к катоду, где разряжаются в виде молекул кислорода. Т.о. ток в измерительной цепи пропорционален содержанию кислорода в исследуемой атмосфере. Поскольку подвижность ионов обычно достаточно низка, то для ее увеличения чувствительные элементы сенсоров нагревают до относительно высоких рабочих температур 750-1100С. Для газового анализа применяются сенсоры на ионных проводниках различных конструкций в т.ч. и работающих при комнатных t-рах. Например, сенсор H₂CONH₃ с чувствительным элементом из протонного проводника состава Sb₂O₅*2H₂O.

3 5 вопрос. Тепловые сенсоры (ТС). Принцип действия осн. на регистрации изменения теплофизических хар-к чувств-ти элемента в рез-те внешнего воздействия(напр хим реакц). Среди ТС наиб распр получ пироэлектрические (ПС) и термокаталитические(Термокат С). Пироэлектричество-явление возникн повер-го заряда у нек кристаллов при применении к ним внешнего теплового воздействия вдоль соот-х кристаллографических направлений. Тепловое воздействие на кристалл вызывает изм-ие его тем-ры , кот приводит к перемещ ионов в решетке, в рез-те чего образуется поверхностный заряд-полож на одной стороне кристалла и отриц на другой. Т.о, скорость изм-я средней тем-ры пироэлектрической структуры опр-ет в-ну возникающего на кристалле заряда и, если пироэлектрический коэф-т мало зав-т от тем-ры, пироэлектр-ий элемент можно исп-ть для контрля потока тепловой энергии. Пироэлектр-е сенсоры явл микрокалориметрами. В кач-ве выходного сигнала в таких датчиках исп-ют изм-ие напряж-я или изм-я тока между электродами. Нагревательный электрод исп-ют для введения в систему регулируемого кол-ва тепла, отсюда линейное изм-ие тем-рыдатчика с некоторой постоянной скоростью. Один из электродов датчика покрывается каt или сделан из активного металла(никель, плетина) для протекания реакции окисления(или термодесорбции) детектируемых газов, в рез-те кот выд-ся или поглощается нек кол-во тепла, что приводит к изменению выходного сигнала. Диф.сигнал (зав-ть сигнала сенсора от времени при линейном нагреве) сод-т всплески, каждый из кот соот-т какой-либо реакции, протекающей на kat при опред темп-ре. Термокат-е сенсоры работают на эффекте изм-я электрофиз св-в чувств-го элемента в процессе нагрева за счет энергии, выд-ся в рез-те каталит-й реак. В данном классе устройств наиб распр-ми явл пеллисторы, или моноэлектродные сенсоры, предст-ипе собой спираль из пластиновой проволоки толщиной 5-25 м км, покрытую слоем керамики, поверх кот нанесен слой катал-ра.

Принцип работы основан на тепловом эффекте катал-го окисления газа на пов-ти катализатора, сопровождающемся изменением темп-ры сенсора и, след-но, сопротивлением платиновой спирали. Разновиднлстью таких сенсоров явл пеллисторы, в кот вместо изолирующего керамического покрытия исп-ся полупроводниковое , шунтирующее витки спирали. В рез-те термоэффекта окисления при воздействии детектируемого газа умен-ся также его сопротивление, что приводит к увел-ию коэф-та шунтирования витков спирали. Примен-ся пеллисторы в мостовых схемах в паре с сенсором сравнения, выполненным без катал-ра. В кач-ве чувст-ых элементов м.б использованы мат-лы, электрофиз-ие хар-ки кот крайне чувчтвительны к малейшим изм-ям тем-ры. Термокаталитические сенсоры методами микротехнологий изготавливаются на базе термопарных батарей, термочувст-х электродов и тд.