Полупроводниковые датчики газа

За долгие годы применения полупроводниковые сенсоры для анализа воздуха зарекомендовали себя, как одни из самых надежных средств измерения состава воздуха. Полупроводниковые сенсоры применяются в самых простых и дешевых газосигнализаторах на угарный газ, метан, водород, аммиак, пропан и целый ряд других менее распространенных газов. Столь широкое распространение, большой спектр измеряемых газов и низкая цена сделали популярным мнение, что полупроводниковые газовые сенсоры имеют невысокое качество и годятся лишь для некачественных газоанализаторов или газосигнализаторов меряющих все подряд, не разделяя состав воздуха на различные составляющие. В действительности сейчас дело так и обстоит, измерительные приборы в которых установлены полупроводниковые сенсоры имеют примитивную схему измерения и измеряют все газы вместе. Популярность таким изделиям приносит только цена, которая порой на порядок или два меньше, чем у аналогичных приборов оснащенных или электрохимическими сенсорами, или оптическими, или термокаталитическими, или фотоионизационными.

Возможно ли селективное определение концентраций различных газов в воздухе при использовании полупроводниковых сенсоров? Первым опытом в данном направлении стало составление матрицы полупроводниковых сенсоров на различные газы, зная матрицу перекрестной чувствительности и имея достаточные вычислительные ресурсы возможно достаточно точное определение концентраций газов находящихся в воздухе. Данный метод оказался хорош только в лабораторных условиях при условии нахождения в газовой смеси строго оговоренных газов, на которую и настроена матрица сенсоров. Недостатком, делающим (на сегодняшний момент) невозможным применение данного метода, является тот факт, что наличие в воздухе компонента не заданного в матрице сенсоров, приводит либо к ошибке при решении матрицы уравнений, либо к невозможности нахождения решения вовсе. Попытки создания системы сенсоров на максимально возможное количество газов, тоже приводят к неутешительным результатам. Отсутствие достоверных данных о перекрестной чувствительности делают результаты данных измерений недостоверными, а большое количество данных требуют вычислительных ресурсов, которые не может предоставить ни один из микроконтроллеров, использующихся в газоанализаторах.

Более прогрессивным является пульсовый метод измерения концентрации. При этом методе в момент прохождения импульса нагрева через сенсор, необходимо считать отклик сенсора именно в момент прогрева чувствительного слоя и на основании полученных данных высчитать полученную энергию от каждой адсорбированной молекулы. Алгоритм обработки достаточно прост, что бы его мог выполнить недорогой микроконтроллер. Полупроводниковыми сенсорами, оптимизированными под данный метод работы, являются TSG2442 Figaro и SGS2140 Эприс. К недостаткам данных сенсоров можно отнести высокое энергопотребление. При динамическом импульсном методе возможна самодиагностика прибора на потерю чувствительности сенсора к газам.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что потенциал полупроводниковых газовых сенсоров далеко не исчерпан. Дальнейшее улучшение качества сенсоров, связанное с улучшением качества используемых материалов и более качественная повторяемость свойств сенсоров, и улучшение алгоритмов обработки результатов, а также низкая цена сенсоров и постоянно уменьшающаяся цена микроконтроллеров, делают полупроводниковые сенсоры одними лучшими по всем характеристикам.