Описание сенсора RS. Сенсор RS 286-620 производства RS-Components представляет собой тонкопленочный полупроводниковый датчик для определения загрязненности воздуха. Датчик состоит из нагревателя и тонкопленочного чувствительного элемента. Частицы примесей, содержащиеся в окружающем датчик воздухе, адсорбируются на поверхности чувствительного элемента. Чувствительный элемент, состоящий из полупроводника, при адсорбции на его поверхности примесей приобретает дополнительные донорные или акцепторные уровни в запрещенной зоне. При подаче напряжения на нагреватель датчика температура полупроводника и кинетическая энергия электронов в нем возрастает.
При достижении температурой определенного критического значения доля электронов, способных преодолеть запрещенную зону между верхним краем валентной зоны и энергетическим уровнем примеси-акцептора либо между донорным уровнем примеси и нижним краем зоны проводимости становиться достаточной для обеспечения заметного тока через чувствительный элемент.
При длительном прогреве датчика молекулы примеси испаряются с поверхности чувствительного элемента происходит самовосстановление датчика. Фирмой-изготовителем предлагается определять степень загрязненности воздуха, измеряя проводимость датчика при постоянном значении температуры чувствительного элемента. Тогда может быть установлено соответствие между загрязненностью воздуха и проводимостью датчика. Различные вещества-загрязнители создают примесные уровни в на различном удалении от границы зоны проводимости.
Для забрасывания электронов на эти уровни необходимо по-разному нагреть полупроводник. Кроме того, каждое вещество характеризуется определенной зависимостью адсорбции от температуры поверхности. Поэтому при фиксированной температуре датчика по величине тока через чувствительный элемент, загрязненный тем или иным веществом, можно пытаться судить о том, какое именно вещество адсорбировано на поверхности датчика.
Изменяя температуру датчика в некотором интервале, можно попытаться определить химический состав газовой смеси, окружающей датчик. При более низких температурах проводимость датчика будет обусловлена, в основном, примесями, с уровнями, расположенными ближе к границе запрещенной зоны. С ростом температуры свой вклад в суммарную проводимость примесей, уровни которых более удалены от границы зоны проводимости возрастает.
В процессе работы над прибором проводилось изучение характеристик газового датчика RS 286-620. Датчик имеет следующие характеристики Максимальное напряжение на нагревателе 5 В Максимальное напряжение на сенсоре 5 В Максимальная рассеиваемая нагревателем мощность 0,8 Вт Максимальная температура нагревателя 300 оС Сопротивление нагревателя при Т 20 оС 29,5 Ом Сопротивление нагревателя при Т 300 оС 31,0 Ом Время прогрева датчика от Т 20 оС до Т 300 оС 60 сек Подробные характеристики, схема датчика, и зависимости характеристик нагревателя от температуры приведены в Приложении 7.