|
4.1 Методика измерения мультисенсорных систем.
В данной работе синтезированные массивы наностержней оксида цинка были
исследованы на мультисенсорной системе на базе чипа Karlsruhe. Измерения были
произведены на электроизмерительном стенде в Саратовском государственном
техническом университете имени Гагарина Ю. А.. Схема стенда представлена на
рисунке 4.1. Данный стенд позволяет измерять вольтамперные характеристики
(ВАХ) сенсоров в диапазоне напряжений от -10 до +10 В с сопротивлением до
1 Том. Для точности измерений мультисенсорный чип с газочувствительным слое
помещался в экранированный корпус, а измерительные линии подводились к
корпусу экранированными коаксиальными кабелями. Источником измерительного
117
напряжение являлся управляемый модуль ввода/вывода NI-DAQ USB-6259,
позволяющий производить измерения в диапазоне -10…+10 В с точностью до 0,001
В). Для определения протекающего тока через исследуемый образец использовался
предусилитель тока SRS570, позволяющий преобразовывать силу тока в выходное
напряжение с коэффициентами усиления от 1 мА/В до 1 пА/В. Также, данный стенд
позволяет проводить измерения при повышенных температурах посредством
модуля КАМИНА за счет сформированных на подложке чипа терморезисторов.
Рисунок 4.1. Схема установки для измерения ВАХ сегментов ГМПП. Обозначения: 1 -
герметичная камера с ГМПП; 2 - экранированный корпус; 3 - электромеханический
мультиплексор; 4 - модуль ввода/вывода NI-6259; 5 - шина управления мультиплексором; 6 -
аналоговый выход ± 10 В; 7 - предусилитель тока SRS570; 8 - аналоговый вход; 9 - модуль
КАМИНА; 10 - линия контроля температуры ГМПП; 11 - патрубок камеры 1 для ввода газа
Для измерения мультисенсорных свойств наностержней оксида цинка
использовались
подложки
с
формированными
на
их
поверхности
многоэлектродной системой (рисунок 4.2). Все электроды выполнены из платины
со следующими размерами: ширина дорожки -100 мкм, межэлектродное
расстояние 70-100 мкм.
118
Рисунок 4.2. Устройство ГМПП. а) Мультиэлектродный чип, фронтальная сторона; б)
поперечное сечение чипа; в) тыльная сторона чипа; г) эквивалентная электрическая схема
сенсорных сегментов; д) фотография чипа, разваренного в 50-штырьковый керамический
корпус (Siegert, Швейцария). Обозначения: 1-39 номера электродов из Pt; TR1, TR2 -
платиновые терморезисторы; H1 - H4 платиновые нагреватели; R1 – R38 эквивалентные
хеморезисторы
Кроме набора электродов, на подложке также сформированы платиновые
терморезисторы и нагреватели, позволяющие создавать градиент температуры на
чипе.
Формирование газовых смесей проводилось путем пропускания воздуха через
барботеры содержащие тестовые растворы (рисунок 4.3). Концентрация газа
создавалась посредством разбавления насыщенных паров тестового газа потоком
воздуха, заданным при помощи контроля потока. В качестве источника начального
потока использовался медицинский компрессор OMRON NE-C28. В процессе
измерений общий поток, проходящий через образец, выдерживался одинаковым.
119
Рисунок 4.3. Схема газосмесительной установки. 1 и 2 – контроллер потока Bronkhorst, 3 –
компрессор медицинский; 4 – манометр; 5 –барботёр с тестовым раствором; 7 – выход газа к
измерительной камере с ГМПП
Формирование и контроль газовых потока осуществлялся посредством
контроллеров потока Bronkhorst, с различными значениями пропускания
(контроллер потока 1 – 1000 см
3
/мин, контроллер потока 2 - 100 см
3
/мин),
позволяющими точнее контролировать концентрации паров тестируемого газа.
Камера с газочувствительным элементом является герметичной и имеет патрубок
для отвода газа, тем самым являясь проточной. Выход тестового газа
осуществлялся в вытяжную систему.
Расчет концентраций молекул газа осуществлялся по представленной ниже
формуле:
С =
𝑃
𝑔𝑎𝑠
∗ 𝐹
𝑔𝑎𝑠
𝑃
𝑔𝑎𝑠
∗ 𝐹
𝑔𝑎𝑠
+ (𝑃
𝑎𝑡𝑚
− 𝑃
𝑔𝑎𝑠
) ∗ 𝐹
𝑔𝑎𝑠
+ 𝑃
𝑎𝑡𝑚
∗ 𝐹
𝑎𝑖𝑟
∗ 10
6
где
𝑃
𝑔𝑎𝑠
– давление насыщенных паров жидкости, мм. рт. ст.;
𝑃
𝑎𝑡𝑚
– атмосфермное
давление (760 мм. рт. ст.);
𝐹
𝑔𝑎𝑠
– скорость потока воздуха через барботер, см
3
/мин;
𝐹
𝑎𝑖𝑟
– скорость потока воздуха разбавляющий тестирующий газ, см
3
/мин.
Расчет давления насыщенных паров рассчитывалось следующим образом:
𝑃
𝑔𝑎𝑠
= 10
𝐴−
𝐵
𝐶+𝑇
где A, B, C – табличные параметры аппроксимации; T – температура раствора (в
наших случаях комнатная температура).
120
Do'stlaringiz bilan baham: |
