Рабочая температура сенсоров газов

Диапазон рабочих температур сенсора является одной из важных характеристик сенсора и согласно нормативных документов он должен находиться в диапазоне -20 — +60⁰С.

Диапазон рабочих температур сенсора следует отличать от оптимальной температуры нагрева пленки ГЧМ. Оптимальная температура нагрева пленки определяется максимальными значениями газочувствительности сенсора к анализируемому газу. Для сенсоров на основе разных ГЧМ и для разных газов температура нагрева пленки ГЧМ может находиться в широком диапазоне — от комнатной до 400−500⁰С. При высоких температурах нагрева в сенсоре возникают большие градиенты температур, что приводит к деградационным процессам и выходу сенсора из строя. В связи с этим разработчики сенсоров стремятся снизить оптимальную температуру нагрева пленки ГЧМ. Актуальным вопросом является разработка неподогревных или малоподогревных сенсоров.

Зависимости поверхностной проводимости (поверхностного сопротивления) или чувствительности сенсоров от температуры имеют немонотонный и в большинстве случаев «колоколообразный» вид. За это отвечают конкурирующие при адсорбции и увеличении температуры процессы — увеличение проводимости зерен нанокристаллических полупроводников и, собственно, скорости адсорбции, с одной стороны, и уменьшение концентрации адсорбированных молекул на поверхности пленки ГЧМ, с другой.

В результате экспериментальных исследований зависимостей проводимости поликристаллического SnO₂ от температуры в присутствии газов-доноров было установлено, что оптимальная рабочая температура соответствует 100⁰С для H₂S, 100−150⁰C для СО, 120−150⁰С для С₂Н₅OН и 300⁰С для СН₄ (рис.7).

Различие в зависимостях проводимости от температуры вызвано различной адсорбционной способностью газов и разным механизмом их взаимодействия с поверхностью SnO₂, что может быть использовано для селективного определения, например, СН₄ на фоне H₂S, СО, С₂Н₅OН. Поэтому с целью повышения селективности и адсорбционной активности проводят легирование полупроводниковых оксидов металлами Pt, Pd, Au, Ru.