Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Gas sensors based on metal oxide nanoparticles and their application for environmentally hazardous gases detection – a mini-review

Jońca Justyna, Sówka Izabela

Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej

|

2023

|

Nr 85

7—27

EN

Hazardous gases have adverse effects on living organisms and the environment. They can be classified into two categories, i.e. toxic gases (e.g. H2 S, SO2 , CO, NO2 , NO and NH3 ) and greenhouse gases (e.g. N2 O, CH4 and CO2 ). Moreover, their presence in confined areas may lead to fire accidents, cause serious health problems or even death. Therefore, monitoring of these substances with gas sensors allows assessing the quality of the atmosphere, helps avoiding accidents and saves lives. Metal oxide semiconductor gas sensors (MOS) are one of the most popular choices for these applications owing to their numerous advantages, i.e. high sensitivity, long lifetime and short response time. However, these devices have their limitations as well. They exhibit baseline drift, sensor poisoning and poor selectivity. Although much has been done in order to deal with those problems, the improvement of MOS sensors continues to attract researchers’ attention. The strict control of gas sensing materials preparation is one of the approaches that helps to improve MOS sensors performance. Nanomaterials have been found to be more suitable candidates for gas detection than materials designed at microscale. Moreover, it was found that the regular and ordered morphology of metal oxide nanostructures, their loading with noble metals, or the formation of heterojunctions can exert additional influence on the properties of these nanostructures and improve their gas sensing performance, which will be described in the following sections of this paper. Following a discussion of the operation principle of MOS sensors, a comprehensive review of the synthesis and application of metal oxide nanoparticles in the construction of the MOS sensors dedicated for environmentally hazardous gases is presented. The paper discusses also present issues and future research directions concerning application of nanotechnology for gas sensing.

PL

Niebezpieczne gazy mają niekorzystny wpływ na organizmy żywe i środowisko. Zaliczamy do nich gazy toksyczne (np. H2 S, SO2 , CO, NO2 , NO i NH3 ), gazy cieplarniane (np. N2 O, CH4 i CO2 ). Co więcej, ich obecność w zamkniętych pomieszczeniach może doprowadzić do pożarów, spowodować poważne problemy zdrowotne, a nawet doprowadzić do śmierci. Monitorowanie tych substancji za pomocą czujników gazowych może pomóc uniknąć wypadków i uratować życie. Półprzewodnikowe czujniki gazowe na bazie tlenków metalu (MOS) są jednymi z najpopularniejszych w tych zastosowaniach ze względu na swoje liczne zalety, takie jak wysoka czułość, długa żywotność i krótki czas odpowiedzi. Urządzenia te mają również swoje ograniczenia, tj. wykazują dryft odpowiedzi w czasie, mogą ulec dezaktywacji i charakteryzują się słabą selektywnością, dlatego nadal prowadzone są badania nad poprawą parametrów czujników MOS. Ścisła kontrola procesu przygotowania materiałów czułych jest jedną z metod pozwalających na poprawę wydajności czujników MOS. Stwierdzono, że nanomateriały są bardziej odpowiednie do wykrywania gazów niż ich odpowiedniki zaprojektowane w mikroskali. Stwierdzono również, że regularna i uporządkowana morfologia nanostruktur tlenków metali, pokrywanie ich nanocząstkami metali szlachetnych lub tworzenie heterozłączy może poprawiać skuteczność wykrywania gazów. W przedstawionej pracy dokonano przeglądu metod syntezy i zastosowania nanocząstek tlenków metali w konstrukcji czujników gazów niebezpiecznych dla środowiska. W artykule omówiono również aktualne problemy i przyszłe kierunki badań nad zastosowaniem nanotechnologii do detekcji gazów.

2

Carbon nanomaterials based chemiresistive gas sensors

Wróbel Paweł S., Kordyka Aleksandra, Bachmatiuk Alicja, Pusz Sławomir, Hercog Anna, Szabo Ondrej, Potocký Ŝtěpán

Engineering of Biomaterials

|

2021

|

Vol. 24, no. 163

75

3

Finite Element Analysis of SAW Sensor with ZnO Substrate for Dichloromethane (DCM) Gas Detection

Moustafa Mohamed, Laouini Ghaylen, Alzoubi Tariq

Archives of Acoustics

|

2021

|

Vol. 46, No. 3

419--426

EN

A SAW gas sensor based on Zinc Oxide (ZnO) piezoelectric substrate is simulated and evaluated for the detection of the dichloromethane (DCM) volatile organic compound (VOC). The study is performed based on the finite element method (FEM) using COMSOL Multiphysics software. The obtained device response using the ZnO substrate is compared to the one using the typical lithium niobate (LiNbO3) piezoelectric substrate. A thin film of polyisobutylene (PIB) membrane is selected to act as the sensing layer. The obtained results reveal a linear behaviour of the resonance frequency downshift (i.e., the sensor sensitivity) versus the investigated gas concentrations varying from 10 ppm to 100 ppm of DCM gas. Additionally, the sensor response is investigated by applying several thicknesses of PIB ranging from 0.3 µm to 1.0 µm. The observed sensor response shows less dependence on the PIB thickness using the ZnO substrate than the LiNbO3 one.

4

Gas sensors based on conducting polymers – recent developments

Dunst K., Jasiński P.

Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne

|

2018

|

T. 23

73--80

EN

This work discusses sensing performance dependence of PEDOT polymer and its composites on the counter ions used in the polymerization process. The sensors based on PEDOT-RGO composite show reversible response to NO2, while on PEDOT/LiClO4 irreversible. As a result, PEDOT-RGO could be used as a typical gas sensor, while sensor based PEDOT/LiClO4 could be used as an integrating gas sensor, also known as an accumulating gas sensor. The irreversible nature of the response occurs also in the case of polypyrrole/LiClO4. The nature of PPy response to toxic gases does not allow using the sensor in a conventional way. However, the information about the concentration could be acquired from the response using a linear approximation, a non-linear approximation and a tangent method.

PL

Szybkie wykrywanie śladowych ilości toksycznych gazów w niedostatecznie wentylowanym środowisku jest niezbędne do skutecznej ochrony ludzkiego życia i mienia. Ochrona taka wymaga czujników zdolnych do wykrywania małych ilości gazu w krótkim czasie. Ostatnio wiele uwagi poświęca się nanotechnologii z użyciem polimerów przewodzących (CP) ze względu na ich właściwości fizyczne i chemiczne. Pomimo tych zalet, czujniki takie wciąż wymagają badań, które prowadzą do poprawy ich właściwości i umożliwią powszechne stosowanie. Użycie polimeru oraz tlenku grafenu/redukowanego tlenku grafenu, a także kompozytu polimer/RGO zmienia sposób działania czujnika i jego zastosowanie. Wielu naukowców wciąż sprzecza się co do roli polimerów oraz tlenku grafenu/redukowanego tlenku grafenu w czujnikach wykorzystujących kompozyt polimeru z GO/RGO. Wyjaśnienie tego stanowi wciąż duże wyzwanie. W artykule porównano różne zastosowania warstw polimerowych w zależności od użytego polimeru, a także w zależności od zastosowanej domieszki. Czujnik na bazie kompozytu PEDOT-RGO wykazuje odwracalną odpowiedź w obecności gazu NO2 i może zostać użyty jako tradycyjny czujnik gazu. Nieodwracalna natura odpowiedzi czujnika PEDOT-LiClO4 może być wykorzystana w zastosowaniu miernika całkowitego przepływu gazu NO2. Informacja o stężeniu gazu w przypadku czujnika PPy-LiClO4 może zostać wydobyta z użyciem aproksymacji liniowej, nieliniowej i metody tangensa.

5

System do badania wpływu wilgotności na czujniki gazów

Jabłoński K.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2018

|

Nr 59

61--64

PL

Czujniki gazów są bardzo istotnym elementem wielu instalacji przemysłowych – nie tylko jako elementy bezpośredniej kontroli i obserwacji procesów chemicznych, ale także jako kluczowy komponent systemów bezpieczeństwa. Istotne jest więc zapewnienie odpowiednich parametrów metrologicznych tego typu sensorów, w tym odporności na działanie czynników zewnętrznych. Jednym z czynników mogących silnie wpływać na pomiary stężenia gazu jest jego wilgotność. Niniejszy artykuł przedstawia projekt i konstrukcję urządzenia pozwalającego na regulację wilgotności mieszanek kalibracyjnych gazów, a także jego testy i przeprowadzone z jego pomocą badania czujników katalitycznych i z absorpcją podczerwieni, dowodzące użyteczności zbudowanego prototypu w roli sprzętu laboratoryjnego.

EN

Gas sensors are significant elements of many plants in industry. They do not only serve as indicators and elements of control loops in chemical processes, but also are the main part of the safety systems. In many situations a gas sensor is the first line of defence against leakage of dangerous substances. Therefore, ensuring its appropriate metrological parameters is crucial. The fact that sensors should not be sensitive to environmental parameters is very important. Unfortunately, influence of air humidity, which can strongly affect measurements, is difficult to measure. This paper proposes a system for preparation of gas mixtures with specific relative humidity. It allows to examine the reaction of gas sensors to changes of vapour concentration in calibration gases. One of assumptions of this project was low cost of manufacturing the system and simple, modular construction. The design, construction and examination of the device are presented. The exemplary tests of catalytic sensors and infrared sensors are also described. The accuracy and practical utility of the system were proved by results of conducted research.

6

Koncepcja rozproszonego systemu kontroli zanieczyszczeń powietrza bazującego na technologii Internetu Rzeczy

Bogacz R., Krupanek B.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2018

|

Nr 59

13--16

PL

Zanieczyszczenie powietrza, to coraz poważniejszy problemem. Jednym z rozwiązań mogących wpłynąć na poprawę jakości powietrza jest ciągłe monitorowanie jego stanu. W celu wykrycia źródeł zanieczyszczeń należy kontrolować podstawowe parametry składu powietrza na rozległym terenie. Rozwiązaniem problemu może być użycie technologii Internetu Rzeczy. Rozproszona sieć czujników pomiarowych monitorujących stan powietrza w sposób ciągły komunikująca się z Internetem w sposób bezprzewodowy umożliwi przekazywanie na bieżąco informacji o rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń. W artykule przedstawiono koncepcję rozproszonego systemu do kontroli stanu powietrza.

EN

Air pollution is an increasingly serious problem. One of the ways to improve air quality is to constantly monitor its condition. In order to detect pollution sources, it is necessary to control the basic parameters of air composition on a large area. The solution to the problem may be the use of Internet of Things technology. A distributed network of sensors that communicates with the Internet in a wireless way will enable the transmission of information on the spread of pollution on an ongoing basis. The article presents the concept of a distributed system for air condition monitoring.

7

Review of Surface Acoustic Wave Sensors for the Detection and Identification of Toxic Environmental Gases/Vapours

Panneerselvam G., Thirumal V., Pandya H. M.

Archives of Acoustics

|

2018

|

Vol. 43, No. 3

357--367

EN

Detection and identification of toxic environmental gases have assumed paramount importance precisely in the defense, industrial and civilian security sector. Numerous methods have been developed for the sensing of toxic gases in the environment ever since surface acoustic wave (SAW) technology came into existence. Such SAW sensors called electronic nose (E-Nose) sensor use the frequency response of a delay line/resonator. SAW device is focused and given importance. The selective coating between input and output interdigital transducers (IDTs) in the SAW device is responsible for corresponding changes in operating frequency of the device for a specific gas/vapour absorbed from the environment. A suitable combination of well-designed SAW delay lines with selective coatings not only help to improve sensor sensitivity and selectivity but also leads to the minimization of false frequency alarms in the E-Nose sensor. This article presents a comprehensive review of design, development, simulation and modelling of a SAW sensor for potential sensing of toxic environmental gases.

8

Organiczne tranzystory polowe jako czujniki gazów

Franz M., Godlewski J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2017

|

Vol. 58, nr 3

23--27

PL

Artykuł przedstawia zasadę działania, podstawowe parametry oraz charakterystyki prądowo-napięciowe organicznych tranzystorów polowych (OFET) oraz możliwości wykorzystania tych urządzeń jako czujników gazów. Przedstawiono zasadę działania czujników gazów wykorzystujących OFET, a także potencjalne możliwości aplikacyjne tych urządzeń. Praca przedstawia ponadto przegląd najnowszych doniesień literaturowych dotyczących organicznych tranzystorów polowych jako czujników gazów.

EN

The article presents the operating principle, the basic parameters and the current-voltage characteristics of organic field effect transistors (OFET) also the possibilities of using these devices as gas sensors are described. The working principles of OFET-based gas sensors are discussed in detail, as well as the potential application of these devices. The work also presents an overview of the latest reports on organic field effect transistors as gas sensors.

9

Deposition of Polymer Sensor Films on SAW Surface by Electrospraying Technology

Jasek K., Pasternak M., Grabka M., Neffe S., Zasada D.

Archives of Acoustics

|

2017

|

Vol. 42, No. 3

507--513

EN

One of the most important problems with regard to the Surface Acoustic Wave (SAW) gas sensors technology is the deposition of chemosensitive films exhibiting desirable chemical and physical properties. The electrospraying technology seems to be a very promising method of the film deposition in this case. It allows the chemosensitive layers to be obtained out of almost any chemicals and their mixtures in a controllable way. The process gives the possibility to generate specific films with properties unattainable if other methods were to be applied. For example, it allows to deposit solutions of polymers and suspensions of solids in polymer solutions which can degrade in the process of thermal evaporation deposition. The paper describes the results of experiments with electrospraying technique in order to obtain Nafion® films. The influence of the process parameters on film sensitivity has been studied.

10

Detection of Gaseous Compounds with Different Techniques

Mikołajczyk J., Bielecki Z., Stacewicz T., Smulko J., Wojtas J., Szabra D., Lentka Ł., Prokopiuk A., Magryta P.

Metrology and Measurement Systems

|

2016

|

Vol. 23, nr 2

205--224

EN

Sensing technology has been developed for detection of gases in some environmental, industrial, medical, and scientific applications. The main tasks of these works is to enhance performance of gas sensors taking into account their different applicability and scenarios of operation. This paper presents the descriptions, comparison and recent progress in some existing gas sensing technologies. Detailed introduction to optical sensing methods is presented. In a general way, other kinds of various sensors, such as catalytic, thermal conductivity, electrochemical, semiconductor and surface acoustic wave ones, are also presented. Furthermore, this paper focuses on performance of the optical method in detecting biomarkers in the exhaled air. There are discussed some examination results of the constructed devices. The devices operated on the basis of enhanced cavity and wavelength modulation spectroscopies. The experimental data used for analyzing applicability of these different sensing technologies in medical screening. Several suggestions related to future development are also discussed.

11

Wybrane zastosowania spektroskopii absorpcyjnej

Wojtas J., Bielecki Z., Stacewicz T., Tkacz A., Prokopiuk A., Magryta P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2016

|

Vol. 57, nr 9

58--61

PL

W artykule scharakteryzowano wybrane techniki laserowej spektroskopii absorpcyjnej. Szczególną uwagę zwrócono na układy, w których stosuje się komórki wieloprzejściowe, modulację długości fali oraz wnęki optyczne. Przedstawiono przykładowe wyniki badań prowadzonych w zakresie opracowania optoelektronicznych sensorów gazów do wykrywania biomarkerów chorób w ludzkim oddechu. Zademonstrowano sensory, których granica wykrywalności wyniosła od 0,3 ppb do 200 ppm.

EN

The article describes selected techniques of laser absorption spectroscopy. Particular attention was paid to systems using multi-pass cells, wavelength modulation process and optical cavities. Examples of the research results related to development of the optoelectronic gas sensors designed to disease biomarkers detection in the human breath were presented. Demonstrated sensors are characterized by the detection limit from 0.3 ppb to 200 ppm.

12

Perovskite La1-xSrxFeO3 Thin Films Deposited by Laser Ablation Process

Cyza A., Cieniek Ł., Kopia A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

1063--1067

EN

The aim of the research was to investigate the influence of strontium on the structure of thin films La1-xSrxFeO3 (x = 0; 0,1; 0,2). The LaFeO3 and Sr-doped LaFeO3 films were produced by pulsed laser deposition (PLD) on Si (100) substrate using the Nd-YAG (λ = 266 nm) laser. SEM, AFM and XRD methods were used to characterize the structure and morphology of the thin films. X-Ray Diffraction analysis showed only the LaFeO3 phase in the undoped thin film and the La0.9Sr0.1O3 and La0.8Sr0.2O3 phases in thin films doped by Sr. The mean crystallite size, calculated by Williamson-Hall method, was smaller (of the order of 18 nm) in films doped by Sr. SEM analysis showed small droplets in thin films doped by Sr. Highly developed surface layer was observed using the AFM microscope for thin films doped by Sr.

13

Correction of gas sensor dynamic errors by means of neural networks

Roj J., Urzędniczok H.

Measurement Automation Monitoring

|

2015

|

Vol. 61, No. 12

538--541

EN

The paper presents a method based on artificial neural network (ANN) technique applied for correction of dynamic error of gas concentration measuring transducer. Its response time is about 8 minutes. The results obtained in the research of this transducer were used for learning and testing ANN, which were implemented in the dynamic correction task. The described method allowed for significant reduction of the transducer’s response time – the output signal was practically fixed after a time equal to one sampling period of output signal provided that the stimulus is a step function. In addition, the use of ANN allows reducing the impact of the transducer dynamic non-linearity on the correction effectiveness.

14

A calibration model for gas sensor array in varying environmental conditions

Kalinowski P., Murawka K., Koc K., Jasiński P., Jasiński G.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2015

|

Vol. 56, nr 3

43-45

EN

Gas-analyzing systems based on gas sensors, commonly referred to as electronic noses, are the systems which enable the recognition of volatile compounds in their working environment and provide the online results of analysis. The most commonly used type of sensors in such systems is semiconductor gas sensors. They are considered to be the most reliable in the long-term applications (more than 1 year), however, their signal tends to drift. Instability of semiconductor gas sensors is one of the most challenging issues to solve in order to get reliable e-nose systems. There are a few causes of drift phenomenon, like i.e. sensors poisoning or aging. On the other hand, drift-like effects are also connected with the influence of environmental parameters such as temperature, humidity or the parameters connected with measurement systems - such as gas flow rate in sensors measurement chamber. In the case of devices for air-quality monitoring, which are exposed to varying environmental conditions it is crucial to develop the robust sensor signals processing system, which is insensitive to the variation of environmental conditions. In this article we present the calibration model for an array of four semiconductor sensors which is able to eliminate the influence of temperature and gas flow rate effect from the sensor responses.

PL

Systemy rozpoznawania lotnych związków oparte na czujnikach gazu umożliwiają identyfikację składu mierzonej mieszaniny gazowej w środowisku pracy i zapewniają uzyskanie wyników w czasie rzeczywistym. Najczęściej wykorzystywanym w takich urządzeniach typem czujników są półprzewodnikowe rezystancyjne czujniki gazu. Pomimo faktu, że czujniki półprzewodnikowe są uważane za najbardziej stabilne i niezawodne, występuje w nich zjawisko dryftu. Istnieje kilka przyczyn tego zjawiska, jak np. starzenie się, bądź zatrucie czujnika. Dryft sygnału jest również związany z wpływem czynników takich jak temperatura, wilgotność bądź prędkość przepływu gazu w komorze pomiarowej. W przypadku urządzeń służących do monitoringu jakości powietrza, niezbędne jest uwzględnienie wpływu tych czynników i eliminacja dryftu z nimi związanego. W artykule przedstawiono propozycję modelu kalibracyjnego dla matrycy czterech półprzewodnikowych czujników gazu, który umożliwia eliminację dryftu związanego z wpływem czynników środowiskowych.

15

Optical investigations of ZnO layers affected by some selected gases in the aspect of their application in optical gas sensors

Struk P., Pustelny T., Gołaszewska K., Borysiewicz M. A., Piotrowska A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 4

829--836

EN

The paper presents the results of investigations of zinc oxide (ZnO) layers as a potential sensing material, being affected by certain selected gaseous environments. The investigations concerned the optical transmission through thin ZnO layers in wide spectral ranges from ultraviolet to the near infrared. The effect of the gaseous environment on the optical properties of zinc oxide layers with a thickness of ~ 400 nm was analyzed applying various technologies of ZnO manufacturing. Three kinds of ZnO layers were exposed to the effect of the gaseous environment, viz.: layers with relatively slight roughness (RMS several nm), layers with a considerable surface roughness (RMS some score of nm) and layers characterized by porous ZnO structures. The investigations concerned spectral changes in the transmission properties of the ZnO layers due to the effect of such gases as: ammonia (NH3), hydrogen (H2), and nitrogen dioxide (NO2) in the atmosphere of synthetic air. The obtained results indicated the possibility of applying porous ZnO layered structures in optical gas sensors.

16

Application of quantum cascade lasers to trace gas detection

Bielecki Z., Stacewicz T., Wojtas J., Mikołajczyk J.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 2

515--525

EN

The potential of Quantum Cascade Laser technology has been recently harnessed in industry, medicine and military to create a range of original infrared gas sensors. These sensors have opened up many new applications due to compact size, excellent sensitivity, robust construction and low power requirements. They rely on infrared absorption spectroscopy to determine identity and quantity of gases. The measurement of these gases has relied on different technologies including multi-pass spectroscopy, photoacoustic spectroscopy, cavity ring down spectroscopy, and their various modifications. In this review paper some technologies are described in terms of its advantages/disadvantages in many application. The results of own works about methane, ammonia, nitric oxide, nitrous oxide, and carbonyl sulfide detection are presented as well.

17

Automated system for fluctuation enhanced gas sensing

Trawka M., Smulko J., Hasse L.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 40

133--136

EN

Resistance gas sensors exhibit random phenomena (resistance noise) which can be utilized to improve gas sensitivity and selectivity. That new emerging technique has to be investigated to recognize optimal parameters for gas detection. It means that a measurement system has to have ability of numerous parameters adjustment (e.g., sampling frequency, heater voltage, polarization current, voltage noise amplification). That fact induced design of a new setup which limits a number of external power sources and reduces time of gas sensors characterization. The newly prepared system comprises two digitally controlled voltage and current sources, and a control unit to select polarization current of the investigated gas sensor. The system is controlled by the dedicated PC software used for data acquisition and communication. The system allows characterizing of prototype gas sensors having a very high resistance, up to tens of M?. Additionally, the measured sensors can be irradiated by the UV diode to induce photocatalytic effect influencing their gas sensing properties. All these operation have been automated. An every action is automatically logged and state of the system is visualized using windows PC environment. Output files are batch-processed by means of commercial software, such as MATLAB®. Additionally, some exemplary results of recent experimental data for selected gas sensors, such as their noise spectra at various sensors temperatures has been presented.

PL

W rezystancyjnych czujnikach gazu występują zjawiska losowe (np. szumy rezystancji), które mogą być wykorzystane do poprawy czułości i selektywności detekcji gazu. Aplikacja tej stosunkowo nowej techniki wymaga przeprowadzenia badań w celu ustalenia optymalnych parametrów detekcji gazów, co oznacza, że system pomiarowy powinien posiadać możliwość zmiany szeregu parametrów (np. częstotliwości próbkowania, napięcia grzałki, prądu polaryzacji, wzmocnienia napięcia szumów). Implikowało to konieczność zaprojektowania systemu z ograniczoną liczbą zewnętrznych źródeł zasilania i minimalizacji czasu charakteryzowania czujników gazu. Zbudowany system zawiera dwa cyfrowo sterowane źródła prądu i napięcia oraz układ sterujący wyborem prądu polaryzacji badanego czujnika gazu. System jest sterowany z komputera PC za pomocą opracowanego, dedykowanego oprogramowania i umożliwia charakteryzowanie prototypowych czujników gazu o rezystancji aż do dziesiątek M?. Czujnik może być ponadto poddany promieniowaniu przez diodę UV w celu wywołania efektu fotokatalizy, co wpływa na czułość detekcji gazu. Wszystkie wymienione czynności zostały zautomatyzowane w jak największym stopniu. Wszystkie wykonywane operacje są automatycznie rejestrowane, a aktualny stan systemu jest wizualizowany w postaci graficznej na monitorze PC. Pliki wyjściowe są przetwarzane wsadowo przy wykorzystaniu komercyjnego software’u takiego jak MATLAB®. Ponadto, przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów uzyskane przy wykorzystaniu zaprojektowanego automatycznego stanowiska pomiarowego.

18

Metody charakteryzacji grafenu wykorzystywanego w sensorowych układach rezystancyjnych

Drewniak S., Pustelny T., Strupiński W., Pasternak I., Opilski Z.

Prace Naukowe Politechniki Śląskiej. Elektryka

|

2014

|

z. 2-3

63--72

PL

Zanieczyszczenie środowiska pociąga za sobą konieczność monitoringu wybranych atmosfer gazowych. W niniejszym artykule zostaną przedstawione wyniki charakteryzacji warstwy gazoczułej (grafenu) w rezystancyjnym czujniku cienkowarstwowym, pozwalającym wykrywać niskie zawartości wodoru oraz dwutlenku azotu w atmosferze powietrza syntetycznego. Zostaną przedstawione m.in. obrazy topografii powierzchni oraz widma ramanowskie struktury. Analizowane będą zmiany, jakie zachodzą w strukturze (obserwowane na widmach ramanowskich) pod wpływem jej kontaktu z atmosferą zawierającą 3% wodoru.

EN

The environmental pollution entails the monitoring of selected gas atmospheres. In this paper, the results of characterization the thin film resistance sensor (characterization of grapheme - sensitive layer) will be presented. Such sensor can detect the hydrogen and nitrogen dioxide in the atmosphere of synthetic air at a very low level. There will be presented, among others, the images of topography and raman’s spectras of the structures. There will be analyzed changes which occure in the structure (observed at the Raman’s spectra) due to its contact with the atmosphere containing 3% hydrogen.

19

Uproszczona metoda kalibracji przetworników do pomiaru stężenia gazów z czujnikami półprzewodnikowymi rezystancyjnymi

Urzędniczok H.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 5

269--271

PL

W artykule opisano wyniki badań zmian czasowych typowego półprzewodnikowego rezystancyjnego czujnika gazów przeprowadzone w odstępie dwóch lat. Ze względu na znaczne zmiany charakterystyk, konieczna jest częsta kalibracja przetworników z takimi czujnikami. Opisano skrótowo metodę wyznaczania współczynników modelu odwrotnego uwzględniającego podstawowe wielkości wpływające. Wykazano, że pomimo znacznych zmian charakterystyk czujnika z upływem czasu, nie jest konieczna pełna ponowna kalibracja. Możliwa jest kalibracja uproszczona, zmierzająca do wyznaczenia mniejszej liczby współczynników niż liczba współczynników modelu pierwotnego. Pozwala to znacznie ograniczyć czasochłonność i pracochłonność kalibracji, co ma istotne znaczenie w przypadku przetworników do pomiaru stężenia gazów będących w ciągłej eksploatacji.

EN

A very important feature of the resistive semiconductor gas sensors is ageing effect, sometimes very considerable. From a practical point of view, this results in the need for frequent calibration of gas concentration (C) measuring transducers equipped with such sensors. Calibration is typically laborious and time-consuming, due to the long response times of sensors [2], and to the impact of influence quantities (mainly temperature T and humidity H [3, 4]). The results of studies of temporal changes of a typical SnO2 based gas sensor carried out at an interval of two years are described in this paper. They indicate the possibility of a simplified calibration when the previously calibrated transducer is recalibrated after a long period of operation. Determination of all the coefficients of the complete model (formula 1), which allows the calculation of the measurement result, requires at least nine points of calibration in space (C, T, H). The simplification consists in the introduction of four additional correction factors determined in each recalibration, which allows scaling the output voltage of the converter according to the formula 4. The nine main coefficients in model (1), which was determined in the first calibration, remain constant. As a result, it is enough to recalibrate four points in space (C, T) instead nine points. The comparison of characteristics of Figure 5 shows that the proposed method is effective.

20

Numeryczna korekcja dynamiki półprzewodnikowych czujników gazów

Urzędniczok H.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 2

80--82

PL

W artykule przedstawiono metodę oraz wyniki badań właściwości dynamicznych typowego półprzewodnikowego rezystancyjnego czujnika gazów. W oparciu o uzyskane wyniki zaproponowano model dynamiczny czujnika, wyznaczono jego współczynniki oraz przedstawiono dopasowaną do tego modelu numeryczną procedurę korekcji dynamicznej zapewniającą istotne skrócenie czasu odpowiedzi przetwornika do pomiaru stężenia gazu. Pokazano skuteczność zaproponowanej metody korekcji.

EN

Solid state gas sensors have generally disadvantageous dynamic properties - their response time can reach several minutes or more. This is due to the fact that the chemical adsorption phenomena in the sensitive layer occur relatively slowly [1, 2]. In many measurement applications such a long response time is not acceptable. It is necessary to apply effective methods of dynamic correction. This paper presents a method and results of investigations of the dynamic properties of a typical semiconductor gas sensor with tin sensing layer. A numerical correction method is proposed, too. There were determined responses of the sensor to step changes in gas concentration by means of a measuring system shown schematically in Fig. 2. The results (see Figs. 3, 4 and 5) show that the first order inertia may be sufficient as an averaged dynamic model of the sensor. With respect to this model, the dynamic correction method is proposed. The procedure is illustrated in Fig. 6, and the calculation method is given in formula (3). Shortening of the step response time is expressed by the coefficient  (0, 1). Examples of application of that algorithm to reproduce the abruptly and sinusoidally varying gas concentration are shown in Figs. 7 and 8 ( was assumed equal to 1/3, which was the postulated 3-fold reduction of the step response time). The waveforms confirm the effectiveness of the proposed dynamic correction method.