مبدأ عمل وتطبيق مستشعر الغاز شبه الموصل

مبدأ عمل وتطبيق مستشعر الغاز شبه الموصل

تحتل أجهزة استشعار الغاز مكانة مهمة في الرصد البيئي.

توجد حاليًا العديد من الطرق والأساليب لمراقبة أجهزة استشعار الغاز، بما في ذلك: الطريقة الكهروكيميائية، والكروماتوغرافيا الغازية، وطريقة التوصيل الحراري، وطريقة امتصاص الأشعة تحت الحمراء، وطريقة الاحتراق التلامسي، وطريقة الكشف عن الغاز باستخدام أجهزة استشعار أشباه الموصلات، وطريقة الألياف الضوئية، وما إلى ذلك. ومع ذلك، من وجهة نظر نطاق التطبيق وشيوع المواد وجدواها العملية، فإن استخدام أجهزة استشعار الغاز المصنوعة من أشباه الموصلات يشغل بلا شك نصف أجهزة استشعار الغاز.

أولاً، ما هو مستشعر الغاز المصنوع من أشباه الموصلات؟

لفهم ماهية مستشعر أشباه الموصلات بالتفصيل، يجب علينا أولاً أن نعرف ما هو شبه الموصل.

أشباه الموصلات هي مواد تتميز بموصلية كهربائية تقع بين الموصلات والعوازل عند درجة حرارة الغرفة. تُستخدم أشباه الموصلات في الدوائر المتكاملة، والإلكترونيات الاستهلاكية، وأنظمة الاتصالات، وتوليد الطاقة الكهروضوئية، وتطبيقات الإضاءة، وتحويل الطاقة عالية القدرة، وغيرها من المجالات. على سبيل المثال، الصمام الثنائي هو جهاز مصنوع من أشباه الموصلات. سواء من منظور التكنولوجيا أو التنمية الاقتصادية، فإن أهمية أشباه الموصلات هائلة.

ثانيًا، تصنيف أجهزة استشعار أشباه الموصلات

تشمل أجهزة الاستشعار المصنوعة من أشباه الموصلات أجهزة استشعار الغاز غير المقاومة وأجهزة استشعار الغاز المقاومة.

1. تستخدم أجهزة استشعار الغاز غير المقاومة بشكل أساسي بعض التأثيرات الفيزيائية وخصائص الجهاز للكشف عن الغازات، مثل خصائص الفولت أمبير لثنائيات شوتكي وتغير جهد العتبة لترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية.

2. يستخدم مستشعر الغاز المقاوم تغير المقاومة للكشف عن تركيز الغاز. يتميز هذا النوع من المستشعرات بحساسية عالية، وسهولة التشغيل، وصغر الحجم، وانخفاض التكلفة، وسرعة الاستجابة والتعافي، وغيرها. معظم مستشعرات الغاز شبه الموصلة الشائعة في السوق هي مستشعرات غاز مقاومة.

3. مبدأ عمل مستشعر الغاز شبه الموصل

في الفراغ (عند انعدام أي تداخل خارجي)، توجد العديد من الإلكترونات داخل مادة أشباه الموصلات القادرة على توصيل الكهرباء. عند ملامسة شبه الموصل للهواء، يمتص الأكسجين، فتُحتجز هذه الإلكترونات وتُثبّت. لنأخذ مراقبة غاز الميثان كمثال: في هذه الحالة، إذا لامس شبه الموصل غازًا مثل الميثان، يتفاعل الميثان مع الأكسجين، فتستعيد الإلكترونات التي احتجزها الأكسجين حريتها وتعود إلى شبه الموصل، مما يُحسّن توصيله الكهربائي. هذه العملية هي عملية تبادل للإلكترونات بين الأكسجين وأشباه الموصلات. عندما تُثبّت الإلكترونات بواسطة الأكسجين، تزداد مقاومة شبه الموصل؛ وعندما يتفاعل الميثان مع الأكسجين، تعود الإلكترونات إلى شبه الموصل، فتنخفض مقاومته. يرتبط تغير المقاومة بتركيز الميثان، ويمكن معرفة محتوى الميثان المقابل بقياس تغير مقاومة شبه الموصل.

رابعاً: ما هي المواد المناسبة لأجهزة استشعار الغاز شبه الموصلة؟

1. يسهل الحصول على المواد الخام؛

2. يتميز بقدرة امتصاص جيدة للأكسجين والغاز المستهدف عند درجات حرارة منخفضة، وكلاهما يتمتع بقدرة جيدة على التفاعل الكيميائي، ويتفاعلان عند هذه الدرجة. كما يتميز المنتج بقدرة جيدة على الإزالة.

3. بعد تشكيله مع مواد مساعدة أخرى، يتمتع بتوافق جيد، واستقرار كيميائي، وموصلية كهربائية مناسبة للعيوب الدقيقة.

المواد الشائعة التي تستوفي هذا الشرط هي ثاني أكسيد القصدير، وأكسيد التنجستن، وأكسيد الإنديوم، وميتاستانات الزنك، وما إلى ذلك.

خامساً، الآفاق المستقبلية لأجهزة استشعار الغاز المصنوعة من أشباه الموصلات

من بين فئات مستشعرات الغاز العديدة، تُعدّ مستشعرات أشباه الموصلات من أكثرها واعدة. ويعود ذلك إلى بساطة مبدأ عملها وعملية استشعارها، حيث يُمكن تحويل معلومات الغاز إلى إشارة كهربائية في خطوة واحدة؛ بالإضافة إلى استقرار ناقل الاستشعار؛ وانخفاض تكلفتها نسبيًا. لا تُوفّر هذه الخصائص مسارًا واضحًا وفرصةً سانحةً لتطويرها فحسب، بل تُؤمّن أيضًا جدوى اقتصادية لتطبيقها على نطاق واسع في المستقبل.

هل أنت قلق بشأن إيجاد حل لمشكلة نظام الاستشعار لديك؟ انقر على "ريكا سينسورز" للعثور على شركة رائدة في مجال حلول أنظمة الاستشعار لمراقبة البيئة، تقدم منتجات عالية الجودة.

تتمثل مهمة شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة في تقديم رعاية وخدمات عالية الجودة لأعضائنا وتحقيق الربحية في هذه العملية.

تتمثل مهمة شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة في تزويدكم بميزة متميزة للأعضاء/العملاء تساعدكم على تحقيق أهداف مؤسستكم.

ما اكتشفته شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة هو أن الابتكار يحدث عندما تتوافق نماذج الأعمال مع واحد أو أكثر من حلول أجهزة الاستشعار حيث تتداخل التطورات التكنولوجية مع احتياجات السوق، مما يؤدي إلى النمو والتحول.