石英晶体化学传感器主要用于测量质量、浓度、密度、气味等,较有代表性的有石英晶体密度传感器、石英晶体振荡式水分仪、石英晶体浓度传感器、石英晶体气味鉴别传感器等。 a石英晶体密度传感器 这种传感器是根据石英晶体的谐振频率随被检测物体密度的大小而变化(低气压时空气密度比大气密度低一个数量级以上)的原理制成的。目前研制的石英晶体密度传感器有活塞式、膜片式和金属膜式等。一般采用10kHz音叉晶体,测量范围为290Pa~930Pa,灵敏度为1%,密度变化率为-17%~26.7%。
b石英晶体振荡式水分仪 根据石英晶体的物理化学特性和压电效应原理制成的石英晶体振荡式水分仪,其振荡频率与感湿膜的吸附重量成反比。石英晶体的频率变化量Δf=-2.3×106f2ΔM/A,式中,ΔM为薄膜感应到水分的重量,f为石英晶体的频率,A为薄膜面积。根据重差ΔM和频差Δf设计的数模测量电路,可用数字显示出水分浓度的含量。 一般采用的石英晶体为9MHzAT切金电极,电极上再涂敷一层感湿膜。日本研制的该种水分仪的型号为MAH50、MAH50D,主要用于水溶杂质的分析。
c石英晶体气味鉴别仪 根据石英晶体压电效应原理研制的气味鉴别仪,是一种模拟人的嗅觉功能的仪器。主要由石英晶体与类脂双分子膜组成,改变类脂膜的分子结构,就可判别出相应的香、苦、臭等气味的物质。例如日本研制的酒味传感器,被覆6个不同的敏感膜,输出6个不同的频率变化量,进入神经网络微机辨别系统后就可对其辨别,测试出酒的浓度。一般采用9MHzAT型切晶体,在电极膜上涂敷合成类脂膜。
d石英晶体浓度传感器 利用石英晶体的微天平效应原理,在石英晶体的表面涂敷一层化学物质,化学物质将大气中的NH3、H2S、HCl、NO2、CO2、CO、H2等吸附后,改变了薄膜质量,即改变了石英晶体的质量负荷,从而改变了石英晶体的频率,产生绝对频偏。 一般采用圆形AT切型或BT切型石英晶片,这种切型对表面负荷的效果明显,例如可检测空气中10-6~10-9量级的汞传感器,其汞分子对金电极有巨大的吸附力,而其它物质却有良好的化学稳定性,吸附面积为0.5cm2。现在研制成功的有汞测度仪、汞汽监控系统、CO感器、气体成分分析仪等。
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