varie lunghezze d’onda che permette di identificare più accuratamente i gas. Tali tecnologie sono difficili da miniaturizzare e rendere economicamente convenienti, tuttavia è possibile produrre sensori in grado di rilevare più tipi di contaminante.


Il sensore a semiconduttore di ossido di metallo o MiCS impiega un approccio diverso rispetto alla tecnologia NDIR. Questo tipo di sensore sfrutta la reattività chimica dell’ossigeno atmosferico e i cambiamenti fisici che risultano dalle trasformazioni che avvengono sulla superficie di un materiale di ossido di metallo. I principali vantaggi dell’approccio MiCS risiedono nella capacità di rilevare un’ampia gamma di contaminanti e nelle possibilità di miniaturizzazione a livello di chip-package grazie all’uso delle tecniche di produzione MEMS.


Una configurazione comune utilizza ossido di stagno depositato sulla superficie di un substrato isolante, che viene quindi riscaldato per migliorarne la reattività. Nell’aria pulita, gli elettroni donatori dall’ossido di stagno sono attratti dall’ossigeno che si assorbe sulla superficie. Questo riduce il flusso di corrente attraverso lo strato di ossido di stagno. La riduzione dei gas, come VOC o CO, permette la reazione con le molecole di ossigeno assorbite, che quindi si allontanano dalla superficie del sensore. Di conseguenza, la corrente aumenta e la resistenza elettrica diminuisce. I gas ossidanti, d’altro canto, tendono ad aumentare la resistenza dello strato di ossido di stagno perché aumentano la concentrazione di specie assorbite che attraggono elettroni donatori dallo strato di ossido di stagno.


Le variazioni di resistenza di un sensore MiCS possono essere facilmente misurate utilizzando un convertitore analogico-digitale. Spesso il sensore MiCS viene utilizzato con una fornitura costante di calore ed energia. Tuttavia, le tecniche a impulsi più avanzate che operano sotto il controllo di software consentono di rilevare i segnali legati a specifici tipi di gas. Ad esempio, il CO reagisce a una temperatura inferiore rispetto alla maggior parte dei VOC in quanto le molecole non hanno bisogno di dissociarsi prima di formare nuovi legami con l’ossigeno. Riducendo il calore e applicando gli impulsi periodicamente è


Conduttore di ioni (solido o liquido)


Elettrodo di lavoro (Pt)


Uno


sguardo alle


tecnologie


possibile abbassare la temperatura media in modo che il sensore possa orientarsi alle concentrazioni di CO. Uno dei principali vantaggi dei sensori di tipo MiCS è di richiedere meno energia per funzionare rispetto ad altri tipi di sensori di gas. Il fabbisogno di calore è relativamente basso grazie alla capacità di realizzare dispositivi altamente miniaturizzati. Il cambiamento di resistenza non offre in genere una risposta lineare alla variazione della concentrazione di gas. Spesso si tratta di una relazione polinomiale più complessa. Il vantaggio principale dei sensori MiCS è di reagire rapidamente ai cambiamenti di concentrazione del gas, proponendosi quindi come soluzione estremamente adatta per rilevare quando i contaminanti superano un livello di soglia. Di conseguenza, i sensori possono essere utilizzati in combinazione con altri rivelatori, ad esempio quelli in tecnologia NDIR, per fornire un’indicazione anticipata del cambiamento. Qui, se necessario, i sistemi NDIR vengono utilizzati per fornire una valutazione più accurata della concentrazione complessiva di un gas specifico. Fornitori specializzati come SGX Sensortech offrono entrambe le soluzioni.


Grazie ai progressi della miniaturizzazione e allo sviluppo dei processi MEMS, i benefici della misurazione della qualità dell’aria possono ora essere sfruttati in una vasta gamma di applicazioni legate a edifici e veicoli in movimento. Con questi sensori installati, i sistemi di condizionamento possono garantire che l’aria che respiriamo sia la migliore possibile e sia erogata senza aumentare il consumo di energia.


CO2 CO H+


Conduttore di ioni dove H+ può muoversi


A Controelettrodo (Pt) Aria pulita H2 H+ H+ O O2 H+ e_ Monossido di carbonio Un esempio di sensore a semiconduttore a ossido di metallo in presenza di aria pulita e di monossido di carbonio. 29 H2 O H+ H+ A e_


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