Sensitivity of SnO2 semiconductor gas sensors to CO in the presence of high concentrations of water vapour

Abstract

Amongst future uses of semiconductor gas sensors, one important application could be the measurement of emission gases for the control of combustion processes. In such measurements, water vapour is always present as a factor that can cause interference. Combustion gases, depending on the fuel, can contain up to 20% by volume of water vapour. Therefore, it is important to elucidate the influence exercised by water vapour on the sensor. In this study, the sensitivities of SnO 2 -based gas sensors to CO and water vapour were investigated in the laboratory. The concentration of water vapour was varied in the range of 0 to 19·9% by volume. The sensors tested were thick film sensors prepared in the laboratory as well as commercial TGS 812 sensors. Water vapour and CO were found to have a synergistic effect on the conductance of TGS sensor but not on the conductance of the thick film sensor. Due to the absence of the synergistic effect between CO and water vapour the thick film sensor is much less sensitive to the variation of the concentration of water vapour in the range of a few percent to 20% by volume than the TGS 812 sensor. Eine wichtige zukünftige Anwendung halbleitender Gassensoren könnte die Analyse von Abgasen zur Steuerung von Verbrennungsprozessen sein. Bei derartigen Messungen muß Wasserdampf als mögliche Störquelle immer in Betracht gezogen werden. Verbrennungsgase können in Abhängigkeit des verwendeten Brennstoffs bis zu 20 Vol.% Wasserdampf enthalten. Deswegen ist es unumgänglich, den Einfluß des Wasserdampfes auf den Sensor zu untersuchen. In dieser Arbeit wurde die Empfindlichkeit von SnO 2 Sensoren gegenüber CO und Wasserdampf labormäßig untersucht. Der Gehalt an Wasserdampf lag im Bereich 0–19·9 Vol.%. Die untersuchten Sensoren waren zum einen im Labor hergestellte Dickfilm-sensoren als auch komerzielle TGS 812 Sensoren. Dabei zeigte sich, daß Wasserdampf und CO eine synergetische Wirkung auf die Leitfähigkeit des TGS Sensors, jedoch nicht auf die Leitfähigkeit des Dickfilmsensors hatten. Durch das Fehlen dieser synergetischen Wirkung zwischen CO und Wasserdampf ist der Dickfilmsensor im Bereich einiger Prozent bis 20 Vol.% viel unempfindlicher gegenüber Konzentrationsschwankungen als der TGS 812 Sensor. Parmi les utilisations futures des détecteurs à gaz semi-conducteurs, une application importante pourrait être la mesure des gaz d'émission pour le contrôle du procédé de combustion. Lors de telles mesures, la vapeur d'eau est toujours un facteur provoquant des perturbations. Les gaz de combustion peuvent, selon la nature du combustible, contenir jusqu'à 20% volumiques de vapeur d'eau. Pour cette raison, il est important d'éclaircir le rôle exercé par la vapeur d'eau sur le détecteur. On a étudié la sensibilité de détecteurs à gaz à base de SnO 2 envers le CO et la vapeur d'eau. La concentration en vapeur d'eau était comprise entre 0 et 19·9% volumiques. Les détecteurs testés étaient des capteurs de gaz en couche épaisse préparés en laboratoire ou bien des détecteurs commerciaux de type TGS 812. On a établi que la vapeur d'eau et le CO ont un effet synergétique sur la conductibilité des détecteurs TGS mais pas sur celle des capteurs en couche épaisse. Du fait de l'absence d'effet synergétique entre la vapeur d'eau et le CO, le capteur en couche épaisse est bien moins sensible que le TGS 812 à une variation de la concentration en vapeur d'eau s'échelonnant de quelques pourcent à 20% volumiques.