Desenvolupament d'un sistema de control i mesura de sensors integrats

Abstract

The most currently used sensors for gas detection are those based in semiconductors. Apart from the features that make them suitable for the detection of gasses in the range of parts per million, their simplicity and robustness making them lasting for 10 to 25 years tolerating shocks and vibrations make them specially usefull in a broad scope of industrial, medical and security applications. The electronic systems department of the UPC is involved in the research and development of new semiconductor and optic gas sensors which have to be caracterised in their range of interest. To perform the characterisation of the sensors it is necessary to have mixtures of the gasses under study with different concentrations. Although it is possible to use very exact commercial mixtures, the ability of using mixtures of different concentrations upon request makes the characterisation of this kind of devices much more dynamic. The electronic systems department of the UPC has built such a system that allows to obtain known mixtures in a measurement chamber where the sentors to be characterised are measures. This system consists of one gas line which is considered as the carrier gas and two lines for the interest gasses, the first one flows directly to the measurement chamber whilst the second one flows through a bubbler to carry the generated steam to the measurement chamber. These features make the system more flexible than the commercial equipments currently in the market. The manual control of this system allows to obtain static mixtures but the usability and agility desired for this system is achieved thanks to a microprocessor controller which allows to select and modify the concentrations in the measurement chamber quickly and precisely.

Els sensors de gasos més utilitzats en l'actualitat es basen en semiconductors. A més de les característiques que els fan aptes per a la detecció de gasos en rangs de parts per milió, la seva simplicitat de construcció, que resulta en una vida de 10 a 25 anys, i robustesa, aguanten xocs i vibracions, els fan especialment útils en un gran ventall d'aplicacions industrials, mèdiques i de seguretat. El departament de sistemes electrònics de la UPC investiga i desenvolupa nous sensors de gasos semiconductors i òptics el quals s'han de caracteritzar en el seu rang d'interès. Per aconseguir-ho, cal disposar de barreges dels gasos d'interès amb diferents concentracions. Si bé, per a concentracions molt acurades es pot recórrer a l'ús de mescles comercials molt exactes, la capacitat de reproduir mescles de diferents concentracions a demanda agilitza enormement la caracterització d'aquest tipus de sensors. El departament de sistemes electrònics de la UPC ha construït un sistema d'aquestes característiques que permet obtenir mescles conegudes a una cambra de mesura a on es situen els sensors a caracteritzar. Aquest sistema consta d'una línia de gas considerat portador, una altra línia amb un gas d'interès i una tercera línia que pot aportar a la mescla un segon gas d'interès directament o passant per un borbollador temperat que permet vaporitzar líquids per afegir-los a la mescla de gasos. Aquestes possibilitats doten al sistema d'una flexibilitat que no es troba actualment en dispositius comercials. Un control manual d'aquest sistema permetria obtenir mescles estàtiques, però el que realment dota al sistema de la usabilitat i agilitat desitjades és un controlador microprocessat que permet seleccionar i variar ràpida i acuradament les concentracions dins la cambra de mesura. El present projecte té com objectiu el disseny i construcció del controlador que donarà a la línia de gasos la flexibilitat i usabilitat desitjada per a la caracterització dels detectors semiconductors i òptics de gasos.

Los sensores de gases más utilizados en la actualidad se basan en semiconductores. Además de las características que los hacen aptos para la detección de gases en rangos de partes por millón, su simplicidad de construcción, que resulta en una vida de 10 a 25 años, y robustez, aguantan choques y vibraciones, los hacen especialmente útiles en un gran abanico de aplicaciones industriales, médicas y de seguridad. El departamento de sistemas electrónicos de la UPC investiga y desarrolla nuevos sensores de gases semiconductores y ópticos los cuales se han de caracterizar en su rango de interés. Para conseguirlo, es necesario disponer de mezclas de los gases de interés con diferentes concentraciones. Si bién, para concentraciones muy precisas se puede recurrir al uso de mezclas comerciales muy exactas, la capacidad de reproducir mezclas de diferentes concentraciones a demanda agiliza enormemente la caracteritzación de estos tipos de sensores. El departamento de sistemas electrónicos de la UPC ha construido un sistema de estas características que permite obtener mezclas conocidas en una cámara de medida donde se sitúan los sensores a caracterizar. Este sistema consta de una línea de gas considerado portador, otra línea con un gas de interés y una tercera línea que puede aportar a la mezcla un segundo gas de interés directamente o pasando por un borboteador temperado que permite vaporizar líquidos para añadirlos a la mezcla de gases. Estas posibilidades dotan al sistema de una flexibilidad que no se encuentra actualmente en dispositivos comerciales. Un control manual de este sistema permitiría obtener mezclas estáticas, pero lo que realmente dota al sistema de la usabilidad y agilidad deseadas es un controlador microprocesado que permite seleccionar y variar rápida y exactamente las concentraciones en la cámara de medida. El presente proyecto tiene como objectivo el diseño y construcción del controlador que dará a la línea de gases la flexibilidad y usabilidad deseada para la caracterización de los detectores semiconductores y ópticos de gases.