Nous avons pu tester au cours de cette thèse des capteurs de gaz commerciaux de la société e2v, le Mics-4514, constitué des deux puces dédiées à la détection du CO pour l’une et des NOx pour l’autre. Nous appellerons la puce dédiée au CO « puce CO » et celle aux NOx
« puce NOx ». Nous avons adapté ces composants à notre banc de test, notamment en adaptant
le boîtier, et réalisé des tests statiques sous CO et NO2. Nous avons récupéré la fiche
technique du composant et mis en place le montage afin de respecter au mieux les consignes données.
Figure 6. Schéma de montage du capteur Mics-4514, à gauche pour le heater et à droite pour le sense
Etant donné que nous utilisons des SMU pour contrôler les deux résistances du capteur et que le logiciel permettant l’acquisition est déjà configuré avec un certain mode de fonctionnement, nous avons dû adapter les consignes d’alimentation.
Au niveau du heater, la consigne à saisir dans notre système est une puissance ; nous avons donc cherché qu’elle est la puissance correspondant à 5V pour les deux puces ; cette valeur est 145mW dans les deux cas. La fiche technique nous indique également que dans ces conditions, la température de la couche sensible de la puce CO est de 340°C et celle de la puce NOx de 220°C.
Pour le sense, nous devons adapter le courant ; la tension donnée dans la fiche technique est de 5V ; nous avons appliqué 10µA à la puce CO et 1mA à la puce NOx afin
d’être proche de cette valeur fournie. Nous avons aussi ajouté les résistances de pieds citées dans la datasheet. L’automatisation des mesures a donc été réalisable avec tous ces paramètres.
Le protocole expérimental utilisé pour évaluer ces capteurs est identique à celui utilisé pour les tests précédents sur le SnO2 du LCC. Nous avons stabilisé chaque capteur sous air
synthétique pendant environ deux heures, puis nous avons injecté les différents gaz pendant 15 minutes avec un intervalle de 30 minutes.
Dans un premier temps, nous avons relevé les réponses des deux puces à 100 ppm de CO et à 5 ppm de NO2 pour des humidités relatives de 0% et 50%. Voici les réponses
normalisées de ces capteurs.
Figure 7. Réponses normalisées des deux puces à 100 ppm de CO et 5 ppm de NO2 pour 0 et 50% d’humidité
relative
Etudions d’abord la puce CO : avec 0% d’humidité relative, la réponse au CO est très forte (proche de 100%, qui est la valeur maximale pour un gaz réducteur d’après notre méthode de normalisation) et forte au NO2 (450%) ; avec 50% d’humidité relative, la réponse
au CO est forte (60%) et très faible au NO2 (35%).
Ensuite concernant la puce NOx : les réponses au CO sont très faibles (inférieure à
10%) pour les deux humidités relatives et fortes au NO2 (270% avec 0% d’humidité relative et
Ainsi, si l’on regarde uniquement les résultats obtenus avec 50% d’humidité relative, qui correspondent à des valeurs plus proches de mesures en conditions réelles, on constate qu’avec les deux puces on obtient une réponse sélective aux deux gaz. Ainsi, la puce CO ne réagit qu’au CO et la puce NOx qu’au NO2.
Dans un second temps, nous avons regardé la stabilité et la reproductibilité du capteur. Nous avons donc superposé deux tests identiques, le premier ayant était réalisé au début de la campagne de mesure et le second à la fin.
Figure 8. Comparaison du comportement des deux puces pour deux tests identiques
On constate une légère dérive de la ligne de base pour la puce CO et aucune dérive pour la puce NOx entre les deux tests. L’amplitude des réponses est restée quasi-inchangée.
Ces capteurs sont donc relativement stables pour des mesures à moyen terme.
Nous avons aussi remarqué que la résistance sous air de la puce CO est assez élevée (500 kΩ) pour permettre une grande amplitude de la réponse au CO (qui est un gaz réducteur), et qu’à l’inverse la résistance de la puce NOx est assez faible (20 kΩ), étant donné
que le NO2 est un gaz oxydant.
Ensuite, nous avons testé un second capteur Mics-4514 afin d’étudier leur reproductibilité. Les résistances sous air des deux puces sont quasi-identiques à celles du premier capteur (moins de 10% d’écart), et il en est de même pour les réponses au gaz. Ces capteurs sont donc reproductibles, stables et, à première vue, sélectifs. Pour confirmer leur sélectivité, nous avons injecté des mélanges de gaz et observé leur comportement.
Pour terminer cette étude, nous avons donc injecté simultanément 100 ppm de CO et 5 ppm de NO2. Mais pour voir l’influence réelle de chaque gaz, nous avons injecté un des deux
gaz à tour de rôle avant le mélange. Les étapes de ces tests sont donc : stabilisation sous air, CO, CO+NO2, air, NO2, CO+NO2, air. Les deux puces ont ainsi été testées.
Figure 9. Réponses des deux puces aux mélanges de gaz
Les deux courbes de la figure précédente mettent en évidence la très grande sélectivité de ces deux puces. En effet, lorsque le gaz ciblé (CO pour la puce CO et NO2 pour la puce
NOx) est présent, seul ou dans un mélange, il n’y a que ce gaz qui est détecté. Un exemple
illustrant bien ce phénomène est l’ajout du CO alors que le NO2 était déjà injecté, avec la puce
CO (2ème série d’injections sur le graphique de gauche). Lorsque le NO2 est seul, la résistance
de la puce augmente très fortement, mais dès qu’on y ajoute le CO, la résistance diminue encore plus et réagit comme s’il n’y avait plus de NO2.
Pour la puce NOx la sélectivité est aussi grande, mais le comportement est un peu
différent. En effet, le CO n’a aucune influence sur la puce, seul le NO2 est détecté dans
n’importe quelle ambiance gazeuse.
La sélectivité de ces capteurs est donc confirmée et la nature des couches sensibles utilisées doit en être la cause. Le LCC avait étudié ces couches à l’aide d’un MEB FEG (Microscope Electronique à Balayage avec canon à effet de champ), en montrant que la couche de la puce CO était à base de SnO2 et celle de la puce NOx à base de WO3, mais aucun dopant
n’avait pu être détecté. Ces résultats mettent en doute la nature non-dopée de ces couches, notamment pour le SnO2 qui doit théoriquement être fortement sensible au NO2.