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工业生产过程中会伴随大量易燃易爆或有毒气体的产生,为了防止该类气体带来的危害,则需要精确检测出该类气体含量,本文采用仿真与实验结合的方法研究了纳米尖端、微米间距场域下电离式气体传感器的内部工作机理、结构优化以及该类传感器对低浓度下CH4检测的可行性。主要研究内容如下。(1)在该类传感器内部工作机理尚不完善的情况下,本文首先对纳米尖端、微米间距场域下N2-O2混合气体空间放电进行了二维直流放电建模仿真,研究了传感器的内部工作机理以及极间距对空间放电的影响;其次为忧化传感路的场致发射特性,对放电结构进行了二维静电场建模仿真,研究了底电极半径对场致发射的影响;最后结合极间距研究结果研究了底电极半径对空间放电的影响,仿真结果表明,随着底电极半径减小纳米管管身开始发生二次电子发射,且空间电流密度呈现出先增大后减小的趋势。(2)为了验证前期仿真结果,首先以阳极氧化法制备出的TiO2纳米管薄膜为电极材料组装了传感器,搭建了气仿体放电实验系统,并对不同极间距下的N2-O2混合气体空间放电进行了实验验证,实验结果表明:当极间距在30μm-150μm范围内时,存在最优极间距与仿真结果相似;其次对不同底电极半径下N2-O2混合气体空间放电进行了实验验证,实验结果表明;当阳极表面积在10mm×10mm-50mm范围内时,存在最优底电极半径与仿真结果相似;最后通过实验验证了传感器结构优化前与优化后对空间电离性能的影响并得出;优化后的传感器其放电电流相比于优化前的传感器提高了13倍,(3)由于CH4放电存在爆炸风险,为了研究传感器优化后对低浓度下CH4检测的可行性,本文主要对CH4浓度在1×103ppm～1×104ppm范围内的CH4-N2混合气体进行了二维仿真研究,仿真结果表明:随着CH4浓度增加,优化前后的传感器其空间电流密度都呈现出单调递增趋势,且优化后传感器的灵敏度与线性度要优于优化前的传感器。本文这种结合实际应用的仿真能够从微观尺度对放电机理进行解释,有效地弥补了实验诊断的不足,对实际产品的开发和优化具有一定的指导意义。