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氢气具有燃烧效率高、燃烧后产物只有水,无污染、可再生、易制备、质量轻、可利用率高等优点,但是它在生产、运输、储存和使用方面,却也存在着很大的安全隐患,因此对氢气泄露进行及时的监测和预警就显得极为重要,气体传感器是检测系统的核心。目前气体传感器存在着结构复杂,一致性差,可靠性差及功耗大等问题。 针对上述问题在此设计并制作一种微型陶瓷基板气体传感器,实现对氢气的检测,并对该传感器性能进行系统分析。其中主要做了以下研究内容: 设计出微型氢气传感器的结构,并对其进行有限元分析,通过有限元分析软件 Ansys Workbench15.0对传感器结构进行优化,阐述气体传感器工作时热传导的三种方式,建立传感器热传导模型,对传感器进行温度场及热应力场分析,验证所设计的传感器工作时温度分布均匀,热应力在要求范围内。 研究微型氢气传感器的制作工艺及关键技术,通过磁控溅射及光刻剥离工艺制作出金属电极,采用溶-凝胶法制备二氧化锡敏感材料,利用激光微加工技术对传感器进行调阻及切割,同时对测试气体浓度的电路进行设计及标定,并对传感器进行焊烧封装,完成传感器的制造。 搭建传感器性能测试平台,并对传感器测试环境进行设定,为满足后续的传感器性能综合测试奠定基础。 测试所制作传感器的综合性能,试验结果表明传感器的量程为500-5000ppm,响应-恢复时间为别为8秒和7秒,传感器的重复性为4.75%,一致性误差为4.96%,并且通过60天的稳定性测试,稳定性误差为11%,表明所设计的传感器稳定性良好;通过功耗测试,传感器工作的功耗为0.36W。 本文所设计的微型氢气传感器具有尺寸小,工作温度分布均匀,灵敏度高,功耗低,一致性好以及稳定性高等优点,适用与便携检测或气体泄露预警。