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氢气压力传感器工作温度特性的探讨

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【摘要】:
氢气压力传感器:目前,在用于氢气检测的传感器中,半导体氢气压力传感器属于电阻传感器。由于它们具有灵敏度高、易于小型化和易于阵列的特点,可以集成到微型和低功耗检测探头中。它们已被广泛应用于便携式、在线检测等应用领域。半导体传感器的工作温度一般在250℃以上,以保证测量精度和响应时间,但在特定的使用环境中,过高的工作温度会带来安全隐患。

氢气压力传感器:目前,在用于氢气检测的传感器中,半导体氢气压力传感器属于电阻传感器。由于它们具有灵敏度高、易于小型化和易于阵列的特点,可以集成到微型和低功耗检测探头中。它们已被广泛应用于便携式、在线检测等应用领域。半导体传感器的工作温度一般在250℃以上,以保证测量精度和响应时间,但在特定的使用环境中,过高的工作温度会带来安全隐患。

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通过包覆和掺杂贵金属,有效地提高了气敏材料SnO2在低温下对氢的敏感性。研究了新型传感器在特殊工作条件(低湿度和低氧)下的工作温度特性。

一、半导体氢气压力传感器

1、工作机制

半导体气体传感器利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时产生的导电性和其他物理性质的变化来检测气体。当半导体气敏器件被加热到稳定状态时,气敏材料表面会发生物理和化学吸附和解吸:气敏材料吸附氧分子并从半导体表面获得电子,形成O-1和O-2等受体表面能级,电阻值增大;当氢与气敏材料接触时,氧原子捕获的电子返回半导体,电阻降低。

2、气敏材料

国内外学者对气敏材料的工作温度和气体选择性进行了大量研究。目前,基于SnO2、WO3和ZnO的材料体系显示出良好的气敏性能。

3、工作温度

气敏材料在不同温度下表现出不同的吸附能力。以SnO2和ZnO为例,其吸附容量。氢气压力传感器的性能与其工作温度密切相关,在合适的工作温度下,气敏材料的响应时间和精度将得到提高。但为了保证使用过程中的安全,传感器的工作温度不宜过高,温度过低会影响传感器的测试精度。因此,有必要对氢气压力传感器的工作温度特性进行详细研究。

二、气敏材料工作温度对响应精度的影响

1、氢气压力传感器的选择

目前,SnO2、WO3和ZnO是半导体氢气压力传感器很常用的气敏材料。然而,SnO2、WO3和ZnO对氢气的气敏性能差别不大,氢敏性能相对较差;添加贵金属改性后,SnO2对氢气的灵敏度和选择性好,且工作温度响应范围也较低。因此,选择掺杂贵金属SnO2的氢气压力传感器作为气敏材料作为研究对象。

2、实验体系的建立

为了模拟实际情况,对气体传感器环境评价装置进行了实验设计。由于传感器长期储存在密封容器或包装容器中,其储存容器的密封性能非常高。同时,为满足湿度要求,用干燥氮气更换密封容器或包装容器,使其压力保持在大气压力下,相对湿度小于10%,含氧量小于1%。为了更好地模拟储存实验的各种功能要求,所设计的密封容器应能实现充气和更换气动能量以及传感器切换和密封的功能。

江门恒敏智控仪表有限公司是压力变送器厂家,主营机油压力传感器、壁挂炉水压传感器、尿素泵压力传感器、氢气压力传感器、压力校验仪、汽车压力传感器、水泵压力传感器、水压传感器、智能压力控制器、高压传感器等产品。我司在研究行业生产活动中发现,随着物联网、智能制造概念的日益普及,我国的压力传感器需求近年来迅速增长。应智能制造时代的需求,我司应时开发了压力传感器生产厂家专用的高精度检测仪器及专用生产系统设备,帮助传感器生产厂家大幅度降低检测劳动强度、减少用工数量、提高产品品质、提高生产效率、降低生产成本。

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