《危化品检测MEMS传感器产业化》
点击下载 ⇩文件编号: | KEYAN66635397666 |
---|---|
下载格式: | Word/DOC(PDF已转Word) |
中图分类: | TP212.9 |
完成/联系人 | 曹洪亮 |
来源省份: | 黑龙江 |
完成单位: | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 |
科研日期: | 2015 |
研究行业: | 通用仪器仪表制造 |
研究主题: | 危化品检测传感器,制造方法,智能仪表, |
入选计划: | 863 |
联系电话: | 下载查看 |
联系地址: | 黑龙江省哈尔滨市南岗区一曼街29号 |
传媒
技术性能指标;性能指标:检测对象:液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、油料蒸汽、有机蒸汽。检测范围:0~100%LEL;分辨率:≥200ppm(瓦斯优于50ppm);响应时间:≤20s(瓦斯优于12s);检测精度:优于±5%;温度范围:-40℃~+85℃;湿度范围:0%~98%RH;零点标校期:≥1年;使用寿命:>3年;结构要求:达到防爆设计要求,防尘、防水、防油、防腐蚀;防护等级:IP52。防爆标志:ExiadⅡBT5。技术的创造性与先进性;工艺创新:在国内首次提出并验证了利用电化学腐蚀生长Al<,2>O<,3>陶瓷膜制作危化品传感器强制换气冷热泵的微加工制造方法,填补了传统封装技术的空白。针对传统传感器气室内气流不畅导致被测气体产生耗尽区域,造成传感器检测效果的致命失误这一关键问题,同时由于工作微区内氧气不足造成的气体反应不充分,导致传感器结碳失效这一可靠性问题,研究并采用微加工方法制造强制换气冷热泵为传感器设置了强制被测气体循环通道,迫使被测气体在传感器气室内形成了气体环流,从而保证了传感器周围微区被测气流动舒畅,不会产生耗尽区域,降低了传感器的结碳失效率,提高了传感器的线性度和可靠性,延长了传感器的标校期和使用寿命。经前期系统考核传感器的标校期由原来的标校期一般为6个月提升到1年,使用寿命考核到现在已2-3年,预计寿命可达3-4年。有效缩短了传感器的标校期,改善了传感器寿命短的缺点。技术创新:首次提出了利用传感器的检测限阀值,来实现危化品传感器零点自调校方法,在传统检测方法上增加了智能化技术。针对传统危化品传感器标校期较短,零点漂移较大,需人工在实验室条件下标校调整,不能实现实时自校准零点;同时气体传感器零点受环境温度、湿度、气氛干扰较大,只能采取多种传感器一起使用才能进行补偿而消除环境干扰,多传感器应用不但大大提高产品成本,而且给应用带来繁琐和困难。利用危化品传感器阀值小于体积分数(30-50)×10-6。挖掘这一数据,利用催化式气体传感器检测最低限接近零点这一特点,利用增加工作功率模拟被测气体冲击,对上述数据进行对比,利用内置的前期实验数据,可判断环境被测气体浓度是否接近零,并通过调理电路自动调整传感器零点,从而实现危化品传感器零点自调校功能,解决了传统催化式传感器零点漂移及零点抗环境干扰能力等缺点,延长了传感器的标校周期,提高了传感器的使用寿命。经考核标校周期可长达1年,利用前期批量考核传感器的灵敏度度数据,可估测传感器的灵敏度漂移规律,利用模糊调校功能可在标校期内调整灵敏度漂移,使传感器满量程年漂移通常由±25%/年调整到满量程的±10%/年之内,满足国标要求。结构创新:采用陶瓷微加工技术和金属铂薄膜技术,设计制造出微悬桥式微型危化品传感器的结构体,改变了传统丝绕“黑白球”结构。实现了催化式工作原理的危化品传感器的敏感桥臂和补偿桥臂的一致性和低功耗性,增加传感器的可配对性,提高零点输出的一致性和小值性。技术创新:利用膜板技术,设计并制造出纳米管式Pt-Pd复合催化剂,替代了传统纳米颗粒式催化剂形态,提高了催化性能。利用纳米管式Pt-Pd催化剂掺杂大大提高了传感器的灵敏度,同时有效的降低了气敏元件的工作温度,降低了功耗。利用纳米管式Pt-Pd催化剂掺杂的传感器对可燃性气体的检测灵敏度提高1倍左右,工作温度可降低20-30℃。技术的成熟程度,适用范围;采用的现有成熟关键技术溶胶-凝胶纳米材料制备技术、微加工技术、Pt电热膜物理沉积技术、气体传感器测试技术、传感器防水、防油、防尘设计技术。这些技术在10年前的国家科技攻关项目和十一五MEMS传感器专项技术得到解决,针对该项目应属于现有成熟关键技术。已攻克的关键技术电化学生长AL<,2>O<,3>膜微加工剥离技术、强制换气冷热泵片设计与制造技术、纳米管Pt-Pd催化剂成型技术、基于传感器的二次仪表智能化零点自校准技术、安全防爆技术。以上已攻克的关键技术是保证该项目顺利进行的基础,是保证该项目制造出的产品质量的核心技术。待研究的关键技术危化品传感器批生产工艺稳定性技术。解决危化品传感器批量生产工艺问题、质量可靠性问题、批量制造产品一致性问题。项目产品已经过试用代表性的试用单位中国国际海运集装箱(集团)有限公司,试用时间至2012年8月,用户认为产品性能稳定;国家安全科学研究院试用时间2011年至2012年8月,用户认为产品具有测试范围宽、响应时间快等特点;产品通过信息产业传感器产品质量监督检测中心的检测(2012年7月25日),检测结果符合GB3836.1.4、GB/T998-1982、GB/T1497-1985、GB4208-93、GB6587.7、GB/T2423.4,大连理工大学的性能检测(2012年8月10日)结果符合强制性GB12358-2006标准。项目获得国家863计划的支持危化品MEMS气体传感器2007年获得科技部863计划支持,并于2012年底危化品MEMS气体传感器研究成果通过科技部验收,通过了用户的现场考核和路演试验,证明该项目的关键技术比较成熟,产品技术指标数据是稳定的。应用情况及存在的问题。危化品MEMS传感器用途广泛,普遍用于危化品生产、存储、运输、使用四大环节,其主要功能是用以检测、监察、报警危化品的安全状态。现已经应用于中国集装箱集团危化品车安全监控,中国安全科学院固定危险源监测。在物联网技术热用的今天,危化品传感器在智能交通、工业监测、环境保护、公共安全、平安家居、智能消防、车联网等多个领域有显现的应用与潜在的需求。危化品安全管理的普及深入必将拉动危化品MEMS传感器需求应用,促使传感器批量生产巨大变革,对传感器产业化起到了积极促进作用。
提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。