一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器，包括一個一端有進氣口和測量探針、另一端有出氣口和加熱探針的氣室，氣室內有一個擋在進氣口和出氣口之間的敏感元件，敏感元件包括基板及設在其正面的測量電極、設在其背面的加熱電極，測量電極和測量探針相連，加熱電極和加熱探針相連，加熱電極上覆蓋有屏蔽層，測量電極是采用真空鍍膜方法由多壁碳納米管負載鈀

【技術實現步驟摘要】
一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器


[0001]本技術涉及一種氫氣傳感器，尤其涉及一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器。

技術介紹

[0002]在自動化生產的過程中，工業檢漏已成為保證器件和系統密封性必不可少的實用技術，可廣泛應用于航空航天、電子工業、電力工業級制冷工業等領域。
[0003]傳統的工業檢漏方法包括壓差法、水檢法、超聲波法以及示蹤氣體法。壓差法檢測速率較低，需要放置一定時間，與水檢法的檢測靈敏度相當，僅可檢到 10
?1Pa
·
m3/s。超聲波法可檢到10
?2Pa
·
m3/s左右的最小漏率。示蹤氣體法是目前工業檢漏方法中靈敏度最高的方法，可檢到低于10
?5Pa
·
m3/s的漏率。示蹤氣體法所用示蹤氣體包括放射性氣體、鹵素氣體、氦氣以及氫氣，其中氦氣檢漏法是靈敏度最高的一種檢漏方法，但是氦氣檢漏成本較高，且氦質譜檢漏儀需要配合真空系統來實現，導致高精密檢漏技術在工業檢漏中的應用受限。
[0004]氫氣檢漏法是一種新興的氣體檢漏技術，其氣體檢測成本更為合理，但目前氫氣檢測無法達到與氦氣相同的靈敏度，導致氫氣檢漏法在微漏以及精密器件應用中無法開展。因此為了使用低成本的氫氣檢漏方法，以取代成本較高的氦氣檢漏法，需要開發一種高靈敏度達到ppb級的氫氣傳感器。

技術實現思路

[0005]本技術為了解決上述技術問題，提供一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器，本技術氫氣傳感器的靈敏度達到ppb級，可檢到低于10
?8Pa
·
m3/s的漏率，與氦質譜檢漏儀的檢測靈敏度一致，適用于工業檢漏，可應用于微漏及精密器件檢測。
[0006]本技術的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本技術一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器，包括一個氣室，氣室的頂部設有一個進氣口和兩個測量探針，氣室的底部設有一個出氣口和兩個加熱探針，氣室內設有一個擋在進氣口和出氣口之間的敏感元件，敏感元件包括基板及設在基板正面的測量電極、設在基板背面的加熱電極，測量電極的兩端分別和兩個測量探針相連，加熱電極的兩端分別和兩個加熱探針相連，加熱電極上覆蓋有屏蔽層，測量探針、加熱探針還分別和位于氣室外的信號電路電連接；所述的測量電極包括多個等間距平行設置的直線段，相鄰直線段的頭部之間及尾部之間交錯連接有圓弧線段，即測量電極呈蛇形彎曲布置；所述的加熱電極的形狀和測量電極的形狀相同。工作時，待測氣體從進氣口流入氣室，與基板正面的測量電極充分接觸后，流過基板，再從出氣口流出氣室。信號電路向加熱電極輸出固定電壓，使敏感元件達到需要的工作溫度，同時信號電路通過測量探針采集測量電極的信號，測量電極與氣體中的氫氣接觸后，其電氣性能會發生改變，測量電極輸出的信號代表了氣體中氫氣的濃度，經信號電路處理后輸送給氫氣分析儀器的主控模塊，從而完成設備或元器件的檢漏。本技術在有限的面積上盡可能延長測量電極及加熱電極的長度，有效增加測量電極和氣體的接觸面積，提高測
量電極的氫敏性能，提高加熱電極的加熱效率，確保敏感元件快速到達工作溫度，并且溫度分布均勻。
[0007]作為優選，所述的基板為氧化硅基片，所述的測量電極是由多壁碳納米管負載鈀
?
金核殼粒子粉末鍍膜而成的氫敏薄膜。多壁碳納米管負載鈀
?
金核殼粒子粉末是一種納米粉末。當待測氣體中有氫氣時，待測氣體進入氣室與測量電極充分接觸，測量電極吸附氫后，形成鈀
?
氫化合鍵，導致測量電極電子遷移率發生變化，測量電極的電阻變化反映了測量電極吸附氫的多少，因此通過檢測測量電極的電阻就能檢測出待測氣體中氫氣的濃度。本技術將多壁碳納米管負載鈀
?
金核殼粒子粉末通過真空鍍膜到基板正面，形成高靈敏的氫敏薄膜，復合薄膜中的金核鈀殼粒子具有與鈀最接近的晶體結構，因此溶氫比例較高，有效提高測量電極的氫敏性能，以多壁碳納米管形成骨架結構，分散負載金核鈀殼粒子，降低了吸氫后粒子膨脹引起的薄膜微結構斷裂現象的發生，同時增加了電子遷移率，提高了氫敏響應性能，使敏感元件的氫氣檢測靈敏度小于 5ppb。
[0008]作為優選，所述的加熱電極是通過真空濺射形成的鉑薄膜；所述的屏蔽層是通過脈沖激光沉積形成的氮化硅薄膜。屏蔽層的設置，對加熱電極起到保護作用，防止氫氣引起加熱電極氫脆而造成加熱電極的電阻發生變化。
[0009]作為優選，所述的氣室的側壁上設有兩個對稱設置的凸臺，所述的基板的邊緣有兩個對稱設置的凹槽，兩個凹槽分別固定在兩個凸臺上，基板的邊緣和氣室的側壁之間有間隙。既確保基板安裝穩固，又確保基板和氣室間有間隙，允許氣體流過。
[0010]作為優選，所述的信號電路包括恒壓輸出單元及依次相連的阻抗變換單元、濾波單元、三級放大單元、模數轉換單元和串行接口，阻抗變換單元的輸入端和所述的測量探針相連，恒壓輸出單元的輸出端和所述的加熱探針相連。信號電路通過恒壓輸出單元向加熱電極輸出固定電壓，使敏感元件達到300℃的工作溫度，同時通過測量探針采集測量電極的信號，測量電極輸出的信號，依次經過阻抗變換單元、濾波單元、三級放大單元和模數轉換單元后，解調出一組串行二進制碼輸出至串行接口，串行接口和氫氣分析儀器的主控模塊進行通訊，向主控模塊輸出測得的氫氣濃度信號。
[0011]本技術的有益效果是：將多壁碳納米管負載鈀
?
金核殼粒子粉末通過真空鍍膜形成高靈敏氫敏薄膜作為測量電極，氫敏薄膜中的金核鈀殼粒子具有與鈀最接近的晶體結構，因此溶氫比例較高，有效提高測量電極的氫敏性能，以多壁碳納米管形成骨架結構，分散負載金核鈀殼粒子，減少了吸氫后粒子膨脹引起的薄膜微結構斷裂現象發生，同時增加了電子遷移率，提高了氫敏響應性能，使氫敏薄膜的檢測靈敏度小于5ppb。本技術通過在基板的正面、反面分別制備測量電極和加熱電極，并用氮化硅薄膜作為覆蓋在加熱電極上的屏蔽層，制備成一體化的氫氣敏感元件，采用集成化的信號電路，縮小了氫氣傳感器的體積，達到微型化，適用于工業檢漏，特別適用于微漏及精密器件的泄漏檢測。
附圖說明
[0012]圖1是本技術的一種主視結構示意圖。
[0013]圖2是本技術中敏感元件的一種主視結構示意圖。
[0014]圖3是本技術中敏感元件的一種俯視結構示意圖。
[0015]圖中1.殼體，2.氣室，3.進氣管，4.進氣口，5.出氣管，6.出氣口，7.測量探針，8.加
熱探針，9.信號電路，10.敏感元件，11.基板，12.測量電極，13. 加熱電極，14.凹槽，15.凸臺，16.屏蔽層，17.引線區域。
具體實施方式
[0016]下面通過實施例，并結合附圖，對本技術的技術方案作進一步具體的說明。
[0017]實施例：本實施例的一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器，如圖1所示，包括一個呈圓柱體的殼體1，殼體圍成一個氣室2，氣室的直徑小于20mm，氣室的高度小于10mm。殼本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于泄漏檢測的氫氣傳感器，其特征在于包括一個氣室，氣室的頂部設有一個進氣口和兩個測量探針，氣室的底部設有一個出氣口和兩個加熱探針，氣室內設有一個擋在進氣口和出氣口之間的敏感元件，敏感元件包括基板及設在基板正面的測量電極、設在基板背面的加熱電極，測量電極的兩端分別和兩個測量探針相連，加熱電極的兩端分別和兩個加熱探針相連，加熱電極上覆蓋有屏蔽層，測量探針、加熱探針還分別和位于氣室外的信號電路電連接；所述的測量電極包括多個等間距平行設置的直線段，相鄰直線段的頭部之間及尾部之間交錯連接有圓弧線段，即測量電極呈蛇形彎曲布置；所述的加熱電極的形狀和測量電極的形狀相同。2.根據權利要求1所述的一種用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何鑭，劉佳琪，王成宇，黃雷，
申請(專利權)人：杭州超鉅科技有限公司，
類型：新型
國別省市：