氫氣壓力傳感器工作溫度特性的探討

氫氣壓力傳感器：目前，在用于氫氣檢測的傳感器中，半導體氫氣壓力傳感器屬于電阻傳感器。由于它們具有靈敏度高、易于小型化和易于陣列的特點，可以集成到微型和低功耗檢測探頭中。它們已被廣泛應用于便攜式、在線檢測等應用領域。半導體傳感器的工作溫度一般在250℃以上，以保證測量精度和響應時間，但在特定的使用環境中，過高的工作溫度會帶來安全隱患。

通過包覆和摻雜貴金屬，有效地提高了氣敏材料SnO2在低溫下對氫的敏感性。研究了新型傳感器在特殊工作條件（低濕度和低氧）下的工作溫度特性。

一、半導體氫氣壓力傳感器

1、工作機制

半導體氣體傳感器利用待測氣體與半導體（主要是金屬氧化物）表面接觸時產生的導電性和其他物理性質的變化來檢測氣體。當半導體氣敏器件被加熱到穩定狀態時，氣敏材料表面會發生物理和化學吸附和解吸：氣敏材料吸附氧分子并從半導體表面獲得電子，形成O-1和O-2等受體表面能級，電阻值增大；當氫與氣敏材料接觸時，氧原子捕獲的電子返回半導體，電阻降低。

2、氣敏材料

國內外學者對氣敏材料的工作溫度和氣體選擇性進行了大量研究。目前，基于SnO2、WO3和ZnO的材料體系顯示出良好的氣敏性能。

3、工作溫度

氣敏材料在不同溫度下表現出不同的吸附能力。以SnO2和ZnO為例，其吸附容量。氫氣壓力傳感器的性能與其工作溫度密切相關，在合適的工作溫度下，氣敏材料的響應時間和精度將得到提高。但為了保證使用過程中的安全，傳感器的工作溫度不宜過高，溫度過低會影響傳感器的測試精度。因此，有必要對氫氣壓力傳感器的工作溫度特性進行詳細研究。

二、氣敏材料工作溫度對響應精度的影響

1、氫氣壓力傳感器的選擇

目前，SnO2、WO3和ZnO是半導體氫氣壓力傳感器很常用的氣敏材料。然而，SnO2、WO3和ZnO對氫氣的氣敏性能差別不大，氫敏性能相對較差；添加貴金屬改性后，SnO2對氫氣的靈敏度和選擇性好，且工作溫度響應范圍也較低。因此，選擇摻雜貴金屬SnO2的氫氣壓力傳感器作為氣敏材料作為研究對象。

2、實驗體系的建立

為了模擬實際情況，對氣體傳感器環境評價裝置進行了實驗設計。由于傳感器長期儲存在密封容器或包裝容器中，其儲存容器的密封性能非常高。同時，為滿足濕度要求，用干燥氮氣更換密封容器或包裝容器，使其壓力保持在大氣壓力下，相對濕度小于10%，含氧量小于1%。為了更好地模擬儲存實驗的各種功能要求，所設計的密封容器應能實現充氣和更換氣動能量以及傳感器切換和密封的功能。

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