用于光气动探测的微流量传感器制备及其特性研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyh111111
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随着科学技术的发展和人类环保意识的提高,国内外对污染物监测设备的研究投入逐步增多,尤其是气体污染物的检测备受重视。在众多气体污染物检测方法中,非色散红外(NDIR)气体检测方法由于其诸多优势而被广泛应用于自动连续在线检测。作为NDIR检测方法的一种,微流型气动探测方法由于其稳定性好、检测精度高、抗干扰能力强而具有广泛的应用前景。目前国内在这方面的研究还不成熟,因此本文针对NDIR光气动探测应用需求,开展了微流量传感器、微流探测器及其特性研究。   设计了基于MEMS技术的“Sandwich”结构硅基微流量传感器。薄膜电阻的镂空设计减小了气阻,同时消除了电阻在气流方向上的温度梯度,提高了微小气流的探测精度。在1mm2面积内制备了阻值约1.6KΩ的蛇形Pt薄膜作为加热及测温电阻,其电阻-温度系数(TCR)约2.2×10-3/℃。Pt薄膜电阻分别采用4μm厚SiNx悬梁和20μm厚Si悬梁作支撑,研究了基于两种支撑结构薄膜电阻的微流量传感器封装方法,并进行了性能比较测试。当流量恒定时,两种结构传感器的灵敏度均随工作温度的升高而增大;当温度恒定时,SiNx悬梁支撑传感器比硅悬梁支撑传感器功耗小一个量级,灵敏度大一个量级,正反方向气流响应对称性好,理论检测下限低,基线稳定。对SiNx悬梁支撑传感器的进一步测试果表明:相同工作温度下,电阻间距为100μm时传感器灵敏度最小,电阻间距为200μm和300μm时传感器灵敏度相近;在125℃工作温度下,电阻间距为300μm时传感器灵敏度约为170mV/(ml/min),实际检测限约为8μL/min(三倍噪声信号)。最后,完成了基于SiNx悬梁支撑微流量传感器的微流探测器封装并将其应用于气体检测实验,CO2气体的理论检测下限约为143ppm(三倍噪声等效气体浓度)。
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