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热导检测器是一种气体浓度分析仪器，不同气体热导率不同，于是利用热敏元件温度随待测组分气体浓度的变化而发生相应变化可实现对不同组分体积分数的检测。该检测器应用场景非常广泛，如气相色谱仪、核电站安全壳及氢冷发电机组内氢浓度检测、特定的氧气及氮气检测需求等。传统热导检测器检测灵敏度低、功耗高、体积、重量大使其应用受到限制，而结合微加工技术设计的微型热导检测器规避了上述缺点使其迅速发展，拓展了应用场景。基于此，在对热导检测器及微加工技术的发展历程进行梳理的基础上，通过理论分析详细阐述了热导检测器的工作原理，给出三种具有一定创新性的微型热导检测器设计并通过模拟研究验证了其各自的工作性能，具体内容如下:
首先，设计了适用于气相色谱仪尾端检测器使用的直通式结构微型热导检测器，其中分别设计了平板支撑膜、网状支撑膜及并行电阻支撑膜三种支撑膜型式。通过热损分析研究其不同热损所占比例，其中涉及气体热导率的强制对流换热占主导，而无用热损中通过支撑臂的导热比例最大，辐射热损可忽略不计。对不同支撑膜型式直通式结构进行多物理场耦合模拟研究，其对于不同热导率气体响应明显满足测量需求，但热敏电阻对流速非常敏感，对于浓度测量而言干扰较大。此外，网状支撑膜结构由于细长支撑臂设计无用热损最小但热膨胀位移量最大，相对较易损坏。模拟确定的合适的工作条件为0.7m/s的工作流速及1-1.5V的工作电压。
其次，设计了一种适合于流量波动较大或流量不易控制场合下使用的微型热导检测器，该结构通过分支通道与微型热导池特殊的布置方式，使气体通过对流与扩散的方式进入微型热导池中并与热敏电阻接触，有效减弱了流速的干扰及气流对于悬空支撑膜的冲击作用。热损分析显示涉及气体热导率的通过上方气体间隙的热传导及强制对流换热为主要热损，对于分支通道对齐及错位两种型式的半扩散式结构进行模拟研究，结果显示该结构在满足对于气体浓度测量需求的前提下，有效减弱了气体流速的影响，在流速从0.14m/s到1.4m/s的变化中热敏电阻温度变化量仅不到10℃，错位型式对流速变化更为敏感一些同时气体置换速度及响应速度会更快一些。
最后，针对微加工工艺进行简化，同时结合传统螺栓机械密封的型式，设计了一种可单独作为气体分析装置使用的机械密封式微型热导检测器。机械密封替代键合工艺使结构更加坚固，同时微型化制作的热导池及热敏电阻使其仍具备性能优势，但支撑膜与基底的一体化设计也使得无用热损增大，功耗增加。对于串行布置及梳状交错布置两种热敏电阻型式进行模拟研究，结果显示梳状交错结构热区更加集中，灵敏度更高且避免了热敏电阻上下游布置造成的温度不均阻值不等的情况影响测量效果。此外，还给出了微型热导检测器标定及测试系统设计方案作为参考。
首先，设计了适用于气相色谱仪尾端检测器使用的直通式结构微型热导检测器，其中分别设计了平板支撑膜、网状支撑膜及并行电阻支撑膜三种支撑膜型式。通过热损分析研究其不同热损所占比例，其中涉及气体热导率的强制对流换热占主导，而无用热损中通过支撑臂的导热比例最大，辐射热损可忽略不计。对不同支撑膜型式直通式结构进行多物理场耦合模拟研究，其对于不同热导率气体响应明显满足测量需求，但热敏电阻对流速非常敏感，对于浓度测量而言干扰较大。此外，网状支撑膜结构由于细长支撑臂设计无用热损最小但热膨胀位移量最大，相对较易损坏。模拟确定的合适的工作条件为0.7m/s的工作流速及1-1.5V的工作电压。
其次，设计了一种适合于流量波动较大或流量不易控制场合下使用的微型热导检测器，该结构通过分支通道与微型热导池特殊的布置方式，使气体通过对流与扩散的方式进入微型热导池中并与热敏电阻接触，有效减弱了流速的干扰及气流对于悬空支撑膜的冲击作用。热损分析显示涉及气体热导率的通过上方气体间隙的热传导及强制对流换热为主要热损，对于分支通道对齐及错位两种型式的半扩散式结构进行模拟研究，结果显示该结构在满足对于气体浓度测量需求的前提下，有效减弱了气体流速的影响，在流速从0.14m/s到1.4m/s的变化中热敏电阻温度变化量仅不到10℃，错位型式对流速变化更为敏感一些同时气体置换速度及响应速度会更快一些。
最后，针对微加工工艺进行简化，同时结合传统螺栓机械密封的型式，设计了一种可单独作为气体分析装置使用的机械密封式微型热导检测器。机械密封替代键合工艺使结构更加坚固，同时微型化制作的热导池及热敏电阻使其仍具备性能优势，但支撑膜与基底的一体化设计也使得无用热损增大，功耗增加。对于串行布置及梳状交错布置两种热敏电阻型式进行模拟研究，结果显示梳状交错结构热区更加集中，灵敏度更高且避免了热敏电阻上下游布置造成的温度不均阻值不等的情况影响测量效果。此外，还给出了微型热导检测器标定及测试系统设计方案作为参考。