成果简介

1、技术性能指标 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：Exiad Ⅱ BT5

2、技术的创造性与先进性

（1）工艺创新：在国内首次提出并验证了利用电化学腐蚀生长 Al2O3 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。
（2）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。

（3）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。

（4）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℃。

3、技术的成熟程度，适用范围

（1）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，针对本项目应属于 现有成熟关键技术。

（2）已攻克的关键技术：电化学生长 AL2O3 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 关键技术是保证本项目顺利进行的基础，是保证本项目 制造出的产品质量的核心技术。

（3）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。

（4）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

（5）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，证明本项目的关键技术比较成熟，产品 技术指标数据是稳定的。

4、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。

成果成熟度

完成中试（区域试验阶段）

成果完成单位

哈尔滨工程大学