吴健 韩文 程珍珍 杨彬 孙利利 王迪朱程鹏 张勇† 耿明昕 景龑

1) (西安交通大学电气工程学院, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049)

2) (国网陕西省电力公司电力科学研究院, 西安 710199)

与常规电离式传感器相比, 碳纳米管三电极电离式气体传感器具有体积小、工作电压低的优势, 对智能电网、泛在物联网的发展具有重要作用, 但存在输出电流低、灵敏度低的缺点, 需要从结构上对其进行优化.本文基于汤生放电原理, 采用COMSOL Multiphysics 多物理场直接耦合分析软件, 建立了传感器二维等离子体放电流体仿真模型.研究得到了8 种不同结构的传感器, 在氮气背景中的静电场分布及传感器收集极平均电流密度.通过对比不同结构参数下的电场强度及电流密度值, 得到了最优传感器结构.结合仿真结果, 制备了8 种优化结构的传感器进行实验验证, 最优传感器结构具有最高的收集电流密度, 与仿真结果一致, 证明了本文提出的结构优化方法的可行性.基于最优结构, 制作了100 和120 µm 极间距的传感器, 获得了NO/SO2两组分混合气体的敏感特性.与其他技术相比, 最优传感器的灵敏度比现有技术高1—2 个数量级, 展示了三电极电离式碳纳米管传感器的应用潜力.

1 引 言

随着工业、农业等基础行业以及电子、IT 等新兴行业的共同发展, 国家对电力、煤炭等能源物联网的发展提出了更高的要求, 而气体传感器能够为物联网实时地, 按一定频率周期地采集环境信息,是物联……