王洪涛 刘智敏 李秀茹 杨丹 徐晓龙

中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨 150001

0 引言

氢气不仅是无污染清洁能源，也是十分重要的工业原材料，广泛应用于电子、石油、化工、冶金、油脂、医疗、航空、轻工业等领域。但氢气相对分子质量较小，生产、传输和使用过程中易发生泄漏，当空气中氢气含量在4%～75%时，遇火源极易发生爆炸[1]，因此，氢气的准确测量成为了亟需解决的问题，高精度氢气传感器的研究也引起了人们的重视。目前检测氢气的有半导体[2]、催化燃烧[3]、电化学[4]、热导[5-7]等原理的传感器，其中，热导传感器是一种扩散进气型的传感器。由于每种气体的导热率不同，随着被测气体浓度的变化，热导芯体上热敏电阻对被测气体的导热率也不同，热导芯体上敏感电阻温度也随之发生变化，最后导致热导芯体上敏感电阻阻值变化，不会发生化学反应，更不会产生材料的改变，因此，其输出很稳定，长期使用漂移量很小。本文基于热导原理，结合某航天器实际应用需求，设计了一种热导式氢气传感器，采用温度参数和湿度参数对氢气的测量进行补偿，提升传感器的测试准确性。

1 工作原理

传感器所用的敏感元件是基于热导原理的热导式氢敏芯体，型号为TCS208F。敏感元件的内部结构图见图1、芯体腔室结构图见图2、电阻分布图见图3。

由图1～图3可知，氢敏元件由沉积在硅片上的4个薄膜电阻和一层具有电、热隔离特性的薄膜材料组成。4个薄膜电阻中，有2个电阻用于气体浓度的测量，为敏感电阻（Rm1、Rm2）；……