[发明专利]一种钯合金薄膜氢气传感器及其制备方法和使用方法

说明书

本发明提出了一种钯合金薄膜氢气传感器及其制备方法和使用方法，属于氢气传感器的技术领域，用以解决氢气传感器中温度传导不均匀、金属器件易与氢气发生反应的技术问题。本发明包括基片，基片其中一面为加热面，另一面为氢敏面，所述加热面上设有加热元件和测温元件，加热元件和测温元件的表面覆盖有阻挡层；所述氢敏面上设有氢敏元件，氢敏元件包括多个相同的氢敏电阻，氢敏电阻组成具有4个桥臂的惠斯通电桥电路，所述4个桥臂上的氢敏电阻的个数相同，且在惠斯通电桥电路其中相对的2个桥臂上的氢敏电阻上覆盖有氢阻挡层。本发明提高了传感器的控温精度、加热元件和测温元件的工作稳定性。

技术领域

本发明属于氢气传感器的技术领域，尤其涉及一种钯合金薄膜氢气传感器及其制备方法和使用方法。

背景技术

氢气由于其燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、核能一起被称为三大新能源。作为一种新能源，氢气在航空、动力等领域得到广泛的应用；同时，氢气作为一种还原性气体和载气，在化工、电子、医疗、金属冶炼等领域有着极为重要的应用价值。但氢气在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏，由于氢气不利于呼吸，无色无味，不能被人鼻所发觉，且在常压下着火点仅为585℃，当空气中氢气含量在4％～75％范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用过程中必须对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。氢气传感器可有效的对氢气浓度进行检测并对氢气泄漏进行监测，在市场的需求下，尤其是由于氢燃料电池汽车的发展，氢气传感器的应用将越来越多。长期以来，人们一直在寻找选择性好、灵敏度高、响应速度快、能耗低、稳定性好、制作工艺简单且易集成化的氢气传感器。

现有的技术方案中，美国H2SCAN公司在中国专利CN1947007B薄膜气体传感器结构中，介绍了一种包括检测小浓度氢气的MOS电容传感器、参考元件、检测大浓度氢气的钯镍合金电阻传感器、电阻加热元件和温度感测元件的气体传感器结构，这种氢气传感器优化了几何结构，降低了热损失，但传感器的结构设计复杂，会使得传感器的生产周期长、生产工艺复杂、成本较高，单个的钯镍合金电阻传感器检测氢气时，由于钯镍合金薄膜在工作温度下具有固有的不稳定性，使得传感器具有固定的漂移特性，使得传感器的标定周期缩短。为了进一步提高传感器的稳定性，申请公布号CN104677952A公开了一种高稳定性薄膜氢气传感器及其使用方法，采用基于惠斯通电桥结构的氢气测量单元，使其灵敏度进一步提高，并改善薄膜氢气传感器的稳定性，提高测量精度。但是，在本申请中，加热元件围绕所述氢气测量单元设置，容易导致氢气测量单元各处温度不一致，距加热元件较近的氢气测量单元的温度较高，导致其电阻产生波动，影响传感器精度。此外，加热元件及温度传感元件均由金属材料制成，传感器在工作的过程中氢气与加热元件和温度传感元件的金属也会发生化学反应生成金属氢化物，进而引起金属材料电阻率的变化，影响加热元件和温度传感元件的稳定性。

发明内容

针对氢气传感器中温度传导不均匀、金属器件易与氢气发生反应的技术问题，本发明提出一种钯合金薄膜氢气传感器及其制备方法和使用方法，本发明提高了传感器的控温精度、加热元件和测温元件的工作稳定性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钯合金薄膜氢气传感器，包括基片，基片其中一面为加热面，另一面为氢敏面，所述加热面上设有加热元件和测温元件，加热元件和测温元件的表面覆盖有阻挡层；所述氢敏面上设有氢敏元件，基片上设有金属连线和焊盘，金属连线通过焊盘与加热元件、测温元件和氢敏元件连接。

所述氢敏元件包括多个相同的氢敏电阻，氢敏电阻组成具有4个桥臂的惠斯通电桥电路，所述4个桥臂上的氢敏电阻的个数相同，且在惠斯通电桥电路其中相对的2个桥臂上的氢敏电阻上覆盖有氢阻挡层。

所述金属连线和焊盘设于加热元件、测温元件、氢敏电阻的端口处。

所述氢敏元件包括4个相同的氢敏电阻，惠斯通电桥电路中每个桥臂上设有1个氢敏电阻。