vr赛车

NTC温度传感器生产厂家
专注温度传感器12年,可特殊定制

热门搜索: 热敏电阻厂家 |

您当前所在的位置:主页 > 新闻中心 > 新闻中心

把Pt薄膜温度传感器嵌入微型气体传感器中的微加

时间:2019-02-23   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:
Pt薄膜温度传感器(Pt T传感器)嵌入微型气体传感器中,用于测量和控制工作温度。vr赛车描述了Pt T传感器和微型加热器的电阻,其中温度在烤箱中变化并且通过焦耳加热。为了提高Pt T传感器的温度测量精度,vr赛车研究了Pt T传感器,微加热器和工作温度之间的相关性,线性比例关系表示为:T 2  = 6.466R 1 - 642.8,其中T 2  = Pt微加热器的温度和R 1 = Pt T传感器的电阻。由于通过Pt T传感器和微加热器之间的物理分离间隙校准的误差,可以通过Pt T传感器测量和控制微型气体传感器中的微加热器的温度。对于Pt T传感器在微气体传感器中的实际应用,表征了制造的微气体传感器对25ppm CO和1ppm HCHO气体的气体传感特性。

实验程序包括微气体传感器设计和制造,微加热器和Pt T传感器的电阻测量。vr赛车使用IR相机(FLIR T 420,FLIR,USA)测量微气体传感器的温度,以与Pt T传感器的结果进行比较。Pt T传感器嵌入微气体传感器中,该传感器具有电极,微加热器,传感材料和膜。微加热器提高温度以激活反应气体的传感材料。电极测量传感材料的电阻,传感材料检测反应气体。调整SiN x膜以实现微型气体传感器的低功耗。大多数微型气体传感器工艺的制造与设计相同,与之前的工作类似[ 11]。Pt T传感器的另一种方法描述如下。在膜上制造微加热器的过程中,Pt T传感器集成在同一层上的微加热器部件附近,间隔距离为20μm,用于电隔离,如图1所示  。芯片尺寸为2828μm×2828μm。加热器尺寸为190μm×190μm,厚度为200nm。膜尺寸为1401μm×1401μm。微加热器的宽度为10μm。


图。1
a微型气体传感器的设计,包括Pt T传感器,b微型加热器的微型Pt薄膜温度传感器的光学显微镜图像和制造的微型气体传感器中的膜上的电极

为了测量和控制输入功率微气体传感器的温度,vr赛车执行了由以下四个步骤组成的程序:
 
1、测量温度烘箱中Pt T传感器和微型加热器的电阻变化与25至150°C温度的关系。
2、通过焦耳加热测量微型加热器和Pt T传感器的电阻,使用1至15 mW的直流电源的各种输入功率
3、在焦耳加热期间利用输入功率通过IR相机测量微加热器的温度,以与上述关于微加热器的(1)和(2)的结果进行比较。
4、校准上述(1)和(2)的结果,以测量和控制微加热器的温度,并与(3)的结果进行比较。

Pt T传感器
图  2a示出了温度烘箱中Pt T传感器的电阻变化随温度升高而变化,该温度是线性的。电阻(R 1)分别在25和150℃下为103和145Ω。红线是电阻与温度的线性拟合,可以表示为等式。(1):

[R1=0. 3 3 8 1 T.1+ 94。9 9 ,

其中R 1  = Pt T传感器在温度烘箱中的电阻,T 1  = Pt T传感器的温度等于烘箱温度。
图2
a Pt T传感器的电阻测量值与温度烘箱中25至150°C的温度之间的关系。b Pt T传感器的电阻与焦耳加热的输入功率之比为1至12 mW
 
电阻正比于输入功率,如图。  2 B,其可以被表示为等式 (2):
[RT1= 1。4 4 8 P  + 1 0 2. 4 ,

其中R T1  = Pt T传感器的电阻,通过焦耳加热输入功率,P =功耗。

Pt微型加热器
为了研究由于20μm物理间隙引起的T 1和T 2之间的温差,vr赛车描述了温度烘箱中Pt微加热器的电阻变化。如图3a所示,  温度烘箱中在25℃和150℃下的电阻分别为127和171Ω。斜率的变化是温度的线性函数,红线是线性拟合,表示为方程式。(3):

[R2=0. 3 5 1 1 T.2+ 118。3 ,


其中R 2  =微加热器在温度烘箱中的电阻,T 2  = Pt微加热器的温度。
图3
a微型加热器的电阻是在温度烘箱中随温度升高25至150℃而测量的。b通过直流电源输入功率为2至20 mW来测量微型加热器的电阻

图  3 3b示出的电阻与输入功率,其是直链的比例关系表示为等式之间的相关性。(4):
[R2= 3。2 8 8 P  + 125。1 ,

其中R 2  =微加热器的电阻,通过焦耳加热输入功率,P =功耗。
Pt微加热器的电阻分别为131和174Ω,分别为2和15mW。
 
vr赛车假设方程中的R 2。(3)等于公式中的R 2。(4)了解Pt微加热器的输入功率和温度之间的关系,它是从两个Eqs得到的。(3)和(4),如图所示。  4。等式(5)是通过计算等式的输入功率进行的温度测量。图4中的(3)和(4)  。
?2= 9。3 6 7 P  + 19。3 9
图4
所述嵌合红线线性是温度测量与从计算公式输入功率。(3)和(4)。的红点显示温度对由IR相机测量功耗。Pt微加热器和IR相机的温度显示出几乎相同的线性度

为了与来自IR相机的测量结果进行比较,通过IR相机(T420,FLIR,USA,发射率= 0.5)测量Pt微加热器的温度。图4中的红点  表示带有输入功率的Pt微加热器温度,在图4中显示几乎相同的线性斜率  。通过微型加热器测量的这些结果与IR相机结果非常一致。

R 1  = Pt T传感器的电阻
R 2  = Pt微加热器的电阻
P =功耗。
 
通过Pt T传感器和Pt微加热器之间的20μm物理间隙出现热损失,其通过输入功率产生热量。最后,为了使用Pt T传感器测量和控制Pt微加热器的温度,vr赛车需要研究Pt T传感器的电阻与Pt微加热器温度之间的关系如下。等式(1)通知的Pt?传感器(R的电阻1)在T 1。P 1是消耗功率以达到Pt T传感器R 1至Eq的电阻。(2)。提供P 1功率消耗的Pt微加热器的温度是来自等式1的 T 2。(5)。vr赛车可以通过上述程序和计算得到两个图。( 1),( 2)和( 5),如图 4所示 ,其显示T 1低于图  5中的 T 2。
图5
T 2和T 1相对于Pt T传感器的电阻,其通过计算均方根得到。(1),(2)和(5)

图  6显示了原位工作温度对25ppm CO和1ppm HCHO气体的气体响应,这是通过使用具有Pt T传感器的SnO 2薄膜传感材料制造的微气体传感器获得的(也参见表  1)。当输入功率从17mW达到210℃至39mW达到391℃时,制造的微气体传感器与气体反应,同时通过Pt T传感器测量工作温度。制造的气体传感器对25ppm CO和1ppm HCHO气体的气体响应分别在17.6mW时为1.13和1.26,在39.6mW时分别为2.68和4.82。

图6
气体响应(R a / R g)导致25 ppm CO和1 ppm HCHO气体,工作温度由Pt T传感器的电阻获得

表格
具有Pt T传感器的SnO 2气体传感器对25ppm CO和1ppm HCHO气体的气体响应结果
R(Ω) T(°C) 毫瓦 气体反应
CO 25 ppm
 132 210 17.6 1.13
 142 275 24.3 1.24
 152 340 32 2.1
 160 391 39.6 2.68
HCHO 1 ppm
 132 210 17.6 1.26
 142 275 24.3 1.69
 152 340 32 4.72
 160 391 39.6 4.82