【ZiDongHua 之“技术文章区”收录关键词： MEMS 传感器 气体传感器】

 

什么是MEMS催化燃烧气体传感器?

 

本文主要讲述什么是MEMS催化燃烧气体传感器。

MEMS催化燃烧传感器是一种用于检测可燃气体的微型化设备，它利用MEMS技术将传统的催化燃烧传感器小型化、集成化。MEMS催化燃烧传感器的核心原理是 “无焰催化燃烧”，传感器内部通常包含两个关键元件：检测元件和补偿元件，检测元件涂覆有催化剂，补偿元件通常不涂覆催化剂或催化剂失活，用于环境补偿。当可燃气体，如甲烷、氢气等与检测元件表面的催化剂接触时，会在远低于其直接点燃温度的条件下发生催化氧化反应，这个过程产生热量，引起检测元件的温度变化，进而导致其电阻变化。这两个元件通常构成惠斯通电桥，检测元件电阻的变化会破坏电桥的平衡，输出一个与气体浓度成比例的电信号，从而实现对可燃气体的定量检测。

图 催化燃烧气体传感器工作原理

一个典型的MEMS催化燃烧传感器包括微加热板和催化层。微加热板基于硅基MEMS工艺制备，包含一个绝缘层、一个铂微型加热电极，以及背腔结构以提供良好的热隔离，减少热量损失，降低功耗。催化层是传感器的“嗅觉”核心，通过丝网印刷或磁控溅射或旋涂等技术，将高比表面积的载体，如多孔陶瓷、介孔氧化铝薄膜等和贵金属催化剂，如铂Pt、钯Pd或其合金纳米颗粒形成的复合材料，精确地沉积在微加热板上。检测元件和参考元件通常对称设计，参考元件只有载体材料。

图SGX Sensortech MP7227MEMS芯片

市面上较为成熟的产品为SGX Sensortech MP7227，它是一款用于甲烷检测的微型MEMS传感器，具有低功耗和抗中毒特性，适用于电池供电的便携检测仪。MP7227采用硅基MEMS工艺制造，MEMS芯片背面通过湿法腐蚀技术制作了两个硅槽，这种结构有助于热隔离，减少热量损失，从而降低功耗。芯片正面则形成了两个悬膜，分别对应检测区和补偿区，敏感材料(如催化剂)通过丝网印刷等方式沉积在这些区域。为了确保在工业环境中的可靠性和安全性，MP7227采用了防爆金属外壳，内部还包含金属烧结网，用于阻燃、机械防护和抗气流干扰，以及干燥剂等结构。