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基于MEMS的微型氢气传感器及其测试系统的研究
| 论文题名： | 基于MEMS的微型氢气传感器及其测试系统的研究 |
| 关键词： | MEMS技术;微型氢气传感器;测试系统;溶胶-凝胶法;二氧化锡薄膜 |
| 摘要： | 氢能具有燃烧放热量高、对环境无污染、资源丰富等优点，被认为是未来取代“化石燃料”的主要能源之一。由于氢气无色无味、易泄漏，且在空气中氢气含量为4％～75％时遇明火极易发生爆炸，因此在氢使用场合一旦出现泄漏极可能会带来危险。近年来，随着燃料电池等氢能应用技术的快速发展，氢安全技术的研究越来越受到人们的重视。 本文以微型氢气传感器及其测试系统为研究对象，结合江苏省自然科学基础研究基金预研项目“微小型化学机械系统的关键技术研究”(BK2004214)的子课题“微化学机械系统的建立及其测试技术”，对微型氢气传感器的结构设计及其仿真分析、基于MEMS微加工技术的氢气传感器制作工艺、氢气传感器测试系统设计，以及氢气传感器在燃料电池汽车安全性中的应用等关键技术作了研究，主要工作及成果包括以下几个方面： (1)在气敏薄膜导电机理和传热学中的有限元法的基础上，提出了微型氢气传感器的设计模型，利用ANSYS软件对氢气传感器的设计参数进行了热分析，具体包括：电极材料的导热率对敏感薄膜温度分布的影响分析、绝缘材料对氢气传感器温度的影响分析、氢气传感器的加热效率与薄区膜片尺寸的关系分析、硅岛结构对气敏薄膜温度分布的影响分析。根据仿真结果，对氢气传感器的结构和尺寸进行了改进，并对改进后的氢气传感器作了性能分析； (2)通过比较MEMS器件加工方法的优缺点，为本文所设计的微型氢气传感器制定了一套加工流程，重点介绍了溶胶-凝胶法制备二氧化锡薄膜的工艺； (3)设计了一套基于虚拟仪器技术的氢气传感器测试系统，利用LabVIEW软件将传统的电路和仪器集成于计算机中，实现了在计算机中对数据进行存储和处理。搭建了用于检验此系统的实验平台，对通入空气和通入氢气这两种状况分别作了测试。根据实验结果，在LabVIEW中模拟得到输出电压随时间变化的波形图； (4)开发了一套基于微型氢气传感器的燃料电池汽车尾气排放监测系统，用于检测燃料电池汽车尾气中的氢含量。然后，进一步提出了氢安全多点监控系统，用于监测燃料电池汽车的氢泄漏。 |
| 作者： | 徐仁庆 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 殷晨波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京工业大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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