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标题: 氦气分析仪的核心：热导式气体传感器深度解析 [打印本页]

作者: xiaoxiaogou 时间: 昨天 11:03
标题: 氦气分析仪的核心：热导式气体传感器深度解析
氦气是自然界中最稳定的惰性气体之一，属于单原子分子，化学性质极不活泼——这就意味着，我们常用的气体检测方法，比如电化学（EC）、非分散红外（NDIR）、催化燃烧、金属氧化物半导体（MOS）等传感器，都很难测试氦气的浓度
但氦气有一个非常突出的物理特性：导热性极强。在0℃、101.325kPa标准条件下，它的热导系数高达0.1426W/(m·K)，在所有常见气体中，仅次于氢气，远高于空气（0.026W/(m·K)）、氮气、氩气等常规气体。这一特性，工业上就使用热导原理来检测氦气的浓度。

热导式氦气传感器的工作原理热导原理的氦气传感器就是利用惠斯通电桥，把的加热器和温度检测器组合在一起,形成一个热导环路。当氦气气体通过热导环路时,它会带走一定的热量,导致环路的温度发生变化。通过测量环路温度的变化,可以确定被测气体中氦气的浓度含量。
氦气的广泛应用，决定了传感器的核心需求氦气被誉为“黄金气体”，广泛应用于国防、军工、医疗、科研、航天、电子、高端制造、、等多个核心领域，而每一个场景都对氦气浓度有严格要求：
1、氦气可作为火箭液体燃料的压送剂和增压剂，大量用于导弹、宇宙飞船和超音速飞机上。
2、氦用作冶炼及焊接时的保护气体，这在造船以及飞机、宇宙飞船、火箭和武器的制造等方面非常重要。
3、氦气有优良的渗透性，用于核反应堆的冷却，火箭和核反应堆的一些管道及电子和电气装置等的检漏。
4、氦气是具有理想气体性质的气体，是极低温度下蒸气压温度计的理想用气。
5、氦气的质量密度、重量密度都低，且不易燃，可用来填充灯泡、霓虹灯管，也是理想的气球及飞艇用气。
6、液体氦可获得接近绝对温度（-273℃）的低温，用于制造超导设备。
7、氦气惰性气体的一种，在血液中的溶解度较氮气低，因而其麻醉性低于氮气，所以常将氦气与氧气混合，作为潜水员的呼吸用气体。
8.氦氧混合气密度为普通空气的1/3，呼吸混合气要比呼吸空气容易，所以也用于治疗气喘病。
9.电子研究：氦在半导体、液晶面板、光纤线路的制造中起着重要作用，可以实现零件的快速冷却，提高生产率。
10.运输和运输设备：由于氦气是沸点低、导热性能优异的气体，广泛应用于散热器换热器、空调模块、油箱和变矩器等重要汽车零部件的检测，以确保其符合质量规格。
11.核磁共振扫描仪是医生常用的成像工具，而氦气可以帮助它内部的超导体原件保持在超低温的状态下，从而使它产生极强的磁场，用来达到检查身体的作用。
12.在超市中，收银员使用的扫码器，其实也叫氦-氖激光器，其中的气体混合物大部分是氦气，这样氦原子可以被激发，并进一步与氖原子碰撞，达到扫码效果，而且氦气的使用也使能量消耗更低，效果也更好。
13.氦气在半导体芯片中可以实现零部件的快速冷却，从而提高生产率，还能控制热传递速率，以改善生产效率并减少缺陷。
其他场景：白炽灯填充（氩-氦混合气延长寿命、提升亮度）、气体激光器、色谱分析载气、管道检漏等，
氦气分析仪是基于不同气体具有不同的热导率以及混合气体热导率随其被测成分含量变化这一物理特性进行工作的。采用热导原理传感器，氦气分析仪中检测氦气浓度的热导传感器推荐：
瑞士Neroxis 热导式气体传感器MTCS2200系列：
热导式气体传感器MTCS2200采用薄膜沉积和硅微机械加工技术在硅片上制成。该装置可测定二元或三元气体混合物的气体浓度。该传感器由一个集成加热器组成，该加热器位于绝缘隔热膜上。两个薄膜电阻用于加热和测量膜的温度[Tm]。两个参考电阻集成在膜旁边的硅片上，以补偿环境温度变化。这四个电阻经过钝化，以防止受到气体的影响，并通过金丝键合与TO8或TO5底座进行电气连接。
瑞士Neroxis热导式气体传感器MTCS2200系列应用：
工业:通过测量二元混合物(Ar，N2中的H2)或准二元混合物（空气中的H2，He或CO2）的热导率来测定气体浓度
燃烧控制:监测天然气中的CH4浓度的气体引擎控制
检测氟利昂（R-11;R-12、R-21、R-22)、CFC或CF3CH2F氟乙烷(R-134或R-404)等制冷剂气体的泄露监测冷却系统
测量空气中的氢气（0-5%或更高浓度）、氦气(0-5000ppm）或氙气
安全工业过程控制、园艺、食品储存、发酵过程控制
微型真空装置，如微型皮拉尼压力真空计
基于导热系数的空气微型绝对湿度传感器
饮料行业(CO2浓度)
荷兰XenSor 热导式气体传感器XEN-3880-RW-3：

XEN-3880-RW-3导热系数计测量周围的热导率气体，原理是气体的不同它们的导热性好，可以用来测量气体浓度在二元混合物或准二元混合物，其中成分气体具有不同的导热系数，也可以是用于测量真空系统中的压力。
传感器芯片由一个硅框架和一个合成膜，中间是一个加热器，用热电堆测量它的温度和芯片之间的热导率测量环境和膜的中心。在薄膜和顶部有一个硅盖（屋顶)带有过滤器的焊接帽（W)抑制流量敏感度。
荷兰XenSor热导式气体传感器XEN-3880-RW-3应用：氢，氦和天然气测量、用氦测试氢系统、包装和真空系统的真空测量、气体浓度测量

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