《微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法（征求意見稿）》編制說明

1微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法應(yīng)用最廣的一種氣體傳感器?；谖C(jī)電系統(tǒng)（MEMS,2泄漏監(jiān)測、臭味或異味監(jiān)測；另外，隨著健感器研究、生產(chǎn)、應(yīng)用企業(yè)，MEMS半導(dǎo)隨之增多。然而，國內(nèi)外卻沒有針對MEM有普遍適用性的檢測標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)提升MEM3有社會公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)476項(xiàng)，授權(quán)開展CNAS行前列。針對氣體檢測儀器和氣體傳感器建蘇州慧聞納米科技有限公司是一家世界領(lǐng)先的從事智能氣體傳感器研盛頓州立大學(xué)、中科院研究生院、東南大學(xué)、武漢大學(xué)等。公司建有經(jīng)認(rèn)定的企業(yè)研發(fā)中心，已研發(fā)出針對多種有毒有害氣體（如甲醛、酒精、氨其中發(fā)明專利近20項(xiàng)。在昆山建成了國內(nèi)首條年產(chǎn)千萬級芯片的MEMS氣體傳感器生產(chǎn)線，同時(shí)公司作為智能氣體傳感器行業(yè)引領(lǐng)者，與中科院、清華等單位共同承擔(dān)科技部2030“面向新一代人工智能的新型感知器件和4成立了由蘇州市計(jì)量測試院為牽頭單位，蘇州慧聞納米有限公司等相關(guān)單位為協(xié)作單位的標(biāo)準(zhǔn)工作組，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研、起草、編制和修標(biāo)準(zhǔn)工作組工作人員對多家傳感器企業(yè)進(jìn)行了走訪調(diào)研，并參考類似和相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)針對氣體傳感器的主要技術(shù)要求，深入研究、綜合分析、試依據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)、政策，收集、整理全省的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件和資料，依托江蘇省納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的技術(shù)支撐，由標(biāo)準(zhǔn)工作組工作人員根據(jù)前期調(diào)研、分析結(jié)果，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)初期編制，完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，編寫出“微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法”地方標(biāo)準(zhǔn)草標(biāo)準(zhǔn)草案稿編制完成后，標(biāo)準(zhǔn)工作組在蘇州召開了標(biāo)準(zhǔn)稿件的征求意標(biāo)準(zhǔn)草案，此后，發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)正式征求意見稿，在全省范圍內(nèi)征求各有關(guān)方討論征求意見回復(fù)及完成草案修改。組織標(biāo)準(zhǔn)預(yù)評審會對修改后的草案進(jìn)s6主要內(nèi)容包括：一、范圍；二、規(guī)范性引用文件；三、術(shù)語和定義；MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)有低功耗、高靈敏度、檢出限低、響應(yīng)時(shí)間快等。針對以上特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了傳感器最低檢測濃度項(xiàng)目，體現(xiàn)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器檢出限低的優(yōu)勢。響應(yīng)時(shí)間項(xiàng)目主要反映傳感器的MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的缺點(diǎn)主要有選擇性差，易中毒等。標(biāo)準(zhǔn)中引入抗干擾氣體性能、抗中毒性能檢測項(xiàng)目，通過將傳感器暴露在已知或使用方要求的干擾氣體或毒性氣體中，定量測試傳感器暴露后的響應(yīng)情況，除了常規(guī)條件下的性能檢測，標(biāo)準(zhǔn)還涉及了溫濕度影響試驗(yàn)、長期穩(wěn)方法驗(yàn)證試驗(yàn)以MEMS甲烷半導(dǎo)體氣體傳感器為例，傳感器尺寸約為5mm×5mm×1mm，額定工作電壓為3.3V，標(biāo)識測量范圍為(500～10000）試驗(yàn)，檢測裝置由制造商（蘇州慧聞納米科技有限公司7MEMS甲烷半導(dǎo)體氣體傳感器實(shí)物圖傳感器檢測裝置實(shí)物圖試驗(yàn)方法：將傳感器從檢測裝置上取下，只將檢測裝置連接到功率計(jì)讀取檢測裝置的功率值W0，將傳感器安裝在檢測裝置上，再將檢接到功率計(jì)上，給檢測裝置施加傳感器額定工作電壓，待功率計(jì)顯示的功率值穩(wěn)定后，讀取功率值W0C，兩者只差即為傳感器的功率WC。8試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測裝置功率/mW檢測裝置+傳感器功率/mW傳感器功率/mW40.9101.860.9試驗(yàn)方法：將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)V0/VVs/VVr/VVi/V0.0281.2921.2911.2941.2941.2951.2961.2981.2071.2991.298試驗(yàn)方法：將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，注入試驗(yàn)氣體，使?jié)舛仍囼?yàn)箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到2000μmol/mol（5000μ9試驗(yàn)數(shù)據(jù)mol/mol基礎(chǔ)信號值/V通氣穩(wěn)定后輸出信號值/V差值/V20002.230.9850002.4580002.54試驗(yàn)方法：將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄檢測裝置輸出信號值V0，注入試驗(yàn)氣體，使箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到2000μmol/mol，并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號值Vs。將濃度試驗(yàn)箱內(nèi)氣體排凈，待傳感器在潔凈空氣中穩(wěn)定后，重新迅速注入上述試驗(yàn)氣體并開始計(jì)時(shí)，記錄檢測裝置輸出信號值達(dá)到Vs的90%的時(shí)間氣體濃度下達(dá)到穩(wěn)定值后，將傳感器檢測裝置迅速移出濃度試驗(yàn)箱至潔凈空氣中并開始計(jì)時(shí)，記錄檢測裝置輸出信號試驗(yàn)數(shù)據(jù)氣體濃度/μmol/mol響應(yīng)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間500021s試驗(yàn)方法：將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄排空步驟，共檢測8h。試驗(yàn)數(shù)據(jù)02h4h6h8h漂移零點(diǎn)信號值15.2%標(biāo)氣信號值2.542.522.522.522.5312.7%將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，向濃度試驗(yàn)箱中中毒后試驗(yàn)數(shù)據(jù)mol/mol基礎(chǔ)信號值/V通氣穩(wěn)定后輸出信號值/V差值/V20000.930.2350000.960.3880000.960.51試驗(yàn)箱內(nèi)氣體排凈，打開濃度試驗(yàn)箱門，然后使環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恢復(fù)至試驗(yàn)數(shù)據(jù)mol/mol基礎(chǔ)信號值/V通氣穩(wěn)定后輸出信號值/V差值/V20002.152.370.2250002.112.450.3480002.082.510.43試驗(yàn)箱內(nèi)氣體排凈，打開濃度試驗(yàn)箱門，然后使環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恢復(fù)至試驗(yàn)數(shù)據(jù)（甲烷傳感器，標(biāo)識測量范圍：(500～10000）μmol/molmol/mol基礎(chǔ)信號值/V通氣穩(wěn)定后輸出信號值/V差值/V20000.940.2550000.980.4180000.46將傳感器檢測裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，將濃度試驗(yàn)箱放入環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，打開濃度試驗(yàn)箱門，按小于1℃/min的升溫速率升溫至試驗(yàn)箱內(nèi)氣體排凈，打開濃度試驗(yàn)箱門，然后使環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恢復(fù)至試驗(yàn)數(shù)據(jù)mol/mol基礎(chǔ)信號值/V通氣穩(wěn)定后輸出信號值/V差值/V20002.070.1950002.190.3380002.270.44目前國內(nèi)外相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，多是針對氣體檢測儀器的，針對傳感器氣體傳感器主要作為氣體檢測儀器的重要組成部分，傳感器的檢測只由研發(fā)傳感器的制造商進(jìn)行，使用方關(guān)心的只是終端產(chǎn)品氣體檢測儀器能否通氣體傳感器體積微小，卻基本具備了氣體檢測儀器的功能，而且還可以作為檢測模塊集成在任何需要應(yīng)用的設(shè)備中，因此，氣體檢測儀器類標(biāo)準(zhǔn)已對于傳感器的檢測，可以參考?xì)怏w檢測儀器的檢測標(biāo)準(zhǔn)，但傳感器的檢測與氣體檢測儀器的檢測有很大不同。首先，傳感器體積很小，且易受氣流沖擊影響，不能像氣體檢測儀器那樣通過標(biāo)定罩實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣檢測，更多的需要應(yīng)用檢測試驗(yàn)箱。其次，傳感器檢測時(shí)記錄的為傳感器輸出信號值的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)有很多，但不完全適用于氣體傳感器的檢測，電化學(xué)是針對電化學(xué)、催化燃燒原理的氣體傳感器，半導(dǎo)體原理的氣體傳感器與上述兩種有所不同，家用和小型餐飲廚房用燃?xì)鈭?bào)警器及傳感器（GB/T34004-2017）是針對家用和小型餐飲廚房用氣體傳感器，參數(shù)選擇與試驗(yàn)方法上更注重家用和小型餐飲廚房用途，普適性不強(qiáng)。且以上有關(guān)氣體傳突出MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)勢，如功率能夠反映MEMS