一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块的制作方法

本实用新型涉及一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块。

背景技术：
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矿井瓦斯浓度的实时准确检测是确保安全生产的重要手段，目前矿用瓦斯传感器主要分为载体热催化式、热导式、光干涉式和红外光学吸收式等，其中热导式是应用最广的高浓度瓦斯检测方式。传统热导式瓦斯传感器采用载体热催化传感器制作工艺，敏感元件为丸珠状小球，该类传感器存在灵敏度偏低、功耗大等缺点，因其生产中存在较多手工环节，特别是敏感小球的手工绕丝，导致元件的一致性差，配对困难等问题，从而导致该类传感器成品率低、质量相差大、机械强度低等缺点。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是提供一种减少了能量损耗，增强了传感器的稳定性，且工艺一致性好，制作成本低廉的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，其组成包括: Al₂O₃基板，所述的Al₂O₃基板连接Pt电阻条，所述的Pt电阻条为弓形设置，所述的Al₂O₃基板与所述的Pt电阻条均连接催化剂层，所述的Pt电阻条的左侧连接左焊盘，所述的左焊盘连接所述的Al₂O₃基板，所述的Pt电阻条的右侧连接右焊盘，所述的右焊盘连接所述的Al₂O₃基板，所述的左焊盘具有左焊孔，所述的右焊盘具有右焊孔；所述的Al₂O₃基板、所述的Pt电阻条、所述的催化剂层组成敏感体。

所述的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，所述的左焊孔焊接Pt左焊线，所述的右焊孔焊接Pt右焊线，所述的Pt左焊线连接左支撑板，所述的Pt右焊线连接右支撑板，所述的左支撑板与所述的右支撑板均连接标准铜柱元件，所述的标准铜柱元件的底部左侧连接左支撑柱，所述的标准铜柱元件的底部右侧连接右支撑柱。

所述的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，所述的敏感体通过非气密性铝外壳封装形成敏感元件，所述的非气密性铝外壳的顶部中间具有开口，所述的敏感体通过气密性铝外壳封装形成补偿元件，所述的补偿元件的所述的敏感体上复合退敏剂，所述的敏感元件与所述的补偿元件均装在粉末冶金外壳内，所述的左支撑柱与所述的右支撑柱均穿过所述的粉末冶金外壳。

有益效果：

1.本实用新型能够与钻孔窥视仪联用，实现钻孔内不同深度的瓦斯浓度的测定，瓦斯检测浓度范围为5%-100%。

随着微机电制造（MEMS）技术的发展，微型贴片式传感器的制作成为普遍技术，并被应用于各种气体传感器的制造，具有微型低功耗、工艺一致性好等优点；本实用新型采用电化学腐蚀生长工艺制作瓦斯传感器载体基片，通过在基片上丝网印刷铂浆电极形成敏感体，在电极表面添加催化剂和退敏剂黑化后，制造出瓦斯敏感元件；该类敏感元件配对封装后可作为热导型气体传感器使用，具有成品率高、功耗低、抗震等显著优点。

本实用新型的气体传感器采用热导原理对甲烷浓度进行测定，选用阵列孔陶瓷三氧化二铝Al₂O₃对载体进行了优化，减少了能量损耗，增强了传感器的稳定性，且工艺一致性好，制作成本低廉，适合大批量生产及使用。

附图说明：

附图1是本产品敏感体的结构示意图。

附图2是附图1的B-B向剖面图。

附图3是敏感体与标准铜柱元件的结构示意图。

附图4是本产品的组装图。

附图5是本产品阵列孔AL₂O₃基板表面SEM图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，其组成包括: Al₂O₃基板1，所述的Al₂O₃基板连接Pt电阻条2，所述的Pt电阻条为弓形设置，所述的Al₂O₃基板与所述的Pt电阻条均连接催化剂层3，所述的Pt电阻条的左侧连接左焊盘4，所述的左焊盘连接所述的Al₂O₃基板，所述的Pt电阻条的右侧连接右焊盘5，所述的右焊盘连接所述的Al₂O₃基板，所述的左焊盘具有左焊孔6，所述的右焊盘具有右焊孔7；所述的Al₂O₃基板、所述的Pt电阻条、所述的催化剂层组成敏感体8。

实施例2：

实施例1所述的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，所述的左焊孔焊接Pt左焊线9，所述的右焊孔焊接Pt右焊线10，所述的Pt左焊线连接左支撑板11，所述的Pt右焊线连接右支撑板12，所述的左支撑板与所述的右支撑板均连接标准铜柱元件13，所述的标准铜柱元件的底部左侧连接左支撑柱14，所述的标准铜柱元件的底部右侧连接右支撑柱15。

实施例3：

实施例2所述的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，所述的敏感体通过非气密性铝外壳16封装形成敏感元件，所述的非气密性铝外壳的顶部中间具有开口17，所述的敏感体通过气密性铝外壳18封装形成补偿元件，所述的补偿元件的所述的敏感体上复合退敏剂，所述的敏感元件与所述的补偿元件均装在粉末冶金外壳19内，所述的左支撑柱与所述的右支撑柱均穿过所述的粉末冶金外壳。

实施例4：

上述实施例所述的一种应用于钻孔窥视仪的热导型高浓瓦斯检测模块，（1）由敏感元件、补偿元件和粉末冶金外壳组成热导传感器。敏感元件和补偿元件的结构相似，由铝封装外壳、标准铜柱元件、敏感体组成，其中敏感元件的封装外壳为非气密性铝外壳，顶部中间开口，开口直径2mm；补偿元件的敏感体上增加了退敏剂，对甲烷不敏感，补偿敏感元件因环境温度和湿度的变化引起的阻值变化。

传感器封装工艺过程为：将敏感体通过点焊工艺焊接到标准铜柱元件上，滴涂催化剂后自然风干，然后通电烧结和老化，最后将制备的敏感元件和补偿元件通过电脑自动配对，完成配对后采用冶金粉末外壳进行封装。

（2）该热导传感器的关键是敏感体，由阵列孔Al₂O₃基板、Pt电阻条和催化剂层组成，其结构如附图1、附图2所示。

阵列孔Al₂O₃基板尺寸为2mm×1.6mm×0.1mm，孔径大小介于0.00008-0.00015mm，如附图5所示。该Al₂O₃基板通过二次阳极氧化法获得，溶液中草酸和硫酸比例为4：1，氧化时间大于8小时。

电阻条采用丝网印刷工艺制作而成，材料为Pt浆料、形状为弓形，宽0.13-0.15mm，电阻值控制在2 0.2，两端有06mm*06mm的正方形焊盘，焊盘中间保留直径为0.2mm的焊孔。

催化剂层采用滴涂工艺形成，催化剂体系为Pt-Pd-Al₂O₃，其中Pt:Pd为2：1，具体步骤为将Pt、Pd盐溶液与一定浓度的硝酸铝溶液混合，采用毛细管将混合溶液滴涂到敏感体上，然后对敏感体通电烧结，烧结温度为600℃左右，重复上述步骤3-5次，催化剂层需要覆盖Pt电阻条。对于补偿元件，在所有工序完成后要滴涂退敏剂。

该热导传感器与惠斯登电桥联合使用，工作电压为2.0v，灵敏度为1.5mv/1%CH4，功耗约150mW，测定范围为5%-100%。