r> (9)通过LPCVD技术在催化金属薄膜电阻和薄膜MOS管电极表面淀积5?50nmS12膜，然后利用电子束蒸发技术淀积2?20nm Al2O3膜，形成氢气专一性镀层；
(10)砂轮划片，将硅片基底分裂为单个芯片；
(11)通过共晶焊接技术将芯体背电极焊接于探头管座电极区域；
(12)通过金丝球焊机，利用金丝将芯片表面的引线键合区与探头管座的相应电极连接，形成电气互联。
[0045]上述制备方法中，通常是在整个硅片基底上同时制作多个氢气敏感芯片，然后经过划片裂片机将基底上的多个氢气敏感芯片分隔成单个氢气敏感芯片。
[0046]使用上述氢气传感器在油浸式变压器氢气浓度在线监测的方法，包括以下步骤:
(I)将氢气传感器安装在变压器上，如图4所示，将氢气传感器I的氢气敏感芯片通过变压器15的预留油孔插入变压器油16中，使得氢气敏感芯片直接与变压器油16接触，采用外螺纹卡套将氢气传感器I与变压器15的预留油孔螺纹连接，并通过其他辅助元件防止变压器油渗漏，用连接线17将计算机和氢气传感器的通讯接口连接； (2)测试时，保持氢气敏感芯片5的氢气敏感元件的工作温度处于恒定温度，变压器油16中的氢气分子扩散至氢气敏感芯片5表面，导致第一感测元件钯-铬合金薄膜电阻元件电阻产生变化，第二感测元件钯-铬合金薄膜MOS管电流-电压特性产生变化，氢气感测元件的电气特性变化与变压器油16中的氢气浓度变化成正比例关系，其中，芯片5的恒温通过温度控制单元来控制；
(3)氢气传感器I的电路模块3将氢气敏感元件的电阻变化、电流-电压特性变化转化成电压、电流的模拟信号输出，然后将电路模块3输出的模拟信号发送至计算机，并通过换算，实时监测变压器油16中氢气浓度及其变化速率。
[0047]采用本发明的氢气传感器克服了现有技术中的油气分离膜和CO等故障气体引起的氢气专一性问题，简化了传感器结构，提高了氢气传感器测量精度，并有效降低了传感器维护和使用成本。
[0048]采用本发明的氢气传感器，可直接与变压器油接触，省去了油气分离装置，提高了装置的可靠性，降低了维护成本；另一方面，采用了氢气专一性镀层技术，消除了传感器对CO、C2H2和C2H4等故障气体的交叉响应，可以连续、可靠监测变压器油中的氢气浓度及其变化速率，为准确了解变压器的运行状况提供可靠依据。
[0049]本发明的氢气传感器无需复杂配套设施或设备，安装操作简单。
[0050]本发明的氢气传感器可用于油浸式变压器油中溶解的氢和油枕故障气体中氢气的测量等，氢气浓度可测范围为10?20000ppm。
[0051]以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于油浸式变压器氢气浓度在线监测的氢气传感器，所述氢气传感器包括氢气敏感探头及用于信号转换并向外输出电信号的电路模块，所述氢气敏感探头包括一端与所述电路模块电气连接的电缆排线，其特征在于:所述氢气敏感探头还包括与所述电缆排线的另一端电气连接、与变压器油直接接触的氢气敏感芯片，所述氢气敏感芯片包括基底、设置在所述基底上的电气绝缘层及设置在所述电气绝缘层上的氢气敏感元件，所述氢气敏感元件表面设有用于抑制除氢气外的气体分子扩散通过的氢气专一性镀层。
2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于:所述氢气敏感元件包括分别设置在所述电气绝缘层上的感测第一氢气浓度范围的第一感测元件和感测第二氢气浓度范围的第二感测元件，所述第一氢气浓度范围为1000?20000ppm，所述第二氢气浓度范围为10 ?100ppm0
3.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于:所述第一感测元件和所述第二感测元件的表面分别设有所述氢气专一性镀层。
4.根据权利要求2或3所述的氢气传感器，其特征在于:所述第一感测元件为催化金属薄膜电阻，所述第二感测元件为薄膜MOS管，二者的材质分别为钯-铬合金、钯-镍合金或钮-金合金。
5.根据权利要求1或3所述的氢气传感器，其特征在于:所述氢气专一性镀层为S12膜层、Al2O3膜层、Si 3N4膜层中的一种或者二者以上的复合镀层。
6.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于:所述氢气敏感芯片还包括设置在所述电气绝缘层的用于控制所述氢气敏感元件的工作温度处于恒定温度的温度控制单元。
7.根据权利要求1或2或6所述的氢气传感器，其特征在于:所述电气绝缘层为S12膜层、Si3N4膜层中的一种或者二者的复合膜层。
8.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于:所述氢气传感器还包括具有管腔的管壳及与所述管壳固定连接的具有内腔的外壳，所述外壳的内腔与所述管壳的管腔连通，所述电路模块和所述电缆排线的所述一端位于所述外壳的内腔内，所述电缆排线的所述另一端通过固定机构固定设置在所述管壳的管腔内，所述氢气敏感芯片悬置于所述管壳的管腔内。
9.根据权利要求8所述的氢气传感器，其特征在于:所述固定机构包括具有空腔的第一固定套管、套设在所述第一固定套管外并位于所述第一固定套管和所述管壳之间的第二固定套管及套设在所述第二固定套管外并位于所述第二固定套管和所述管壳之间的密封圈，所述第一固定套管的一端设有封盖，所述电缆排线的所述另一端位于所述第一固定套管的空腔内，所述电缆排线的所述一端穿过所述封盖并所述电缆排线与所述第一固定套管固定设置，所述氢气敏感芯片悬置于所述第一固定套管的空腔内。
10.一种使用权利要求1~9中任一项权利要求所述的用于油浸式变压器氢气浓度在线监测的氢气传感器监测氢气浓度的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)将氢气传感器的氢气敏感芯片插入变压器油中，使得所述氢气敏感芯片与所述变压器油直接接触，并控制所述氢气敏感芯片的氢气敏感元件处于恒定的工作温度； (2)氢气传感器的电路模块将所述氢气敏感元件的电阻变化或电流-电压特性变化转化成电压、电流的模拟信号，所述氢气敏感元件的电阻变化或电流-电压特性变化与所述变压器油中的氢气浓度变化成正比关系； (3)将所述电路模块输出的模拟信号发送至计算机，并通过换算，实时监测所述变压器油中氢气浓度及其变化速率。
【专利摘要】本发明涉及一种用于油浸式变压器氢气浓度在线监测的氢气传感器及其使用方法，传感器包括氢气敏感探头，氢气敏感探头包括与变压器油直接接触的氢气敏感芯片，氢气敏感芯片包括基底、设置在基底上的电气绝缘层及设置在电气绝缘层上的氢气敏感元件，氢气敏感元件表面设有用于抑制除氢气外的气体分子扩散通过的氢气专一性镀层。本发明传感器可直接与变压器油接触，省去油气分离装置，提高了传感器的可靠性，降低了维护成本；另一方面，采用氢气专一性镀层，消除了传感器对CO、C2H2和C2H4等故障气体的交叉响应，可以连续、可靠监测变压器油中的氢气浓度及其变化速率，为准确了解变压器的运行状况提供可靠依据。
【IPC分类】G01N27-04, G01N27-00
【公开号】CN104749223
【申请号】CN201510175955
【发明人】陈梦, 易佩伟, 唐辉, 钟形磊
【申请人】海卓赛思（苏州）传感技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月15日