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

CCSL40備案號(hào)：江DB32Testmethodofperformanceofsemiconductorgasse江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布DB32/TXXXX-XXXX 12規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4試驗(yàn)條件 5檢測(cè)方法 26記錄 5附錄A濃度試驗(yàn)箱裝置介紹與氣體配置方法 7參考文獻(xiàn) 9DB32/TXXXX-XXXX本文件按GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》編制。本文件由江蘇省納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：蘇州市計(jì)量測(cè)試院、蘇州慧聞納米科技有限公司本文件主要起草人：史蘇娟、方丹、耿彥紅、王瑞、董亮華、徐春、王震、孫旭輝。微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法本文件規(guī)定了微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)的試驗(yàn)條件、檢測(cè)方法、記錄。本文件適用的微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器可檢測(cè)氣體種類包括但不限于甲烷、一氧化碳、硫化氫、氮氧化物等無(wú)機(jī)氣體，以及烷烴、醇、醚、酯、酸、苯系物等揮發(fā)性有機(jī)氣體。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T34004-2017家用和小型餐飲廚房用燃?xì)鈭?bào)警器及傳感器3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器Micro-Electro-MechanicalSystems（MEMS）semiconductorgassensor一種基于半導(dǎo)體敏感材料，采用微機(jī)電系統(tǒng)加工工藝制作的，能感受氣體（組分、分壓）并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。3.2傳感器檢測(cè)裝置sensortestmodule用于將傳感器特性轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的測(cè)試裝置。[來(lái)源：GB/T34004-2017，3.5]4試驗(yàn)條件4.1檢測(cè)條件實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境條件應(yīng)符合以下要求：a)環(huán)境溫度15~30）℃,試驗(yàn)過(guò)程中溫度波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)±2℃;b)相對(duì)濕度35~80）%，試驗(yàn)過(guò)程中濕度波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)±5%RH；c)大氣壓力86~106）kPa。4.2試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合以下要求：2a)秒表：分度值不大于0.1s；b)功率計(jì)：功率(0~10)W，分辨力0.1mW，最大允許誤差：±10%；c)電壓表：直流電壓（0～50）V，準(zhǔn)確度級(jí)別優(yōu)于1.0級(jí)；d)濃度試驗(yàn)箱：試驗(yàn)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣體配置方法參照附錄A。4.3樣品準(zhǔn)備4.3.1試驗(yàn)前檢查傳感器表面有無(wú)腐蝕、起泡現(xiàn)象，有無(wú)明顯劃傷、裂痕、毛刺等機(jī)械損傷。4.3.2試驗(yàn)前待試驗(yàn)的樣品應(yīng)在4.1規(guī)定的環(huán)境條件下通電預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間根據(jù)制造商的規(guī)定。4.3.3為了測(cè)試的目的，傳感器送檢同時(shí)提供檢測(cè)裝置，在測(cè)試傳感器信號(hào)輸出時(shí)把傳感器安裝在該裝置上進(jìn)行試驗(yàn)。4.3.4樣品檢測(cè)項(xiàng)目與樣品編號(hào)對(duì)應(yīng)表見表1。完成全部檢測(cè)項(xiàng)目需要的樣品數(shù)量為8只，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)樣品予以編號(hào)。具體樣品數(shù)量根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目與客戶協(xié)商確定。表1檢測(cè)項(xiàng)目與樣品編號(hào)對(duì)應(yīng)表序號(hào)章條檢測(cè)項(xiàng)目傳感器編號(hào)1234567815.1功率√√25.2傳感器最低檢測(cè)濃度√√√√√√√√35.3傳感器檢測(cè)誤差√√√√√√√√45.4響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間√√√√√√√√55.5漂移√√√√√√√√65.6抗干擾氣體性能√√75.7抗硅中毒性能√√85.8耐高溫性能√√95.9耐低溫性能√√5.10耐恒定濕熱性能√√5.11耐振動(dòng)性能√√5.12耐跌落性能√√5.13長(zhǎng)期穩(wěn)定性√√5檢測(cè)方法5.1功率將傳感器從檢測(cè)裝置上取下，只將檢測(cè)裝置連接到功率計(jì)上，給檢測(cè)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，讀取檢測(cè)裝置的功率值W0。將傳感器安裝在檢測(cè)裝置上，再將檢測(cè)裝置連接到功率計(jì)上，給檢測(cè)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，按式(1)計(jì)算傳感器的功率WC。3式中：WC－待測(cè)傳感器的功率；W0C－傳感器和檢測(cè)裝置的功率；W0－檢測(cè)裝置的功率；5.2傳感器最低檢測(cè)濃度將傳感器檢測(cè)裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值V0，并取其穩(wěn)定后的10次輸出信號(hào)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差Vr，注入試驗(yàn)氣體，使?jié)舛仍囼?yàn)箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)檢測(cè)下限濃度，并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值Vs，逐漸增加濃度試驗(yàn)箱內(nèi)的氣體濃度，直至Vs-V0≥3Vr，此時(shí)濃度試驗(yàn)箱內(nèi)的氣體濃度即為傳感器最低檢測(cè)濃度。注：試驗(yàn)氣體應(yīng)與傳感器檢測(cè)氣體一致，若為揮發(fā)性有機(jī)氣5.3傳感器檢測(cè)誤差將傳感器檢測(cè)裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使?jié)舛仍囼?yàn)箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到規(guī)定濃度并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值Vs。計(jì)算傳感器響應(yīng)因子S。并計(jì)算響應(yīng)因子與傳感器響應(yīng)曲線上對(duì)應(yīng)值的誤差。注：規(guī)定濃度為傳感器響應(yīng)曲線上均勻分布的兩點(diǎn)及以上，傳感器響應(yīng)曲式中：S－響應(yīng)因子；V0－零點(diǎn)輸出信號(hào)值；Vs－規(guī)定濃度氣體測(cè)試時(shí)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；5.4響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間將傳感器檢測(cè)裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)測(cè)量范圍上限值的50%，并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)裝置輸出信號(hào)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(cè)裝置輸出信號(hào)值達(dá)到Vs的90%的時(shí)間（T90該時(shí)間段為響應(yīng)時(shí)間；與響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法相同，待傳感器在試驗(yàn)氣體濃度下達(dá)到穩(wěn)定值后，將傳感器檢測(cè)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(cè)裝置輸出信號(hào)值達(dá)到V0的1.1倍時(shí)的時(shí)間，該時(shí)間段為恢復(fù)時(shí)間（T10）。注：對(duì)于有曲線輸出的傳感器檢測(cè)裝置，只需要45.5漂移將傳感器檢測(cè)裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄零點(diǎn)輸出信號(hào)值Z0，向濃度試驗(yàn)箱中注入試驗(yàn)氣體，使箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)測(cè)量范圍上限值的50%，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)排空步驟，共檢測(cè)8h。按式(3)計(jì)算零點(diǎn)漂移，取絕對(duì)值最大的Δz作為儀器的零點(diǎn)漂移。按式(4)計(jì)算量程漂移，取絕對(duì)值最大的Δs作為儀器的量程漂移。式中：－零點(diǎn)漂移；－量程漂移；Z0－零點(diǎn)輸出信號(hào)值；S0－初次試驗(yàn)氣體測(cè)試時(shí)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；Zi－第i次零點(diǎn)輸出信號(hào)值；Si－第i次試驗(yàn)氣體測(cè)試時(shí)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；5.6抗干擾氣體性能將傳感器檢測(cè)裝置放置于濃度試驗(yàn)箱中預(yù)熱穩(wěn)定后，記錄檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)測(cè)量范圍上限值的50%，并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值Vs。將試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)氣體排凈，使傳感器在潔凈空氣中穩(wěn)定，然后向濃度試驗(yàn)箱中注入干擾氣體R，待箱內(nèi)氣體濃度穩(wěn)定時(shí)開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值Vr。按式(5)計(jì)算干擾誤差X。測(cè)試完成后在潔凈空氣中恢復(fù)1h后再進(jìn)行下一個(gè)干擾氣體測(cè)試。式中：V0－潔凈空氣中檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；Vs－試驗(yàn)氣體測(cè)試時(shí)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；Vr－干擾氣體測(cè)試時(shí)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)值；5.7抗硅中毒性能將傳感器檢測(cè)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)箱中注入六甲基二硅醚，使試驗(yàn)箱內(nèi)濃度達(dá)到（10±3）×10-6（體積分?jǐn)?shù)保持1h，然后將試驗(yàn)箱內(nèi)氣體排凈，保持1h后，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.8耐高溫性能將傳感器檢測(cè)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的升溫速率升溫至規(guī)定溫度，穩(wěn)定2h，關(guān)閉濃度試驗(yàn)箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后將濃度試驗(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)至常溫。注：規(guī)定溫度由根據(jù)制造商要求，若無(wú)要求則采用55℃±2℃。5.9耐低溫性能將傳感器檢測(cè)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的降溫速率降溫至規(guī)定溫度，穩(wěn)定2h，關(guān)閉濃度試驗(yàn)箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后將濃度試驗(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)至常溫。注：規(guī)定溫度由根據(jù)制造商要求，若無(wú)要求則采用-10℃±2℃。5.10耐恒定濕熱性能將傳感器檢測(cè)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40℃±2℃,再以小于5%/min的速率將環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)的相對(duì)濕度增至93%±3%，穩(wěn)定2h，關(guān)閉濃度試驗(yàn)箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后將濃度試驗(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)至正常溫濕度范圍。5.11耐振動(dòng)性能將傳感器固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上。啟動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，使其在（10～150）Hz頻率范圍內(nèi)，以5m/s2加速度，以1oct/min的速率，分別在X、Y、Z三個(gè)軸線上各掃頻10次。試驗(yàn)后，檢查傳感器外觀。然后將傳感器安裝在檢測(cè)裝置上，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.12耐跌落性能將非包裝狀態(tài)的傳感器從250mm的高度自由跌落到平滑、堅(jiān)硬的混凝土地上，反復(fù)操作5次。試驗(yàn)后，檢查傳感器外觀。然后將傳感器安裝在檢測(cè)裝置上，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.13長(zhǎng)期穩(wěn)定性將傳感器檢測(cè)裝置連續(xù)通電3個(gè)月后，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。6記錄包括但不限于下列內(nèi)容：6a)被測(cè)對(duì)象的描述，包括樣品名稱、型號(hào)、生產(chǎn)企業(yè)名稱、生產(chǎn)日期等；b)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；c)檢測(cè)日期；d)檢測(cè)地點(diǎn)；e)檢測(cè)人員；f)委托方信息；g)所用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的描述，包括設(shè)備的序列號(hào)、測(cè)量范圍、校準(zhǔn)信息；h)試驗(yàn)環(huán)境描述，包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和濃度試驗(yàn)箱環(huán)境（需要時(shí)）等。附錄A濃度試驗(yàn)箱裝置介紹與氣體配置方法(資料性附錄)A.1濃度試驗(yàn)箱裝置：濃度試驗(yàn)箱體積應(yīng)大于被檢樣品體積的3倍，箱體外側(cè)應(yīng)有氣體進(jìn)樣口A，用于靜態(tài)配氣高度濃度氣體輸入，頂部應(yīng)有液體進(jìn)樣口B，用于注樣器注入液態(tài)配氣所需液體，進(jìn)樣口正下方安置液體汽化加熱片C，注樣前開啟加熱片電源，注樣后3min關(guān)閉加熱片電源，加熱片溫度應(yīng)能使注樣液體汽化。箱體內(nèi)部應(yīng)有溫濕度傳感器D和壓力傳感器E，內(nèi)置風(fēng)機(jī)F可用于箱內(nèi)氣體混勻。外置氣體分析儀H，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)氣體濃度。氣體進(jìn)樣口A液體進(jìn)樣E氣體分析儀HE氣體分析儀H濃度試驗(yàn)箱A.2氣體配置方法：靜態(tài)配氣：靜態(tài)配氣通過(guò)理論計(jì)算并對(duì)艙內(nèi)氣體濃度實(shí)時(shí)在線分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配氣，也可采用液態(tài)揮發(fā)法產(chǎn)生乙醇、乙酸等干擾氣體，是對(duì)無(wú)法用動(dòng)態(tài)配氣配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的補(bǔ)充。其中靜態(tài)配氣通過(guò)氣體物質(zhì)的量守恒定律，在相同溫濕度、壓力環(huán)境下，依據(jù)C1V1=C2V2，C1：高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度(μ通過(guò)理論計(jì)算，得出采樣體積，用氣體采樣器抽取高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體，注入配氣箱內(nèi)，同時(shí)可采用氣體分析儀進(jìn)行監(jiān)控箱內(nèi)實(shí)際濃度，通過(guò)分析儀對(duì)箱內(nèi)氣體的驗(yàn)證，提高靜態(tài)配氣的可靠性。液態(tài)配氣：通過(guò)理想氣體方程（PV=nRT）衍生得到注入液態(tài)體積公式：8其中Vx：液體注入量，單位微升(μLV：所需配氣體積，單位為升（LC：液體蒸發(fā)濃度，TR：室溫溫度，單位攝氏度(℃);TB：氣袋溫度，單位攝氏度(℃),通過(guò)理論計(jì)算，得出所需目標(biāo)液體體積，采用微量注樣針，向箱體內(nèi)的加熱器注入液體，可通過(guò)多參數(shù)氣體檢測(cè)儀對(duì)箱內(nèi)標(biāo)氣進(jìn)行驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)[1]GB12358-2006作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境氣體檢測(cè)報(bào)警通用技術(shù)規(guī)范[2]GB15322.1-2019可燃?xì)怏w探測(cè)器第1部分：工業(yè)及商業(yè)用途點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器[3]GB/T76