DB32T-微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法編制說明

PAGE7《微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法》編制說明一、目的意義隨著人們對(duì)安全防控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、健康管理越來越重視，氣體傳感器已成為生產(chǎn)和生活不可或缺的一部分。半導(dǎo)體式氣體傳感器是研究最早、應(yīng)用最廣的一種氣體傳感器?；谖C(jī)電系統(tǒng)（MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem）工藝的半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)是目前半導(dǎo)體氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)，它不僅繼承了傳統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器高靈敏度、低成本、敏感材料多樣性的優(yōu)勢(shì)，還通過MEMS工藝技術(shù)大大減小了傳感器的體積、功耗，可以更好地適用于小型化和微型化器件的大規(guī)模生產(chǎn)，能夠有效提升傳感器的實(shí)用性。而且，借助于MEMS技術(shù)可以集成多個(gè)不同的傳感器組成傳感器陣列，結(jié)合算法進(jìn)行擬合分析，可以改善器件整體的選擇性，克服了單個(gè)半導(dǎo)體傳感器選擇性差，不能用于混合氣體檢測(cè)的缺點(diǎn)?；谄鋬?yōu)點(diǎn)，MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也逐漸顯露。目前應(yīng)用較多的為智能家電，如集成在燃?xì)鉄崴?、空氣凈化器、空調(diào)等家用電器中，用于家居環(huán)境中各種氣體的監(jiān)測(cè)；還有應(yīng)用于“電子鼻”中，用于泄漏監(jiān)測(cè)、臭味或異味監(jiān)測(cè)；另外，隨著健康管理的觀念逐漸深入人心，通過監(jiān)測(cè)人體呼出氣體的特定成分來反映或預(yù)警人體的健康狀態(tài)近幾年深受研究學(xué)者和體外診斷醫(yī)療企業(yè)的青睞，MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器在這方面的應(yīng)用潛力巨大。江蘇省是全國(guó)MEMS智能傳感器產(chǎn)業(yè)基地之一，聚集了大量MEMS智能傳感器研究、生產(chǎn)、應(yīng)用企業(yè)，MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器企業(yè)也融入其中。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器應(yīng)用的增多，產(chǎn)品的檢測(cè)需求也隨之增多。然而，國(guó)內(nèi)外卻沒有針對(duì)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)方法，本項(xiàng)目在于研究制定MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)方法，形成統(tǒng)一的、具有普遍適用性的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)提升MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量，突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)可度，促進(jìn)行業(yè)健康快速發(fā)展。二、任務(wù)來源2022年江蘇省市場(chǎng)監(jiān)管局地方標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目，序號(hào)240《微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法》，推薦單位為江蘇省納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，承擔(dān)單位為蘇州市計(jì)量測(cè)試院，參與單位為蘇州慧聞納米科技有限公司。三、編制過程1．成立起草小組（2022年7月）根據(jù)“關(guān)于2022年度江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的公示”，在江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局領(lǐng)導(dǎo)下，江蘇省納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織協(xié)調(diào)下，成立了由蘇州市計(jì)量測(cè)試院為牽頭單位，蘇州慧聞納米科技有限公司等相關(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、編制和修改。2．組織調(diào)查研究（2022年8月-2022年10月）為了更好的做好地方標(biāo)準(zhǔn)編制工作，讓標(biāo)準(zhǔn)能夠適合全省范圍內(nèi)使用，標(biāo)準(zhǔn)工作組工作人員對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)氣體傳感器的主要技術(shù)要求，深入研究、綜合分析、試驗(yàn)驗(yàn)證。3．編制標(biāo)準(zhǔn)草案（2022年11月-2023年3月）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(huì)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(cè)方法”地方標(biāo)準(zhǔn)草案。4．標(biāo)準(zhǔn)征求意見（2023年4月-2023年5月）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)稿件的征求意見研討，會(huì)議上收集整理各相關(guān)單位提出的意見建議，進(jìn)行整理和修改了標(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)方的意見。征求意見函共發(fā)送的單位數(shù)35個(gè)，回函并有建議或意見的單位數(shù)17個(gè)，回函無建議單位數(shù)14個(gè)。5．征求意見處理，召開預(yù)評(píng)審會(huì)完成送審稿（2023年5月-2023年6月）標(biāo)準(zhǔn)起草小組匯總征求意見，整理“標(biāo)準(zhǔn)征求意見表”，并召開研討會(huì)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(píng)審會(huì)對(duì)修改后的草案進(jìn)行進(jìn)一步格式檢測(cè)及內(nèi)容確認(rèn)，形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。6．標(biāo)準(zhǔn)審查（2024年8月）2024年8月16日，江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局在南京組織召開了《微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法》地方標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)。共有來自中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院、江蘇省質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化研究院、東南大學(xué)、蘇州大學(xué)、霍尼韋爾傳感控制（中國(guó)）有限公司、翼捷安全設(shè)備（昆山）有限公司等7位專家參加了審查，專家聽取了標(biāo)準(zhǔn)編制單位匯報(bào)，經(jīng)質(zhì)詢與討論，達(dá)成了一致意見。審查專家組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)整體進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為本標(biāo)準(zhǔn)文本撰寫清晰、合理，審查通過，建議按照修改意見修改后，進(jìn)入下一階段。7.根據(jù)專家意見修改完善，完成報(bào)批稿（2024年8月）標(biāo)準(zhǔn)起草小組根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)的專家意見修改完善形成了《微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法》報(bào)批稿。四、主要內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)確定為規(guī)范微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法，提升產(chǎn)品質(zhì)量，本標(biāo)準(zhǔn)主要包括微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)條件和檢測(cè)方法，標(biāo)準(zhǔn)具體結(jié)構(gòu)框架如下：1．第一章規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。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)方法和檢測(cè)報(bào)告。本文件適用于微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)。2．第二章列出了規(guī)范引用文件。主要包括GB/T34004-2017《家用和小型餐飲廚房用燃?xì)鈭?bào)警器及傳感器》、GB/T7665-2005《傳感器通用術(shù)語》、GB/T26111-2023《微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)術(shù)語》等。3．第三章對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的重要術(shù)語給出了定義。其中微機(jī)電系統(tǒng)引用自GB/T26111-2023，半導(dǎo)體氣體傳感器引用自GB/T7665-2005，傳感器檢測(cè)裝置引用自GB/T34004-2017。4．第四章提出了微機(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，包括環(huán)境條件、試驗(yàn)設(shè)備和樣品準(zhǔn)備。1）環(huán)境條件參考了其他傳感器標(biāo)準(zhǔn)GB/T34004-2017、JB/T13109-2017、JB/T13999-2020，選取了較為寬泛的環(huán)境條件，為保證試驗(yàn)過程中傳感器測(cè)試的一致性，規(guī)定了試驗(yàn)過程中溫度波動(dòng)不應(yīng)超過±2℃，濕度波動(dòng)不應(yīng)超過±5%RH。2）試驗(yàn)設(shè)備列入了測(cè)試箱，試驗(yàn)時(shí)傳感器放置在測(cè)試箱內(nèi)，然后測(cè)試箱內(nèi)利用靜態(tài)配氣原理充滿試驗(yàn)氣體，以檢測(cè)傳感器在試驗(yàn)氣體中的信號(hào)輸出。因靜態(tài)配氣能更好的模擬傳感器的實(shí)際使用環(huán)境，且傳感器體積非常小，易受氣流沖擊影響，利用動(dòng)態(tài)配氣原理配制的試驗(yàn)氣體氣流較大，會(huì)影響傳感器的對(duì)試驗(yàn)氣體的響應(yīng)，因此標(biāo)準(zhǔn)采用靜態(tài)配氣方法進(jìn)行測(cè)試。3）樣品準(zhǔn)備列出了樣品測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，因傳感器需要充分預(yù)熱后才能測(cè)試，且不同的傳感器預(yù)熱時(shí)間不同，因此明確了待試驗(yàn)的樣品應(yīng)在規(guī)定的環(huán)境條件下通電預(yù)熱后方可進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)熱時(shí)間以產(chǎn)品使用說明書為準(zhǔn)；又因傳感器需要配套的檢測(cè)裝置才能正常工作以及讀取輸出信號(hào)，因此傳感器送檢同時(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)。5．第五章詳細(xì)規(guī)定了微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)參數(shù)及檢測(cè)方法。1）功率、最低檢測(cè)濃度及靈敏度MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)有功耗低、檢出限低、靈敏度高等。針對(duì)以上特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了功率、最低檢測(cè)濃度、靈敏度參數(shù)，以體現(xiàn)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器特有性質(zhì)及優(yōu)勢(shì)。在功率的檢測(cè)方法中，因傳感器體積非常小，不便于接入功率計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，因此試驗(yàn)時(shí)將傳感器安裝在檢測(cè)裝置上，用功率計(jì)檢測(cè)傳感器+檢測(cè)裝置的功率，然后再測(cè)出檢測(cè)裝置的功率，兩者相減即為傳感器的功率。傳感器最低檢測(cè)濃度主要針對(duì)傳感器標(biāo)識(shí)的最低檢測(cè)濃度進(jìn)行驗(yàn)證，首先讀取傳感器在潔凈空氣中的信號(hào)值V0，然后讀取傳感器在試驗(yàn)氣體（濃度為其標(biāo)識(shí)的檢測(cè)下限濃度）中的輸出信號(hào)值Vs，并取穩(wěn)定后的10次信號(hào)值Vsi計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差Vr，若︱Vs-V0︱≥3Vr，則傳感器最低檢測(cè)濃度即為其標(biāo)識(shí)的檢測(cè)下限濃度，若︱Vs-V0︱＜3Vr，增加試驗(yàn)氣體的濃度直至︱Vs-V0︱≥3Vr，此時(shí)試驗(yàn)氣體的濃度即為傳感器最低檢測(cè)濃度。靈敏度采用了氣體傳感器靈敏度通用檢測(cè)方法，主要參照J(rèn)B/T13109-2017。2）示值誤差、響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間、漂移此3項(xiàng)參數(shù)為氣體傳感器的常規(guī)檢測(cè)參數(shù)，反映的是氣體傳感器的基本性能。因標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試時(shí)讀取的是傳感器的原始輸出信號(hào)值（電壓、電阻等），因此示值誤差計(jì)算時(shí)需要借助傳感器響應(yīng)曲線（制造商提供），將輸出信號(hào)值轉(zhuǎn)化為濃度值，才能計(jì)算示值誤差。響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間采用常規(guī)計(jì)算方法T90及T10，可手動(dòng)讀取，也可從輸出信號(hào)曲線上讀取。漂移的檢測(cè)方法主要參考JB/T13109-2017和JB/T13999-2020等。3）抗干擾氣體性能、抗硅中毒性能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)中通過將傳感器暴露在已知或使用方要求的干擾氣體中計(jì)算干擾影響因子，暴露在毒性氣體（六甲基二硅醚）中，測(cè)試傳感器暴露后的靈敏度變化情況，檢驗(yàn)傳感器的抗干擾氣體性能、抗中毒性能，對(duì)制造商在傳感器的性能改善方面具有重要的指導(dǎo)意義。檢測(cè)方法主要參考GB/T34004-2017和GB15322.1-2019等。4）耐溫濕度性能、耐振動(dòng)、跌落性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性除了常規(guī)條件下的性能檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)還參考了GB/T34004-2017、JB/T13109-2017、JB/T13999-2020、GB12358-2006、GB15322.1-2019等，引入了耐溫濕度性能、耐振動(dòng)、跌落性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)等，用以模擬實(shí)際使用時(shí)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器需要耐受的各種環(huán)境條件，保證傳感器在各種條件下性能的正常發(fā)揮。6．第六章規(guī)定了檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容。7．附錄部分主要給出了測(cè)試箱示意圖及測(cè)試箱內(nèi)氣體濃度的計(jì)算方法。五、與相關(guān)法律法規(guī)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行有關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)一致。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，文件編制格式嚴(yán)格遵循GB/T1.1—2020的要求，主要參考了GB/T34004-2017《家用和小型餐飲廚房用燃?xì)鈭?bào)警器及傳感器》、GB/T7665-2005《傳感器通用術(shù)語》、GB/T26111-2023《微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)術(shù)語》、JB/T13109-2017《催化燃燒式氣體傳感器》、JB/T13999-2020《電化學(xué)VOCs氣體傳感器》、GB12358-2006《作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境氣體檢測(cè)報(bào)警儀通用技術(shù)要求》、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》等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)性的編制了微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測(cè)方法。六、重大分歧意見的處理過程和依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)編制過程中無重大分歧意見。標(biāo)準(zhǔn)編制組與行業(yè)專家經(jīng)過多次研討，積極采納了所提出的修改建議，最終形成報(bào)批稿。七、實(shí)施推廣建議本標(biāo)準(zhǔn)可普遍應(yīng)用于MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器的性能檢測(cè)，包括用于安全防護(hù)的各類氣體傳感器、室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)用低濃度氣體傳感器、氫燃料電池汽車用氫氣傳感器、電子潔凈廠房?jī)?nèi)痕量氣體傳感器等。前期選擇省內(nèi)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)開展標(biāo)準(zhǔn)宣貫工作，幫助其提升產(chǎn)品質(zhì)量，獲取市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，逐步覆蓋至全國(guó)MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。八、起草人員信息及分工本標(biāo)準(zhǔn)承擔(dān)單位為蘇州市計(jì)量測(cè)試院，參與單位為蘇州慧聞納米科技有限公司。起草小組人員和信息如下：姓名工作單位職稱/職務(wù)分工史蘇娟蘇州市計(jì)量測(cè)試院研究員級(jí)高級(jí)工程師標(biāo)準(zhǔn)起草負(fù)責(zé)人，組織標(biāo)準(zhǔn)起草工作，總體負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)審定撰寫，組織標(biāo)準(zhǔn)審查、報(bào)批等工作方丹蘇州市計(jì)量測(cè)試院高級(jí)工程師組織推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)制定程序和進(jìn)度，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)定制過程中所需資源，協(xié)助標(biāo)準(zhǔn)審查、報(bào)批等工作耿彥紅蘇州市計(jì)量測(cè)試院高級(jí)工程師組織討論標(biāo)準(zhǔn)編寫思路，確定標(biāo)準(zhǔn)制定框架，開展標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證王瑞蘇州市計(jì)量