半導(dǎo)體式氣體傳感器:對電路板產(chǎn)生異味氣體檢測，避免發(fā)生火災(zāi)

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的普及，電氣產(chǎn)品日益朝著高性能化與小型集成化的方向發(fā)展，電路板的設(shè)計也趨向于高密度化。這種高密度電路板在長期的使用過程中，由于熱蓄積和元件老化，很容易產(chǎn)生品質(zhì)劣化，甚至可能引發(fā)火災(zāi)。傳統(tǒng)的熔斷式保險裝置雖然在一定程度上能夠防止電路短路導(dǎo)致的火災(zāi)，但在對安全性要求極高的領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)庫中心和汽車制造中，僅憑單一的保險措施顯然不足。因此，本研究旨在通過先進的半導(dǎo)體式氣體傳感器技術(shù)，對電路板在過熱時產(chǎn)生的異味氣體進行早期檢測，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)風(fēng)險。

對象產(chǎn)品

本研究選用的氣體傳感器型號為TGS2600、TGS2602和TGS2603，這些傳感器以其高靈敏度和廣泛的檢測范圍，在氣體檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

研究內(nèi)容

1.對電路板產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體進行分析

為了了解電路板在過熱時會產(chǎn)生哪些揮發(fā)性氣體，我們選取了五種不同類型的電路板，將它們加熱至250℃，并使用氣相色譜法與質(zhì)量分析法對產(chǎn)生的氣體進行了分析。結(jié)果顯示，各電路板均產(chǎn)生了多種揮發(fā)性氣體，主要包括酒精、酰胺、酸類、酮類和芳香族化合物。這些氣體種類和濃度的差異，為我們后續(xù)選擇傳感器提供了重要的參考依據(jù)。

2.傳感器選型與工作電壓優(yōu)化討論

為了找出與上述五種氣體相對應(yīng)的傳感器靈敏度特性，以及最適宜的工作電壓，我們進行了詳細的實驗。實驗結(jié)果顯示，

TGS2600對各種氣體的靈敏度都較為低下，但靈敏度均衡性較好；

TGS2602則表現(xiàn)出與TGS2603相近的靈敏度，且隨著工作電壓的提高，對芳香族氣體的靈敏度顯著提高，對所有氣體的靈敏度均衡性也非常好；

而TGS2603對芳香族氣體幾乎無靈敏度，但對酒精和酮類氣體的靈敏度較高?？紤]到實際應(yīng)用中需要傳感器對各種氣體都具有良好的均衡性，我們選擇了工作電壓為5V的TGS2602作為最優(yōu)傳感器。

各型號傳感器的靈敏度特性

3.揮發(fā)性氣體產(chǎn)生機制與傳感器響應(yīng)確認

為了驗證傳感器的實際響應(yīng)效果，我們在密閉容器內(nèi)對PCB電路板上的配線模板施加了12A的過電流，并同時觀察TGS2602傳感器電阻的變化與配線模板的狀態(tài)變化。實驗結(jié)果顯示，施加過電流后，傳感器的電阻值立即下降，表明傳感器已經(jīng)檢測到了揮發(fā)性氣體的存在。同時，我們也觀察到配線模板產(chǎn)生了某些氣體，7分鐘后可以聞到強烈的異味，且配線模板中部已經(jīng)變成了黑色。這進一步證實了傳感器在檢測電路板過熱產(chǎn)生的異味氣體方面的有效性。

施加過電流后電路板上產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體導(dǎo)致的TGS2602傳感器電阻變化與配線模板的狀態(tài)變化

研究成果

本研究通過一系列實驗，成功驗證了半導(dǎo)體式氣體傳感器在檢測電路板過熱產(chǎn)生的異味氣體方面的可行性。通過在密閉空間或異味氣體產(chǎn)生源頭附近設(shè)置氣體傳感器，我們可以在冒煙與起火出現(xiàn)之前的事故征兆初期階段，把電路板的異常發(fā)熱感知出來。與目前普及的廣域（室內(nèi)）監(jiān)測式起火檢出系統(tǒng)相比，我們的方法能夠大幅度提前感知異常狀況的時間點，從而有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生或?qū)⑹鹿蕮p害控制在最小范圍內(nèi)。

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審核編輯 黃宇