변압기 오일내 수소 실시간 감지를 위한 마이크로 히터가 집적된 고감도, 안정적인 MEMS 수소 센서

Abstract

MEMS 수소 가스 센서는 변압기의 고장을 스마트 감지 및 모니터링하기위한 가장 유망한 최신 감지 기술입니다. 그럼에도 불구하고, 이들 센서의 주요 이슈는 최소 검출 한계, 장기 안정성 및 센서 패키징과 관련된 문제입니다. 우리는 MEMS 가스 센서 어레이와 두 개의 감지 저항을 가진 휘트 스톤 브리지 회로를 갖춘 특별히 설계된 시스템을 제안했습니다. 원자 층 증착 (ALD)에 의해 증착 된 Al2O3 층은 센서 칩의 원하지 않는 영역으로의 수소 확산을 최소화하고 안정성을 향상시킵니다. 센서의 최적 온도는 마이크로 히터를 사용하여 제어되었고 같은 층 내 온도 센서로 측정되었습니다. 초기 저항 변화 측면에서 센서의 감도는 COMSOL 시뮬레이션으로 분석되었습니다. 변압기 오일에서 500 ~ 5000ppm의 수소 농도 범위에 대해 평가 된 감도는 1.92uV / ppm이며 최소 검출 한계는 1ppm입니다. 맞춤형 센서 인터페이스 전자 장치가 개발되어 센서 시스템에 적용되어 출력 전압을 실시간으로 모니터링합니다. 논문의 결과 및 개발 된 MEMS 수소 센서 시스템은 변압기의 작동 상태를 모니터링하는 데 매우 유망합니다.