《微机电系统半导体气体传感器性能检测方法》

ICS

31.080DB32备案L40号方标准DB32/T XXXX-XXXX微机电系统半导体气体传感器性能检测方法Test methodof performanceof micro-electromechanical systemssemiconductor gas sensor（报批稿）实施发布2024-XX-XX2024-XX-XX江苏省市场监督管理局发布将非包装状态的传感器从的高度自由跌落到平滑、坚硬的混凝土地上，反复操作次试验250mm5后，将传感器安装在检测装置上，按进行试验

5.3长期稳定性

5.14将传感器及其检测装置在洁净空气中连续通电个月（测试时间可根据用户或制造商要求）后，按

35.3进行试验6检测报告包括但不限于下列内容）样品的描述，包括样品名称、型号、生产企业名称、生产日期等；a）检测标准；b）检测机构的名称、地址和检测日期；c）检测地点；d）检测人员；e）委托方信息；f）所用检测标准设备的描述，包括设备的序列号、测量范围、校准信息；g）检测结果及检测照片（需要时）；h）试验环境描述，包括实验室环境和测试箱环境（需要时）等i附录A（资料性）测试箱装置介绍与气体配制方法测试箱装置A.1测试箱体积应大于被检样品体积的倍，箱体顶部应有气体进样口用于静态配气高浓度气体输入，3A,顶部应有液体进样口用于注样器注入液态配气所需液体，进样口正下方安置液体汽化加热片注样前开B,C,启加热片电源，注样后关闭加热片电源，加热片温度应能使注样液体汽化箱体内部应有温湿度传3min感器和压力传感器内置风机可用于箱内气体混匀测试箱示意图见图外置气体分析仪可用D E,F A.1H,于实时监测箱内气体浓度抽气泵G图测试箱示意图A.1气体配制方法A.2静态配气通过向测试箱内注入高浓度标准气体，并对箱内气体浓度实时在线分析，实现精准配气,也可采用液态挥发法产生乙醇、乙酸等有机蒸汽根据气体物质的量守恒定律，在相同温湿度、压力环境下，按照公示（A.1）得到所需高浓度标准气体体积用气体采样器抽取高浓度标准气体，注入测试箱内，同时可采用气体分析仪实时监控箱内气体浓度，通过分析仪对箱内气体的验证，提高静态配气的可靠性A.1彩乂62式中C1匕一所需高浓度标准气体体积（mL）；%—测试箱体积（mL）；C2一目标气体浓度（Umol/mol）；的一高浓度标准气体浓度（umol/mol）；液态配气时，通过理想气体方程（PV=nRT）衍生得到公式（A.2）,根据公式（A.2）得出需要注入的液体体积采用微量注样针，向箱体内的加热片注入液体，可通过气体分析仪对箱内标气进行验证ex%10-6*273+TRA.

222.4xdxp273+TB式中左一液体注入量（|1L）；U一所需配气体积（L）；一所需目标气浓度（|imol/mol）；A^一液体相对分子质量（g/mol）；d—液体密度（g/cn）；液体纯度（％）;p—%一室温（）0;%—测试箱内温度（回）参考文献作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求

[1]GB12358-2006⑵GB

15322.1-2019可燃气体探测器第1部分工业及商业用途点型可燃气体探测器催化燃烧式气体传感器

[3]JB/T13109-2017电化学气体传感器

[4]JB/T13999-2020VOCs《微机电系统半导体气体传感器性能检测方法》编制说明

一、目的意义随着人们对安全防控、环境监测、健康管理越来越重视，气体传感器已成为生产和生活不可或缺的一部分半导体式气体传感器是研究最早、应用最广的一种气体传感器基于微机电系统MEMS,Micro-Electro-Mechanical System工艺的半导体气体传感器技术是目前半导体气体传感器发展的趋势，它不仅继承了传统半导体气体传感器高灵敏度、低成本、敏感材料多样性的优势，还通过工艺技术大大减小了传感器的体积、功耗，可以更好地适用于小型MEMS化和微型化器件的大规模生产，能够有效提升传感器的实用性而且，借助于技术可以集成多个不同的传感器组成传感器阵列，结合算法进行拟合分MEMS析，可以改善器件整体的选择性，克服了单个半导体传感器选择性差，不能用于混合气体检测的缺点基于其优点，半导体气体传感器的应用优势也逐渐显露目前应MEMS用较多的为智能家电，如集成在燃气热水器、空气净化器、空调等家用电器中，用于家居环境中各种气体的监测；还有应用于“电子鼻”中，用于泄漏监测、臭味或异味监测；另外，随着健康管理的观念逐渐深入人心，通过监测人体呼出气体的特定成分来反映或预警人体的健康状态近几年深受研究学者和体外诊断医疗企业的青睐，半导体气体传感器在这方面的应用潜力巨大MEMS江苏省是全国智能传感器产业基地之一，聚集了大量智能MEMS MEMS传感器研究、生产、应用企业，半导体气体传感器企业也融入其中随MEMS着产业的发展以及半导体气体传感器应用的增多，产品的检测需求也MEMS随之增多然而，国内外却没有针对半导体气体传感器的检测方法，MEMS本项目在于研究制定半导体气体传感器的检测方法，形成统一的、具MEMS有普遍适用性的检测标准，促进提升半导体气体传感器的产品质量，MEMS突出产品优势，提高产品市场认可度，促进行业健康快速发展

二、任务来源年江苏省市场监管局地方标准制定项目，序号《微机电系统半导2022240体气体传感器性能检测方法》，推荐单位为江苏省纳米技术标准化技术委员会，承担单位为苏州市计量测试院，参与单位为苏州慧闻纳米科技有限公司

三、编制过程成立起草小组（年月）

1.20227根据“关于年度江苏省地方标准立项的公示“，在江苏省市场监督管2022理局领导下，江苏省纳米技术标准化技术委员会组织协调下，成立了由苏州市计量测试院为牵头单位，苏州慧闻纳米科技有限公司等相关单位为协作单位的标准工作组，负责标准的调研、起草、编制和修改组织调查研究（年月年月）

2.20228-202210为了更好的做好地方标准编制工作，让标准能够适合全省范围内使用，标准工作组工作人员对多家传感器企业进行了走访调研，并参考类似和相关的国家标准针对气体传感器的主要技术要求，深入研究、综合分析、试验验证编制标准草案（年月年月）

3.202211-20233依据相关法律、法规、政策，收集、整理全省的相关标准、文件和资料，依托江苏省纳米技术标准化技术委员会的技术支撑，由标准工作组工作人员根据前期调研、分析结果，进行标准初期编制，完成相关标准验证实验，编写出“微机电系统半导体气体传感器性能检测方法”地方标准草案标准征求意见（年月年月）

4.20234-20235标准草案稿编制完成后，标准工作组在苏州召开了标准稿件的征求意见研讨，会议上收集整理各相关单位提出的意见建议，进行整理和修改了标准草案，此后，发布标准正式征求意见稿，在全省范围内征求各有关方的意见征求意见函共发送的单位数个，回函并有建议或意见的单位数个，回函无建议单位数351714个

5.征求意见处理，召开预评审会完成送审稿（2023年5月-2023年6月）标准起草小组汇总征求意见，整理”标准征求意见表”，并召开研讨会讨论征求意见回复及完成草案修改组织标准预评审会对修改后的草案进行进一步格式检测及内容确认，形成标准送审稿标准审查（年月）

6.20248年月日，江苏省市场监督管理局在南京组织召开了《微机电系统2024816半导体气体传感器性能检测方法》地方标准审查会共有来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、江苏省计量科学研究院、江苏省质量和标准化研究院、东南大学、苏州大学、霍尼韦尔传感控制（中国）有限公司、翼捷安全设备（昆山）有限公司等位专家参加了审查，专家听取了标准编制单位汇报，经质询与7讨论，达成了一致意见审查专家组对标准整体进行了评价，认为本标准文本撰写清晰、合理，审查通过，建议按照修改意见修改后，进入下一阶段根据专家意见修改完善，完成报批稿（年月）

7.20248标准起草小组根据标准审查会的专家意见修改完善形成了《微机电系统半导体气体传感器性能检测方法》报批稿

四、主要内容技术指标确定为规范微机电系统半导体气体传感器性能检测方法，提升产品质量，本标准主要包括微机电系统半导体气体传感器性能检测条件和检测方法，标准具体结构框架如下第一章规定了标准的适用范围本文件规定了微机电系统半导体气体传

1.感器性能检测的试验条件、检测方法和检测报告本文件适用于微机电系统半导体气体传感器性能检测第二章列出了规范引用文件主要包括《家用和小型餐

2.GB/T34004-2017饮厨房用燃气报警器及传感器》、《传感器通用术语》、GB/T7665-2005《微机电系统（）技术术语》等GB/T26111-2023MEMS第三章对标准中出现的重要术语给出了定义其中微机电系统引用自

3.半导体气体传感器引用自传感器检测装置引GB/T26111-2023,GB/T7665-2005,用自GB/T34004-2017o第四章提出了微机电系统半导体气体传感器性能检测的试验条件,包

4.括环境条件、试验设备和样品准备）环境条件参考了其他传感器标准1GB/T34004-2017JB/T13109-

2017.JB/T选取了较为宽泛的环境条件，为保证试验过程中传感器测试的一致13999-2020,性，规定了试验过程中温度波动不应超过湿度波动不应超过±2C,±5%RH）试验设备列入了测试箱，试验时传感器放置在测试箱内，然后测试箱内2利用静态配气原理充满试验气体，以检测传感器在试验气体中的信号输出因静态配气能更好的模拟传感器的实际使用环境，且传感器体积非常小，易受气流冲击影响，利用动态配气原理配制的试验气体气流较大，会影响传感器的对试验气体的响应，因此标准采用静态配气方法进行测试）样品准备列出了样品测试前的准备工作，因传感器需要充分预热后才能3测试，且不同的传感器预热时间不同，因此明确了待试验的样品应在规定的环境条件下通电预热后方可进行检测，预热时间以产品使用说明书为准；又因传感器需要配套的检测装置才能正常工作以及读取输出信号，因此传感器送检同时提供检测装置，在测试传感器信号输出时把传感器安装在该装置上进行试验第五章详细规定了微机电系统半导体气体传感器的检测参数及检测方法

5.）功率、最低检测浓度及灵敏度1半导体气体传感器的优点有功耗低、检出限低、灵敏度高等针对MEMS以上特点，标准中设置了功率、最低检测浓度、灵敏度参数，以体现半MEMS导体气体传感器特有性质及优势在功率的检测方法中，因传感器体积非常小，不便于接入功率计进行检测，因此试验时将传感器安装在检测装置上，用功率计检测传感器+检测装置的功率，然后再测出检测装置的功率，两者相减即为传感器的功率传感器最低检测浓度主要针对传感器标识的最低检测浓度进行验证，首先读取传感器在洁净空气中的信号值然后读取传感器在试验气体（浓度为其标Vo,识的检测下限浓度）中的输出信号值并取稳定后的次信号值计算标准Vs,10Vsi偏差若|则传感器最低检测浓度即为其标识的检测下限浓度，Vr,Vs-Vo|N3Vr,若增加试验气体的浓度直至I Vs-Vo|3V,I Vs-r此时试验气体的浓度即为传感器最低检测浓度Vo I3V,r灵敏度采用了气体传感器灵敏度通用检测方法，主要参照JB/T13109-2017o）示值误差、响应时间与恢复时间、漂移2此项参数为气体传感器的常规检测参数，反映的是气体传感器的基本性3能因标准中测试时读取的是传感器的原始输出信号值（电压、电阻等），因此示值误差计算时需要借助传感器响应曲线（制造商提供），将输出信号值转化为浓度值，才能计算示值误差响应时间与恢复时间采用常规计算方法及T90Tio,可手动读取，也可从输出信号曲线上读取漂移的检测方法主要参考JB/T和等13109-2017JB/T13999-2020）抗干扰气体性能、抗硅中毒性能3半导体气体传感器的缺点主要有选择性差，易中毒等标准中通过MEMS将传感器暴露在已知或使用方要求的干扰气体中计算干扰影响因子，暴露在毒性气体（六甲基二硅醒）中，测试传感器暴露后的灵敏度变化情况，检验传感器的抗干扰气体性能、抗中毒性能，对制造商在传感器的性能改善方面具有重要的指导意义检测方法主要参考和等GB/T34004-2017GB

15322.1-2019）耐温湿度性能、耐振动、跌落性能、长期稳定性4除了常规条件下的性能检测，标准还参考了GB/T34004-

2017.JB/T、等，引入了耐13109-

2017.JB/T13999-

2020.GB12358-2006GB

15322.1-2019温湿度性能、耐振动、跌落性能、长期稳定性试验等，用以模拟实际使用时MEMS半导体气体传感器需要耐受的各种环境条件，保证传感器在各种条件下性能的正常发挥第六章规定了检测报告的内容

6.附录部分主要给出了测试箱示意图及测试箱内气体浓度的计算方法

7.

五、与相关法律法规和国家标准的关系本标准与现行有关法律法规和强制性标准相协调一致目前国内外针对微机电系统半导体气体传感器的检测没有相关的标准,文件编制格式严格遵循的要求，主要参考了《家GB/T

1.1—2020GB/T34004-2017用和小型餐饮厨房用燃气报警器及传感器》、《传GB/T7665-2005感器通用术语》、《微机电系统技术术语》、GB/T26111-2023MEMS JB/T《催化燃烧式气体传感器》、《电化学气体13109-2017JB/T13999-2020VOCs传感器》、《作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求》、GB12358-2006GB《可燃气体探测器第部分工业及商业用途点型可燃气体探测器》

15322.1-20191等标准，结合本团队试验结果，针对性的编制了微机电系统半导体气体传感器性能检测方法

六、重大分歧意见的处理过程和依据本标准编制过程中无重大分歧意见标准编制组与行业专家经过多次研讨，积极采纳了所提出的修改建议，最终形成报批稿

七、实施推广建议本标准可普遍应用于半导体气体传感器的性能检测，包括用于安全MEMS防护的各类气体传感器、室内外环境监测用低浓度气体传感器、氢燃料电池汽车用氢气传感器、电子洁净厂房内痕量气体传感器等前期选择省内半导MEMS体气体传感器生产企业开展标准宣贯工作，帮助其提升产品质量，获取市场竞争优势，逐步覆盖至全国半导体气体传感器生产企业，以促进产业健康快MEMS速发展

1.1-20201请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由江苏省纳米技术标准化技术委员会提出、归口并组织实施本文件起草单位苏州市计量测试院、苏州慧闻纳米科技有限公司本文件主要起草人史苏娟、方丹、耿彦红、王瑞、董亮华、徐春、王震、孙旭辉微机电系统半导体气体传感器性能检测方法范围1本文件规定了微机电系统半导体气体传感器性能检测的试验条件、检测方法及检测报告本文件适用于微机电系统半导体气体传感器的性能检测规范性引用文件2下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中，注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件传感器通用术语GB/T7665-2005微机电系统（）技术术语GB/T26111-2023MEMS家用和小型餐饮厨房用燃气报警器及传感器GB/T34004-2017术语和定义3下列术语和定义适用于本文件

3.1微机电系统micro-electromechanical systems；MEMS基于微纳制造技术制备的功能结构、器件构成的系统[来源GB/T26111-2023,

3.

1.1]

3.2半导体气体传感器semiconductorgastransducer/sensor利用半导体材料的电导率变化，将感受的气体转换成可用输出信号的传感器包括表面电导式传感器和体电导式传感器[来源GB/T7665-2005,

3.

3.

1.1]

3.3传感器检测装置sensor testmodule用于将传感器特性转换为输出信号的测试装置[来源:GB/T34004-2017,

3.5]试验条件4环境条件

1.1实验室内环境条件应符合以下要求a）环境温度（15〜35）℃,试验过程中温度波动不应超过±2℃；b）相对湿度（25〜80）%,试验过程中湿度波动不应超过±5%RH；c）大气压力（86〜116）kPa试验设备

4.2试验设备应符合以下要求a）秒表分度值不大于

0.1s；b）功率计功率（0-10）W,分辨力O.lmW,最大允许误差±10%；）电压表直流电压（）准确度级别优于级；c0~50V,

1.0）测试箱测试箱内部结构及气体配置方法参照附录d A样品准备

4.3试验前通过目视、拍照等方法检查传感器表面，应无腐蚀、起泡现象，无明显划伤、裂痕、毛刺等

4.

1.1机械损伤试验前待试验的样品应在规定的环境条件下通电预热后方可进行检测，预热时间以产品使用说明

4.

1.

24.1书为准传感器送检时同时提供检测装置，在测试传感器信号输出时把传感器安装在该装置上进行试验

4.

1.3样品检测项目与样品编号对应表见表完成全部检测项目需要的样品数量为只，试验前应对样品

4.

1.4lo8予以编号具体样品数量根据检测项目与客户协商确定表检测项目与样品编号对应表1传感器编号序号章条检测项目12345678功率

15.1V

25.2传感器最低检测浓度V V V V V

35.3传感器灵敏度V V V V V V V V传感器检测误差

45.4V V V V V V V V

55.5响应时间与恢复时间V V V VVVVV漂移

65.6VV抗干扰气体性能

75.7——VV————抗硅中毒性能

85.8——VV————耐高温性能

95.9————V——耐低温性能

105.10————V——耐恒定湿热性能11541————VV——耐振动性能

125.12VV耐跌落性能

135.13VV长期稳定性

145.14VV检测方法5功率

5.2将传感器及其检测装置放置于测试箱中，记录检测装置在洁净空气中的输出信号值注入试验气体，Vo,使测试箱内的气体浓度达到传感器标识检测下限浓度，并开始计时，保持记录传感器检测装置输出3min,信号值并每隔读取一次输出信号值片,共读取次，计算标准偏差％逐渐增加测试箱内的气体浓度，K,5s10直至匕，此时测试箱内的气体浓度即为传感器最低检测浓度I K-Mol23注试验气体应与传感器检测气体一致，气体种类包括但不限于甲烷、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物等无机气体,以及烽类、醇、醛、酯、酸等挥发性有机气体若为挥发性有机气体，可注入对应液体传感器灵敏度

5.3将传感器及其检测装置放置于测试箱中，记录检测装置在洁净空气中的零点输出信号值注入试验Vo,气体，使测试箱内的气体浓度达到传感器标识测量范围上限值的（气体浓度可根据用户或制造商要求，50%选择传感器测量范围内的个或多个典型浓度），并开始计时，保持记录传感器检测装置输出信号值13min,K按公式

5.4将传感器及其检测装置放置于测试箱中，记录检测装置在洁净空气中的零点输出信号值注入试验气体，Vo,使测试箱内的气体浓度达到规定浓度并开始计时，保持记录传感器检测装置输出信3min,3号值通过输出信号值与传感器响应曲线上的对应值，计算传感器示值误差K注规定浓度为传感器响应曲线上均匀分布的两点及以上，传感器响应曲线由传感器制造商提供响应时间与恢复时间

5.5将传感器及其检测装置放置于洁净空气中，记录传感器检测装置输出信号值通入传感器标识测量Vo,范围上限的试验气体，记录传感器检测装置输出信号值计算和50%K Vr9o=Vo+O.9XV S-VO VTKFVO+O.IX将传感器及其检测装置放置在洁净空气中，待稳定后，重新迅速通入上述试验气体并开始计时，记V S-V0O录检测装置输出信号值达到％90的时间，该时间段为响应时间T90;与响应时间测试方法相同，待传感器在试验气体浓度下达到稳定值后，将传感器及其检测装置迅速放置于洁净空气中并开始计时，记录检测装置输出信号值达到的时间，该时间段为恢复时间Vno Tio注对于有曲线输出的传感器检测装置，也可直接读取输出曲线上信号值从开始上升到片90的时间即为响应时间，从开始下降到Vno的时间即为恢复时间漂移

5.7按照方法测试，记录检测装置在洁净空气中的输出信号值和试验气体中的输出信号值将测

5.8将传感器及其检测装置放置于测试箱中，向测试箱中注入六甲基二硅酸，使测试箱内浓度达到（）10±3（体积分数），保持卜然后将测试箱内气体排净，在洁净空气之中保持后，按进行试验Xi1lh

5.3耐高温性能

5.9将传感器及其检测装置放置于测试箱中，再将测试箱放入环境试验箱内，打开测试箱门，按小于1℃/min的升温速率升温至规定温度，稳定关闭测试箱门，按进行试验2h,

5.3注规定温度指产品使用说明书中传感器的工作温度上限，若无要求则工业品采用55℃±2℃,民用品采用40℃土2℃o耐低温性能

5.10将传感器及其检测装置放置于测试箱中，再将测试箱放入环境试验箱内，打开测试箱门，按小于1C/min的降温速率降温至规定温度，稳定关闭测试箱门，按进行试验2h,

5.3注规定温度指产品使用说明书中传感器的工作温度下限，若无要求则工业品采用-10℃±2℃,民用品采用0℃土2℃o耐恒定湿热性能

5.11将传感器及其检测装置放置于测试箱中，再将测试箱放入环境试验箱内，打开测试箱门，按小于1℃/min的升温速率升温至再以小于的速率将环境试验箱内的相对湿度增至稳定关40℃±2℃,5%/min93%±3%,2h,闭测试箱门，按进行试验

5.3耐振动性能

5.12将传感器固定在振动试验台上启动振动试验台，使其在（10〜150）Hz频率范围内，以5m加速度，的速率，分别在、、三个轴线上各扫频次试验后，检查传感器外观然后将传感器安装loct/min XY Z10在检测装置上，按进行试验

5.3耐跌落性能

5.13。