氦氣是自然界中最穩定的惰性氣體之一，屬于單原子分子，化學性質極不活潑——這就意味著，我們常用的氣體檢測方法，比如電化學（EC）、非分散紅外（NDIR）、催化燃燒、金屬氧化物半導體（MOS）等傳感器，都很難測試氦氣的濃度

但氦氣有一個非常突出的物理特性：導熱性極強。在0℃、101.325kPa標準條件下，它的熱導系數高達0.1426W/(m·K)，在所有常見氣體中，僅次于氫氣，遠高于空氣（0.026W/(m·K)）、氮氣、氬氣等常規氣體。這一特性，工業上就使用熱導原理來檢測氦氣的濃度。

熱導式氦氣傳感器的工作原理

熱導原理的氦氣傳感器就是利用惠斯通電橋，把的加熱器和溫度檢測器組合在一起,形成一個熱導環路。當氦氣氣體通過熱導環路時,它會帶走一定的熱量,導致環路的溫度發生變化。通過測量環路溫度的變化,可以確定被測氣體中氦氣的濃度含量。

氦氣的廣泛應用，決定了傳感器的核心需求

氦氣被譽為“黃金氣體”，廣泛應用于國防、軍工、醫療、科研、航天、電子、高端制造、、等多個核心領域，而每一個場景都對氦氣濃度有嚴格要求：

1、氦氣可作為火箭液體燃料的壓送劑和增壓劑，大量用于導彈、宇宙飛船和超音速飛機上。

2、氦用作冶煉及焊接時的保護氣體，這在造船以及飛機、宇宙飛船、火箭和武器的制造等方面非常重要。

3、氦氣有優良的滲透性，用于核反應堆的冷卻，火箭和核反應堆的一些管道及電子和電氣裝置等的檢漏。

4、氦氣是具有理想氣體性質的氣體，是極低溫度下蒸氣壓溫度計的理想用氣。

5、氦氣的質量密度、重量密度都低，且不易燃，可用來填充燈泡、霓虹燈管，也是理想的氣球及飛艇用氣。

6、液體氦可獲得接近絕對溫度（-273℃）的低溫，用于制造超導設備。

7、氦氣惰性氣體的一種，在血液中的溶解度較氮氣低，因而其麻醉性低于氮氣，所以常將氦氣與氧氣混合，作為潛水員的呼吸用氣體。

8.氦氧混合氣密度為普通空氣的1/3，呼吸混合氣要比呼吸空氣容易，所以也用于治療氣喘病。

9.電子研究：氦在半導體、液晶面板、光纖線路的制造中起著重要作用，可以實現零件的快速冷卻，提高生產率。

10.運輸和運輸設備：由于氦氣是沸點低、導熱性能優異的氣體，廣泛應用于散熱器換熱器、空調模塊、油箱和變矩器等重要汽車零部件的檢測，以確保其符合質量規格。

11.核磁共振掃描儀是醫生常用的成像工具，而氦氣可以幫助它內部的超導體原件保持在超低溫的狀態下，從而使它產生極強的磁場，用來達到檢查身體的作用。

12.在超市中，收銀員使用的掃碼器，其實也叫氦-氖激光器，其中的氣體混合物大部分是氦氣，這樣氦原子可以被激發，并進一步與氖原子碰撞，達到掃碼效果，而且氦氣的使用也使能量消耗更低，效果也更好。

13.氦氣在半導體芯片中可以實現零部件的快速冷卻，從而提高生產率，還能控制熱傳遞速率，以改善生產效率并減少缺陷。

其他場景：白熾燈填充（氬-氦混合氣延長壽命、提升亮度）、氣體激光器、色譜分析載氣、管道檢漏等，

氦氣分析儀是基于不同氣體具有不同的熱導率以及混合氣體熱導率隨其被測成分含量變化這一物理特性進行工作的。采用熱導原理傳感器，氦氣分析儀中檢測氦氣濃度的熱導傳感器推薦：

瑞士Neroxis 熱導式氣體傳感器MTCS2200系列：

熱導式氣體傳感器MTCS2200采用薄膜沉積和硅微機械加工技術在硅片上制成。該裝置可測定二元或三元氣體混合物的氣體濃度。該傳感器由一個集成加熱器組成，該加熱器位于絕緣隔熱膜上。兩個薄膜電阻用于加熱和測量膜的溫度[Tm]。兩個參考電阻集成在膜旁邊的硅片上，以補償環境溫度變化。這四個電阻經過鈍化，以防止受到氣體的影響，并通過金絲鍵合與TO8或TO5底座進行電氣連接。

瑞士Neroxis熱導式氣體傳感器MTCS2200系列應用：

工業:通過測量二元混合物(Ar，N2中的H2)或準二元混合物（空氣中的H2，He或CO2）的熱導率來測定氣體濃度

燃燒控制:監測天然氣中的CH4濃度的氣體引擎控制

檢測氟利昂（R-11;R-12、R-21、R-22)、CFC或CF3CH2F氟乙烷(R-134或R-404)等制冷劑氣體的泄露監測冷卻系統

測量空氣中的氫氣（0-5%或更高濃度）、氦氣(0-5000ppm）或氙氣

安全工業過程控制、園藝、食品儲存、發酵過程控制

微型真空裝置，如微型皮拉尼壓力真空計

基于導熱系數的空氣微型絕對濕度傳感器

飲料行業(CO2濃度)

荷蘭XenSor 熱導式氣體傳感器XEN-3880-RW-3：

XEN-3880-RW-3導熱系數計測量周圍的熱導率氣體，原理是氣體的不同它們的導熱性好，可以用來測量氣體濃度在二元混合物或準二元混合物，其中成分氣體具有不同的導熱系數，也可以是用于測量真空系統中的壓力。

傳感器芯片由一個硅框架和一個合成膜，中間是一個加熱器，用熱電堆測量它的溫度和芯片之間的熱導率測量環境和膜的中心。在薄膜和頂部有一個硅蓋（屋頂)帶有過濾器的焊接帽（W)抑制流量敏感度。

荷蘭XenSor熱導式氣體傳感器XEN-3880-RW-3應用：氫，氦和天然氣測量、用氦測試氫系統、包裝和真空系統的真空測量、氣體濃度測量

轉載請注明出處：傳感器應用_儀表儀器應用_電子元器件產品 – 工采資訊 http://www.iohhome.com/44742.html