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(jì)也趨向于高密度化。這種高密度電路板在長(zhǎng)期的使用過(guò)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(xiǎn)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(duì)安全性要求極高的領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)庫(kù)中心和汽車(chē)制造中，僅憑單一的保險(xiǎn)措施顯然不足。因此，本研究旨在通過(guò)先進(jìn)的半導(dǎo)體式氣體傳感器技術(shù)，對(duì)電路板在過(guò)熱時(shí)產(chǎn)生的異味氣體進(jìn)行早期檢測(cè)，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)象產(chǎn)品

本研究選用的氣體傳感器型號(hào)為T(mén)GS2600、TGS2602和TGS2603，這些傳感器以其高靈敏度和廣泛的檢測(cè)范圍，在氣體檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

研究?jī)?nèi)容

1.對(duì)電路板產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體進(jìn)行分析

為了了解電路板在過(guò)熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生哪些揮發(fā)性氣體，我們選取了五種不同類(lèi)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(duì)產(chǎn)生的氣體進(jìn)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(lèi)、酮類(lèi)和芳香族化合物。這些氣體種類(lèi)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(duì)應(yīng)的傳感器靈敏度特性，以及最適宜的工作電壓，我們進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，

TGS2600對(duì)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(duì)芳香族氣體的靈敏度顯著提高，對(duì)所有氣體的靈敏度均衡性也非常好；

而TGS2603對(duì)芳香族氣體幾乎無(wú)靈敏度，但對(duì)酒精和酮類(lèi)氣體的靈敏度較高。考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要傳感器對(duì)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(hào)傳感器的靈敏度特性

3.揮發(fā)性氣體產(chǎn)生機(jī)制與傳感器響應(yīng)確認(rèn)

為了驗(yàn)證傳感器的實(shí)際響應(yīng)效果，我們?cè)诿荛]容器內(nèi)對(duì)PCB電路板上的配線模板施加了12A的過(guò)電流，并同時(shí)觀察TGS2602傳感器電阻的變化與配線模板的狀態(tài)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，施加過(guò)電流后，傳感器的電阻值立即下降，表明傳感器已經(jīng)檢測(cè)到了揮發(fā)性氣體的存在。同時(shí)，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(qiáng)烈的異味，且配線模板中部已經(jīng)變成了黑色。這進(jìn)一步證實(shí)了傳感器在檢測(cè)電路板過(guò)熱產(chǎn)生的異味氣體方面的有效性。

施加過(guò)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(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，成功驗(yàn)證了半導(dǎo)體式氣體傳感器在檢測(cè)電路板過(guò)熱產(chǎn)生的異味氣體方面的可行性。通過(guò)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(lái)。與目前普及的廣域（室內(nèi)）監(jiān)測(cè)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(shí)間點(diǎn)，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)。

對(duì)于有意研發(fā)相關(guān)技術(shù)的企業(yè)客戶，請(qǐng)隨時(shí)聯(lián)系工采網(wǎng)技術(shù)工程師。我們期待與更多合作伙伴攜手共進(jìn)，共同推動(dòng)氣體檢測(cè)技術(shù)在火災(zāi)預(yù)防領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

審核編輯 黃宇