氘气分析仪中热导气体传感器的应用

氘（D）是氢的同位素，化学符号为D或²H，具有无色、无味、可燃的特性。氘气在光纤制造、半导体、核工业等领域有着广泛的应用。工采网将详细介绍氘气在光纤制造中的核心作用、氘气分析仪的工作原理及其应用，并推荐几款适合氘气检测的高性能热导式气体传感器。

一、氘气的制备与特性

1. 制备方法

氘的主要化合物为重水（D₂O），通过电解重水可以制取氘气。重水电解的原理与普通水电解相似，在阴极上产生氘气（D₂），在阳极上产生氧气（O₂）。采用固体电解质如磺酸基团结合在聚四氟乙烯上的SPE膜电解槽，可以在阴极上得到丰度高达99%的氘气。再经过分离和净化，可以获得高纯度的氘产品。

2. 特性

• 沸点：-249.5℃
• 反应特性：氘气具有普通氢的所有反应特性，但反应速度更慢，反应更不完全。
• 应用领域：半导体、核工业、化学合成、光纤制造等。

二、氘气在光纤制造中的核心作用

1. 光纤预制棒沉积工艺中的关键保护气

光纤预制棒是光纤的核心材料，其制造主要采用化学气相沉积（CVD）法或等离子体化学气相沉积（PCVD）法。氘气替代氢气（H₂）的优势包括：

• 抑制羟基生成：氘气与氧反应生成OD⁻（氘羟基），其吸收峰位于1.9μm，远高于普通光纤通信波段（1.3-1.5μm），显著降低光信号损耗。
• 更高的热稳定性：氘气在高温沉积过程中分解温度比氢气高约200℃，可减少工艺波动。

实验数据对比

2. 光纤拉丝过程的还原性环境控制

在光纤拉丝炉中，氘气作为还原性气体：

• 防止石英玻璃（SiO₂）在高温下氧化。
• 减少金属杂质（如Fe²⁺）的氧化态比例，降低光散射损耗。

三、氘气分析仪的工作原理

氘气分析仪通常采用热导式原理进行测量，适用于氮气或氦气背景下的氘气浓度含量测定。最小测量范围为0-0.7vol%（氮气），精度为1%（70ppm）。氘气分析仪广泛应用于半导体、平板显示器、太阳能电池等电子行业在硅烧结或退火工艺中置换氢以及核工业、光纤行业等。

四、推荐的热导式气体传感器

以下是几款适合氘气分析仪的高性能热导式气体传感器：

1、荷兰Xensor 热导式气体传感器——XEN-3880-P2RW

XEN-TCG3880是一种使用硅技术制成的导热仪（TCG）。传感器芯片由2.50×3.33mm，0.3mm厚的硅边缘组成，其中形成了氮化硅膜。中心是一个加热器，传感器元件测量其温度。芯片测量环境和膜中心之间的热导率，这取决于几个参数，如压力、气体类型和膜上的材料沉积。这种对物理参数的依赖性允许TCG测量绝对压力、气体类型和气体混合物成分等量。

XEN-TCG3880的标准外壳是TO-5 10针插头，带有带过滤器的直径为5mm的孔帽，其他外壳可根据要求提供。

2、荷兰Xensor 高速响应热导式气体传感器——XEN-5320-ALU

XEN-5320是一种智能气体传感器，在需要分析二元气体混合物的工业中有着广泛的应用。该传感器基于环境气体的热导率测量，使用经验证的热导率传感器XEN-3880。应用包括氢气和氦气实验、探测射流和羽流中的气体扩散率以及二元气体成分测量，以及医疗、研发和工业环境中氢气、氦气、氮气和甲烷气体混合物的监测和泄漏检测。

3、瑞士Neroxis 热导式气体传感器——MTCS2601

MTCS2601传感器由使用四个Ni-Pt电阻器的微加工热导率传感器组成，这些电阻器使用MEMS技术实现。该传感器安装在一个小型SMD封装中，可用磁带和卷轴包装。这种MEMS TC传感器可与简单的低功耗CMOS标准集成电路相结合进行气体探测，是需要实现超低功耗、长寿命和无需维护的OEM气体探测器的绝佳选择。同时也可以基于皮拉尼原理进行真空度检测，是需要实现超低功耗、长寿命和无需维护的尺寸临界泄漏OEM探测器或基于皮拉尼原理的微型真空计的绝佳选择。可应用于功率和尺寸受限的恶劣环境中的主要压力控制，或在封闭体积中检测气体泄漏、湿气或入侵。

氘气在光纤制造、半导体、核工业等领域有着重要的应用价值。特别是在光纤制造中，氘气替代氢气能够显著提高光纤的质量和性能。为了确保工艺的精确性和产品的高质量，选择合适的氘气分析仪和高性能的热导式气体传感器很重要。本文推荐的几款传感器，如瑞士Neroxis的MTCS2601、荷兰Xensor的XEN-3880和XEN-5320-ALU，凭借其优异的性能和可靠性，成为此类应用的理想选择。