CN108614015B - 一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作方法 - Google Patents

Abstract

一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作方法，属于传感器技术领域。技术要点：利用原位生长氧化铝制造出传感器基片，在其上形成催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元，催化补偿单元同时兼有热导敏感单元功能。通过薄膜溅射和干法刻蚀工艺形成金属铂薄膜加热敏感电阻，通过蒸发和湿法刻蚀工艺形成金属镍铬薄膜桥路电阻，然后封装。工作模式：催化敏感单元的惠斯通电桥，检测被测气体浓度，当其浓度超过催化单元检测上限时，关闭催化单元的惠斯通电桥，启动热导单元的惠斯通电桥，检测被测气体的高浓度；当气体浓度下降到热导单元检测下限时，关闭热导单元的惠斯通电桥，启动催化单元的惠斯通电桥，实现高低浓度的气体检测。

Description

一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作 方法

技术领域

本发明涉及一种传感器、工作方法及其制备方法，具体涉及一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作方法，属于传感器技术领域。

背景技术

针对易燃易爆危险化学品检测，市场主流产品仍然是催化气体传感器和热导气体传感器。催化气体传感器用以测量被测气体爆炸下限以下浓度范围，热导气体传感器用以测量被测气体爆炸下限以上至100％浓度范围。催化气体传感器和热导气体传感器技术广泛应用于工业、农业、国防、科学研究领域。例如：煤矿领域瓦斯监测采用催化传感器，用于检测瓦斯浓度范围0.05％～4％，采用热导传感器，用于检测瓦斯浓度范围4％～100％；加气站的液化天然气、液化石油气采用催化传感器，用于检测燃气浓度范围0.05％～100％LEL(爆炸下限)等。由于危险的易燃易爆气体的防爆要求水平的不断提高，很多危险气体环境不但要检测爆炸下限气体浓度安全范围，往往还要检测泄露时产生的高浓度。

目前，市场上应用的催化气体传感器和热导气体传感器都是分离器件，只能单独使用，若想实现宽范围气体浓度检测，只有通过由催化气体传感器制作的变送器和由热导气体传感器制作的变送器进行组合使用，才能达到宽范围气体浓度检测。

申请号CN201510568194.X，公开了一种催化燃烧式气体传感器，该传感器包括惠斯通电桥结构、防爆封装腔、燃烧腔、助测剂补充腔、助测剂、燃烧废物排出腔、电压变化检测装置、信号转化器、浓度显示装置；惠斯通电桥结构包括稳压供电电源、带有催化剂的黑元件、白元件、辅助电阻；带有催化剂的黑元件为检测元件；催化剂为稀有金属，所述稀有金属包括但不限于铂、钯、铑或其组合。

申请号CN200710054448.1，公开了一种催化燃烧式气体传感器，该传感器包括催化燃烧式气体传感器和红外探测器，所述催化燃烧式气体传感器的侧部与管体的一端密闭连接，所述红外探测器的红外探测元件与管体的另一端密闭连接。工作时可燃性气体通过气室的进气孔进入气室，并在催化燃烧式气体传感器上燃烧，红外探测器通过探测可燃性气体燃烧时辐射在管体中的红外光强度实现对气体浓度地探测。

申请号CN201420109397.3用于二元气体检测的微型热导式气体传感器，该传感器包括基片衬底和分别设置于基片衬底上的微型加热器、组分传感器、流量传感器和温度传感器；微型加热器、组分传感器和流量传感器均为悬梁结构。所述微型加热器、组分传感器和流量传感器的两端分别固定在基片衬底上，中间悬空。

上述专利分别涉及到了催化燃烧式气体传感器和热导式气体传感器，由于其分别是独立的检测传感器，因而就单独使用时只能检测一个气体浓度区间，无法覆盖宽量程气体浓度范围。实际工程应用中，若要检测宽量程气体浓度只能是采用催化传感器和热导传感器两种传感器配合一起使用。这样将造成检测仪表制造复杂，体积大，成本高，给产品应用带来不便。因此，亟待设计一种检测宽范围气体浓度的集成气体传感器。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明针对上述问题；提供了一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作方法，用以检测气体浓度范围0.01％-100％，实现宽范围气体浓度检测。解决现有催化传感器和热导传感器功能单一，检测气体浓度范围窄，且都是分离器件的工程问题；同时解决由于催化传感器和热导传感器组合使用带来的体积大，成本高的现实问题。

方案一：本发明提供了一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，具体步骤为：

a、利用电化学原位生长方法制造多孔Al₂O₃陶瓷基片，表面机械研磨、抛光处理；

b、采用微加工工艺，光刻掩模，湿法刻蚀Al₂O₃陶瓷基片，形成传感器芯片载体；

c、使用溅射工艺，在芯片载体表面沉积铂膜；

d、采用光刻工艺，掩模光刻，形成加热电极和信号电极图形；

e、采用干法刻蚀工艺，刻蚀铂膜，直至未掩模的铂膜全部刻蚀完成；

f、清洗，烘干，热处理；

g、使用蒸镀工艺，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜；

h、采用光刻工艺，掩模光刻，形成镍铬薄膜桥路电阻图形；

m、采用湿法刻蚀工艺，刻蚀镍铬薄膜，直至未掩模的镍铬薄膜全部刻蚀完成；

n、采用反加电电化学反应，剥离芯片载体与金属基底，形成单个的传感器芯片载体，所述单个的传感器芯片载体分别为一对用于催化单元检测桥路电阻、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元；

o、将芯片载体并放入烧结炉中烧结；

p、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铝溶液，高温650-700℃处理；

q、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸铂钯盐溶液，高温550-600℃处理；

j、向催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铅溶液，高温600-650℃处理；

s、将金属铂引线沾上高温导电金浆料，粘接在焊盘处，放入烧结炉中烧结；

x、将芯片封装在标准14脚管座的引线柱上，封于管壳内，形成催化和热导集成气体传感器。

进一步地，所述步骤c中，在芯片载体表面沉积铂膜的厚度0.3-1.5um。

进一步地：所述步骤g中，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜的厚度0.3-0.5um。

进一步地，所述步骤f中，热处理温度300-350℃。

进一步地，所述步骤o中，烧结温度700-750℃。

进一步地，所述步骤s中，将直径0.04mm的金属铂引线沾上高温导电金浆料，烧结温度550-600℃。

进一步地：所述步骤x中，将一对用于催化单元检测桥路、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元封装到一个具有五孔的管壳内，热导补偿单元实行气密性封装，催化敏感单元、催化补偿单元、一对用于催化单元检测桥路电阻和一对用于热导单元检测桥路电阻实行开口式非气密性封装，形成可检测宽范围气体浓度的集成气体传感器。

进一步地：所述步骤n中，一对用于催化单元检测桥路和一对用于热导单元检测桥路电阻采用薄膜工艺、湿法刻蚀工艺及激光刻蚀调阻工艺制造而成，形成成对的相同的结构尺寸的等阻值电阻，并做为惠斯通电桥的双臂，分别用于催化元件和热导元件信号的提取。

进一步地：所述步骤n中，催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元设计一致性尺寸的镂空悬浮结构。如此设置，便于温度隔离。

方案二：本发明提供了一种催化及热导集成气体传感器，其依托方案一所述一种催化及热导集成气体传感器的制造方法制得的。

方案三：本发明提供了一种催化及热导集成气体传感器的工作方法，具体为：由催化敏感单元、催化补偿单元，以及一对用于催化单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于催化单元检测桥路电阻接点，形成催化敏感元件的信号检测；

同理，由催化敏感单元、催化补偿单元(热导敏感单元)，以及一对用于热导单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于热导单元检测桥路电阻接点，形成热导敏感元件的信号检测；

当检测被测气体浓度超过催化敏感元件检测上限时，关闭催化敏感元件的惠斯通电桥，同时启动热导敏感元件组成的惠斯通电桥，继续检测被测气体的高浓度；当气体浓度下降到热导单元检测下限时，关闭热导单元的惠斯通电桥，同时启动催化单元的惠斯通电桥，实现宽范围被测气体浓度的检测。

本发明的方案三所述的一种催化及热导集成气体传感器的工作方法是基于方案一及方案二实现的。

有益效果：

本发明提供了一种催化及热导集成气体传感器，包括催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元，催化补偿单元同时兼有热导敏感单元功能，因而省略了一个功能单元。将上述三个功能单元分别封装在管壳内，形成一种检测宽范围气体浓度的集成气体传感器，本发明提供的集成气体传感器解决了宽范围气体检测问题，检测气体浓度范围0.01％-100％。

本发明中集成气体传感器基片是利用原位生长氧化铝经微加工工艺制造而成，此基片作为传感器的功能载体，在其上制造镂空结构隔离热传导，形成催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元，催化补偿单元同时兼有热导敏感单元功能。通过薄膜溅射工艺和干法刻蚀工艺形成金属铂薄膜加热敏感电阻，通过蒸发工艺和湿法刻蚀工艺形成金属镍铬薄膜桥路电阻，以上铂薄膜加热敏感电阻和镍铬薄膜桥路电阻通过激光刻蚀工艺进行调整阻值。将上述三个敏感功能单元分别封装在三个隔离的腔室内，其中，催化敏感单元和催化补偿单元(热导敏感元件)封装在上面开孔的腔室内，热导补偿元件封装在封闭的腔室内，形成一种催化及热导集成气体传感器。传感器的工作模式可实现宽范围气体浓度检测。

本发明的气体传感器结构紧凑，将催化元件和热导元件有机集成，实现检测宽范围气体浓度的检测，检测气体(例如：瓦斯、氢气、甲烷、丙烷、丁烷、液化天然气、液化石油气、汽油、煤油、有机溶剂等)浓度范围0.01％-100％，适用于石油、化工、矿山、燃气等危险化学品安全检测应用领域。

附图说明

图1是催化及热导集成气体传感器制作工艺流程图；

图2是传感器芯片结构示意图；

图3是传感器惠斯通电桥示意图；

图4是传感器热导-催化工作惠斯通电桥示意图；

图5是传感器芯片封装示意图。

其中：

1镍铬薄膜桥路电阻焊盘

2镍铬薄膜桥路电阻

3催化敏感单元

4催化补偿单元(热导敏感单元)

5热导补偿单元

6催化元件用镍铬薄膜桥路电阻封装气室

7催化敏感单元封装气室

8催化补偿单元(热导敏感单元)封装气室

9热导补偿单元封装气室

10热导元件用镍铬薄膜桥路电阻封装气室。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例1：一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，

如附图1所示，本实施例所涉及的催化及热导集成气体传感器制作工艺流程图，集成传感器制造方法包括以下主要工序步骤：原位生长氧化铝→传感器基片处理→微加工基片→芯片载体→结构版图设计→铂加热电极版图→镍铬电阻版图→光刻版制版→沉积金属膜→刻蚀敏感电极→高温热处理→浸硝酸铝溶液→修饰铂钯催化剂→浸渍硝酸铅溶液→高温热分解→焊接引线→封装组装→通电热老化→测试筛选→集成传感器。各工步之间的制造方法可以根据具体要求进行任意组合。

具体步骤为：

a、利用电化学原位生长方法制造多孔Al₂O₃陶瓷基片，表面机械研磨、抛光处理；

b、采用微加工工艺，光刻掩模，湿法刻蚀Al₂O₃陶瓷基片，形成传感器芯片载体；

c、使用溅射工艺，在芯片载体表面沉积铂膜，厚度0.3-1.5um；

d、采用光刻工艺，掩模光刻，形成一对用于催化单元检测桥路电阻图形、一对用于热导单元检测桥路电阻图形、催化敏感单元电极图形、催化补偿单元电极图形以及热导补偿单元电极图形，所述催化补偿单元同时作为热导敏感单元；

e、采用干法刻蚀工艺，刻蚀铂膜，直至未掩模的铂膜全部刻蚀完成；

f、清洗，烘干，热处理300-350℃；

g、使用蒸镀工艺，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜，厚度0.3-0.5um；

h、采用光刻工艺，掩模光刻，形成镍铬薄膜桥路电阻图形；

m、采用湿法刻蚀工艺，刻蚀镍铬薄膜，直至未掩模的镍铬薄膜全部刻蚀完成；

n、采用反加电电化学反应，剥离芯片载体与金属基底，形成单个的传感器芯片载体，所述单个的传感器芯片载体分别为一对用于催化单元检测桥路电阻、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元；

o、将芯片载体并放入烧结炉中烧结，烧结温度700-750℃；

p、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铝溶液，高温650-700℃处理；

q、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸铂钯盐溶液，高温550-600℃处理；

j、向催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铅溶液，高温600-650℃处理；

s、将直径0.04mm的金属铂引线沾上高温导电金浆料，粘接在焊盘处，放入烧结炉中烧结，烧结温度550-600℃；

x、将芯片封装在标准14脚管座的引线柱上，封壳，形成催化和热导集成气体传感器。

步骤x结束后可以对传感器的性能进行测试，待用。

实施例2：本发明的实施例2所述的一种催化及热导集成气体传感器，是基于实施例1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法获得的。如附图2所示：本实施例所涉及催化及热导集成传感器芯片结构示意，包括第一镍铬膜桥路1对电阻(用于催化单元检测桥路电阻)、催化敏感单元、催化补偿单元(同时具有热导敏感单元功能)、热导补偿单元、第二镍铬膜桥路1对电阻(用于热导单元检测桥路电阻)；如附图5所示一对用于催化单元检测桥路、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元封装到一个具有五孔的管壳内，热导补偿单元实行气密性封装，催化敏感单元、催化补偿单元、一对用于催化单元检测桥路电阻和一对用于热导单元检测桥路电阻实行开口式非气密性封装，形成可检测宽范围气体浓度的集成气体传感器。

实施例3：参见图3和图4，本发明的实施例3是基于实施例2所述的一种催化及热导集成气体传感器的使用方法，具体为：

由催化敏感单元、催化补偿单元，以及一对用于催化单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于催化单元检测桥路电阻接点，形成催化敏感元件的信号检测；

同理，由催化敏感单元、催化补偿单元(热导敏感单元)，以及一对用于热导单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于热导单元检测桥路电阻接点，形成热导敏感元件的信号检测；

当检测被测气体浓度超过催化敏感元件检测上限时，关闭催化敏感元件的惠斯通电桥，同时启动热导敏感元件组成的惠斯通电桥，继续检测被测气体的高浓度；当气体浓度下降到热导单元检测下限时，关闭热导单元的惠斯通电桥，同时启动催化单元的惠斯通电桥，实现宽范围被测气体浓度的检测。

本发明提供的一种催化及热导集成气体传感器的原理：

催化气体敏感单元的工作原理：催化燃烧传感器能够测量危险气体(可燃性)的爆炸下限，也称为接触燃烧式传感器，内部由敏感单元和补偿单元组成。两单元与标准电阻接成惠斯顿电桥，在无可燃性气体时桥路平衡，当空气中的可燃性气体扩散至传感器敏感元件时，即在其表面产生氧化反应，检测元件温度升高，阻值变大，桥路失去平衡，经放大调整，输出与可燃性气体浓度成线性关系的电压(电流)信号。热导式气体敏感单元工作原理：传统热导式气体传感器检测方式依据不同可燃性气体的导热系数与空气的差异来测定气体的浓度，其检测方法是将待测气体送人气室，气室中央是热敏单元(铂丝线圈)，对热敏单元加热到一定温度，当待测气体的导热系数较高时，将使热量更容易从热敏单元上散发，使其电阻减小，通常由热敏单元和一封闭的相同热敏单元组成惠斯登电桥，通过桥路的不平衡电压输出变化反映被测气体导热系数的变化，从而实现对气体浓度的检测。

本发明提供的一种催化及热导集成传感器，可与信号调理电路组成气体检测仪器仪表以及报警系统，用以检测易燃易爆危险化学品气体，例如：瓦斯、氢气、甲烷、丙烷、丁烷、液化天然气、液化石油气、汽油、煤油、有机溶剂等，实现宽量程检测浓度范围0.01％-100％，能满足工业、农业、国防、科技等应用领域的使用要求，解决了目前宽量程检测必须利用催化传感器和热导传感器2个独立器件同时应用的技术问题。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：

具体步骤为：

a、利用电化学原位生长方法制造多孔Al₂O₃陶瓷基片，表面机械研磨、抛光处理；

b、采用微加工工艺，光刻掩模，湿法刻蚀Al₂O₃陶瓷基片，形成传感器芯片载体；

c、使用溅射工艺，在芯片载体表面沉积铂膜；

d、采用光刻工艺，掩模光刻，形成加热电极和信号电极图形；

e、采用干法刻蚀工艺，刻蚀铂膜，直至未掩模的铂膜全部刻蚀完成；

f、清洗，烘干，热处理；

g、使用蒸镀工艺，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜；

h、采用光刻工艺，掩模光刻，形成镍铬薄膜桥路电阻图形；

m、采用湿法刻蚀工艺，刻蚀镍铬薄膜，直至未掩模的镍铬薄膜全部刻蚀完成；

n、采用反加电电化学反应，剥离芯片载体与金属基底，形成单个的传感器芯片载体，所述单个的传感器芯片载体分别为一对用于催化单元检测桥路电阻、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元；

o、将芯片载体并放入烧结炉中烧结；

p、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铝溶液，高温650-700℃处理；

q、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸铂钯盐溶液，高温550-600℃处理；

j、向催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铅溶液，高温600-650℃处理；

s、将金属铂引线沾上高温导电金浆料，粘接在焊盘处，放入烧结炉中烧结；

x、将芯片封装在标准14脚管座的引线柱上，封于管壳内，形成催化和热导集成气体传感器。

2.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤x中，将一对用于催化单元检测桥路、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元封装到一个具有五孔的管壳内，热导补偿单元实行气密性封装，催化敏感单元、催化补偿单元、一对用于催化单元检测桥路电阻和一对用于热导单元检测桥路电阻实行开口式非气密性封装，形成可检测宽范围气体浓度的集成气体传感器。

3.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤n中，一对用于催化单元检测桥路和一对用于热导单元检测桥路电阻采用薄膜工艺、湿法刻蚀工艺及激光刻蚀调阻工艺制造而成，形成成对的相同的结构尺寸的等阻值电阻，并做为惠斯通电桥的双臂，分别用于催化敏感元件和热导敏感元件信号的提取。

4.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤n中，催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元设计一致性尺寸的镂空悬浮结构。

5.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，在芯片载体表面沉积铂膜的厚度0.3-1.5um。

6.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤g中，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜的厚度0.3-0.5um。

7.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤f中，热处理温度300-350℃；所述步骤o中，烧结温度700-750℃。

8.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤s中，将直径0.04mm的金属铂引线沾上高温导电金浆料，烧结温度550-600℃。

9.一种基于权利要求1-8任一所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法获得的催化及热导集成气体传感器。

10.一种基于权利要求9所述的一种催化及热导集成气体传感器的使用方法，其特征在于：具体为：由催化敏感单元、催化补偿单元，以及一对用于催化单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于催化单元检测桥路电阻接点，形成催化敏感元件的信号检测；

同理，由催化敏感单元、催化补偿单元，其中催化补偿单元作为热导敏感单元，以及一对用于热导单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于热导单元检测桥路电阻接点，形成热导敏感元件的信号检测；

当检测被测气体浓度超过催化敏感元件检测上限时，关闭催化敏感元件的惠斯通电桥，同时启动热导敏感元件组成的惠斯通电桥，继续检测被测气体的高浓度；当气体浓度下降到热导单元检测下限时，关闭热导单元的惠斯通电桥，同时启动催化单元的惠斯通电桥，实现宽范围被测气体浓度的检测。

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