Capteurs MEMS thermiques et à conductivité catalytique pour la détection de gaz inflammables

Lors d’opérations impliquant le triangle du feu, plusieurs stratégies sont mises en œuvre pour éviter que les équipements et les dispositifs ne s’enflamment suite à un dysfonctionnement. L’une d’entre elles, très prisée et prescrite par la législation, consiste à mesurer la concentration en gaz inflammables. Classiquement, la mesure de cette concentration est réalisée à l’aide de capteurs catalytiques ou à conductivité thermique. Ces capteurs sont généralement la source d’une forte consommation électrique et leur fabrication demande un travail considérable, ce qui les rend difficilement employables pour des applications à volume élevé. Dans cette newsletter, nous vous présentons de nouveaux capteurs MEMS thermiques et à conductivité catalytique. Ils offrent tous une très basse consommation électrique et peuvent être fabriqués en très grande quantité.

Le nouveau capteur de gaz MEMS catalytique est un capteur à basse consommation conçu pour être utilisé dans des dispositifs fonctionnant sur batterie et optimisé pour le méthane, le propane ou le butane, gaz pour lesquels il répond jusqu’à la limite basse d’explosivité (LEL). L’élément de détection de gaz est un système à deux puces: l’une pour la détection, l’autre pour la compensation catalytique, chacune déposée sur un corps de chauffe fixé sur une puce en silicone. L’utilisation des technologies MEMS nécessite une puissance de seulement 120 mW en moyenne pour chauffer les couches de détection et de compensation, une performance inédite pour un système de détection de gaz catalytique. L’élément de détection intégré MP-7217 affiche un faible encombrement (Ø14,4 x 6,7 mm) et peut également être intégré dans une perle catalytique standard (VQ548MP; Ø20 x 20,9 mm) pour une compatibilité totale avec les produits standards catalytiques à perle (série VQ548).

Le nouveau capteur MEMS PTC-01P à conductivité thermique se compose d’une matrice de détection en silicone incorporée dans un boîtier TO. Ce capteur MEMS à matrice comprend deux résistances en platine à couche mince, dont l’une est implantée sur une membrane mince gravée dans la matrice de silicone. Son principe de fonctionnement se définit par la mesure différentielle de la conductivité thermique par rapport à l’air. Le CO2, ou tout autre gaz présentant une différence de conductivité thermique suffisamment importante par rapport à l’air, fait varier la valeur de la résistance de mesure par rapport à la résistance de référence. En utilisant un courant constant chauffant la membrane, la différence de température entre la résistance de référence et la résistance de mesure est corrélée à la conductivité thermique du gaz environnant. La résistance de référence est également utilisée pour compenser la dépendance de la conductivité thermique à la température absolue.

Le PTC-01P possède deux caractéristiques clés. La première est l’étendue de sa plage de température de fonctionnement, qui va de -40° C à +85° C. En comparaison, les capteurs NDIR les plus performants ne fonctionnent qu’entre -20° C et +65° C. La seconde caractéristique est son temps de réponse très court, de l’ordre de quelques millisecondes, qui n’est limité que par les changements dans la résistance de mesure. Le capteur PTC-01P affiche par ailleurs une très faible consommation d’énergie (5 mW), le rendant là encore supérieur à la plupart des capteurs NDIR. La résolution pouvant être obtenue avec le PTC-01P dépend fortement de l’électronique de conditionnement et de la capacité à mesurer de très petites différences entre la résistance de référence et la résistance de mesure.

Une autre caractéristique unique du capteur de gaz MEMS à membrane par rapport aux capteurs thermiques ou à conductivité catalytique standards est sa haute résistance aux chocs qui découle précisément de l’utilisation de la technologie MEMS.

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