CN101241093B - 一种气敏传感器标定和可靠性测试系统 - Google Patents

一种气敏传感器标定和可靠性测试系统 Download PDF

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本发明涉及气敏传感器测试技术领域，公开了一种气敏传感器标定和可靠性测试系统，该系统包括进气单元、气体流量监控及组分控制单元、气体混合腔、真空测试腔和传感器电参量测量装置；所述进气单元中的气体在气体流量监控及组分控制单元的控制下进入气体混合腔进行预混合，然后进入真空测试腔；所述真空测试腔中放置有待测气敏传感器，所述传感器电参量测量装置与真空测试腔连接，用于测试真空测试腔中待测气敏传感器的性能。利用本发明，解决了现有动态气敏元件性能测试装置存在的不足之处，实现了对待测气体浓度的精确控制、对不同气体的测试，以及对器件温度的精确控制。

Description

一种气敏传感器标定和可靠性测试系统
技术领域
本发明涉及气敏传感器测试技术领域，尤其涉及一种响应速度快、待测气体浓度精确可控的气敏传感器标定和可靠性测试系统。
背景技术
早期的气体传感器测试系统采用封闭式进气系统，它的主要特点是将目标测试气体直接注入封闭的传感器室。此类测试系统只能用于测量传感器的稳态响应。而且由于受到待测气体在载气中的扩散速度的限制，导致传感器达到稳态响应的时间变长，而且传感器吸附气体之后，解吸速度也比较慢，不适合大量采集样本数据。
为了得到气体传感器的动态响应特性，需要采用流气式测试系统。目前国内气敏元件测试装置结构过于简单，无法对实验条件进行精确的控制。
如图1所示，图1为目前的动态气敏元件性能测试装置的结构示意图。该装置通过进样器直接将气体注入到测试箱，无法对待测气体的浓度进行精确控制，无法改变待测气体的浓度。
密封箱里面原有的气体也会影响传感器对待测气体的响应特性。此测试装置也无法精确控制传感器的温度，无法测试传感器在不同温度下的响应特性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种气敏传感器标定和可靠性测试系统，以解决现有动态气敏元件性能测试装置存在的不足之处，实现对待测气体浓度的精确控制、对不同气体的测试，以及对器件温度的精确控制。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气敏传感器标定和可靠性测试系统，该系统包括进气单元、气体流量监控及组分控制单元、气体混合腔5、真空测试腔6和传感器电参量测量装置16；
所述进气单元中的气体在气体流量监控及组分控制单元的控制下进入气体混合腔5进行预混合，然后进入真空测试腔6；
所述真空测试腔6中放置有待测气敏传感器15，所述传感器电参量测量装置16与真空测试腔6连接，用于测试真空测试腔6中待测气敏传感器15的性能；
所述气体流量监控及组分控制单元包括质量流量计2、控制电路3和计算机4，用于控制来自进气单元的气体流量、压力及组分，实现对不同气体的选择切换。
所述进气单元包括调压减压阀和压力钢瓶1，用于控制压力钢瓶1中的气体或挥发性液体蒸汽的压力，进气单元通过气体流量监控及组分控制单元与气体混合腔5相连；
所述压力钢瓶的数量至少为2个，每个压力钢瓶中存放一种气体或挥发性液体蒸汽，且每个压力钢瓶上安装有一个调压减压阀。
所述气体混合腔5通过特种不锈钢管道接收进气单元输入的气体，对该气体进行预混合，然后将预混合后的气体输出给真空测试腔6。
所述真空测试腔6具有可开关的密封盖，盖子下面有环形橡胶密封圈，该真空测试腔6包括温控装置、高/低压真空计7、至少一个传感器电参数测量引线柱8、进气口9和出气口10。
所述温控装置包括加热板12、热电偶13和可编程温度控制器14；
所述加热板的可调温度范围为0到400摄氏度，温度误差为±0.2摄氏度，加热板上放置气敏传感器，通过加热板来精确设置传感器的温度；
所述传感器电参数测量引线柱8的数量为8个，所述可编程温度控制器14实现的温度变化过程的状态有64种。
所述真空测试腔6为圆柱形形状，高度为5.2cm，直径为29cm。
所述传感器电参量测量装置16为一台外接式半导体参数测试仪，用于测量待测气敏传感器15的IV特性、阻抗特性、感抗特性。
该系统进一步包括一真空单元11，用于抽出真空测试腔6中的气体，将真空测试腔6变为真空状态。
所述真空单元11与真空测试腔6的出气口10连接，为高速真空泵。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过质量流量计和混合腔，实现对待测气体浓度的精确控制；通过气路的切换，实现对不同气体的测试；通过加热板、温控器和热电偶实现对器件温度的精确控制；进而解决了现有动态气敏元件性能测试装置存在的不足之处，
2、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过使用质量流量计对气体流量进行控制，实现对不同气源的选择以及气体浓度的精确控制，多个气路的气体可以在混合腔室充分混合，然后再进入测试腔室。
3、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过调节不同气路的流量，可以连续调节测试气体的浓度。
4、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过使用真空泵排气方式，降低环境中其他气体对器件响应的影响。
5、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过使用电加热板、温控器和热电偶，实现对器件温度的精确控制。
6、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，通过温控装置实现对传感器温度的精确控制，真空测试具有八个电引线端口，可以实现传感器信号与外部电参量测量仪的连接以及温控装置与外部的连接。
7、本发明提供的这种气敏传感器标定和可靠性测试系统，传感器的气敏特性由电参量测量仪记录，精确描述了气敏元件特性。
附图说明
图1为目前的动态气敏元件性能测试装置的结构示意图；
图2为本发明提供的气敏传感器标定和可靠性测试系统的结构示意图；
图3为本发明提供的气敏传感器标定和可靠性测试系统中真空测试腔的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2所示，图2为本发明提供的气敏传感器标定和可靠性测试系统的结构示意图，该系统包括进气单元、气体流量监控及组分控制单元、气体混合腔5、真空测试腔6和传感器电参量测量装置16。
所述进气单元中的气体在气体流量监控及组分控制单元的控制下进入气体混合腔5进行预混合，然后进入真空测试腔6。
所述真空测试腔6中放置有待测气敏传感器15，所述传感器电参量测量装置16与真空测试腔6连接，用于测试真空测试腔6中待测气敏传感器15的性能。
所述进气单元包括调压减压阀和压力钢瓶1，用于控制压力钢瓶1中的气体或挥发性液体蒸汽的压力，进气单元通过气体流量监控及组分控制单元与气体混合腔5相连。压力钢瓶1中的气体或挥发性液体蒸汽通过特种不锈钢管道进入气体混合腔。
所述压力钢瓶的数量至少为2个，每个压力钢瓶中存放一种气体或挥发性液体蒸汽，且每个压力钢瓶上安装有一个调压减压阀。
所述气体流量监控及组分控制单元包括质量流量计2、控制电路3和计算机4，用于控制来自进气单元的气体流量、压力及组分，实现对不同气体的选择切换。流量控制精度为0.1sccm。
所述气体混合腔5通过特种不锈钢管道接收进气单元输入的气体，对该气体进行预混合，然后将预混合后的气体输出给真空测试腔6。
所述真空测试腔6具有可开关的密封盖，盖子下面有环形橡胶密封圈，该真空测试腔包括温控装置、高/低压真空计7、至少一个传感器电参数测量引线柱8、进气口9和出气口10。
所述温控装置包括加热板12、热电偶13和可编程温度控制器14。所述加热板的可调温度范围为0到400摄氏度，温度误差为±0.2摄氏度，加热板上放置气敏传感器，通过加热板来精确设置传感器的温度。所述传感器电参数测量引线柱8的数量为8个，所述可编程温度控制器14实现的温度变化过程的状态有64种。所述真空测试腔6为圆柱形形状，高度为5.2cm，直径为29cm。
所述传感器电参量测量装置16为一台外接式半导体参数测试仪，用于测量待测气敏传感器15的IV特性、阻抗特性、感抗特性等各种性能。
本发明提供的气敏传感器标定和可靠性测试系统进一步包括一真空单元11，用于抽出真空测试腔6中的气体，将真空测试腔6变为真空状态。
所述真空单元11与真空测试腔6的出气口10连接，为高速真空泵，一般为两台高速真空泵，可调节抽速。
在进行气体敏感试验时，待测传感器被固定在真空腔室中的加热板上，并与接线柱连接，电加热板的温度控制通过接线端口与外面的电源和温控器进行连接。通过固定在加热板表面的Pt热电阻将加热板表面温度传给温控器，温控器通过继电器输出实现对加热板温度的控制，
真空测试腔通过不锈钢管及阀门与真空系统相连，进行实验之前，先把真空腔中的气体抽掉，降低环境中其他气体对测试的干扰，并由真空计读出真空腔中的气压。然后打开进气系统阀门，送入固定组成和浓度的测试气体，通过传感器电参数输出变化，实现对待测传感器的标定，关掉待测气体，只通过载气，可以实现测试中气体开状态和关状态的切换。通过不同气路的开关切换，可以对传感器对其他干扰气体的响应进行研究。通过调节气路的气体流速，可以实现对传感器在不同压力条件下对目标气体的响应。
通过可编程温度控制器控制真空测试腔内温度循环，可以作加速老化试验，以便对传感器寿命及可靠性进行测试。
通过流量控制器，可以实现对递送的气体的精确控制，可以达到的最小的气体流量控制量为0.1sccm。通过流量控制器的气体进入混合腔，可以实现多种气体的混合。通过分别调节待测气体和载气的流量，可以实现对单种测试气体的不同浓度的精确控制，或者通过控制不同气路的气体流量，实现对混合气体中各成分气体的浓度的精确控制。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，该系统包括进气单元、气体流量监控及组分控制单元、气体混合腔(5)、真空测试腔(6)和传感器电参量测量装置(16)；
所述进气单元中的气体在气体流量监控及组分控制单元的控制下进入气体混合腔(5)进行预混合，然后进入真空测试腔(6)；
所述真空测试腔(6)中放置有待测气敏传感器(15)，所述传感器电参量测量装置(16)与真空测试腔(6)连接，用于测试真空测试腔(6)中待测气敏传感器(15)的性能；
所述气体流量监控及组分控制单元包括质量流量计(2)、控制电路(3)和计算机(4)，用于控制来自进气单元的气体流量、压力及组分，实现对不同气体的选择切换。
2.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述进气单元包括调压减压阀和压力钢瓶(1)，用于控制压力钢瓶(1)中的气体或挥发性液体蒸汽的压力，进气单元通过气体流量监控及组分控制单元与气体混合腔(5)相连；
所述压力钢瓶的数量至少为2个，每个压力钢瓶中存放一种气体或挥发性液体蒸汽，且每个压力钢瓶上安装有一个调压减压阀。
3.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述气体混合腔(5)通过特种不锈钢管道接收进气单元输入的气体，对该气体进行预混合，然后将预混合后的气体输出给真空测试腔(6)。
4.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述真空测试腔(6)具有可开关的密封盖，盖子下面有环形橡胶密封圈，该真空测试腔(6)包括温控装置、高/低压真空计(7)、至少一个传感器电参数测量引线柱(8)、进气口(9)和出气口(10)。
5.根据权利要求4所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述温控装置包括加热板(12)、热电偶(13)和可编程温度控制器(14)；
所述加热板的可调温度范围为0到400摄氏度，温度误差为±0.2摄氏度，加热板上放置气敏传感器，通过加热板来精确设置传感器的温度；
所述传感器电参数测量引线柱(8)的数量为8个，所述可编程温度控制器(14)实现的温度变化过程的状态有64种。
6.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述真空测试腔(6)为圆柱形形状，高度为5.2cm，直径为29cm。
7.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述传感器电参量测量装置(16)为一台外接式半导体参数测试仪，用于测量待测气敏传感器(15)的IV特性、阻抗特性、感抗特性。
8.根据权利要求1所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，该系统进一步包括一真空单元(11)，用于抽出真空测试腔(6)中的气体，将真空测试腔(6)变为真空状态。
9.根据权利要求8所述的气敏传感器标定和可靠性测试系统，其特征在于，所述真空单元(11)与真空测试腔(6)的出气口(10)连接，为高速真空泵。
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