CN108088961A - 一种气敏特性响应曲线测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气敏特性响应曲线测试装置，样品载台底部设有加热片，该样品载台顶面用于承载待测试的气敏材料。内罩的内腔中设有搅拌支架，在搅拌支架的外端沿周向固设有一组从动磁铁，该从动磁铁均为N极的磁铁，且从动磁铁的外圆面与内罩的内壁转动配合。本案增设了不可拆卸的透明的内罩，从而避免外界温度对气敏特性的影响。同时，增加了可以拆卸的不透明的外罩，这样既能隔绝外界光线对气敏特性的影响，并使待测试气敏材料近表面气体状态稳定。并且，本案采用加热棒在待测试气敏材料上方的近表面来回扫描，这样就能消除气敏特性“中毒”现象。另外，外罩上设有光线加载口，这样就便于加载特定波长的光线。
Description
技术领域
本发明属于气敏材料、气敏传感器领域，尤其涉及一种气敏特性响应曲线测试装置，本装置也可用于与气体压力和组分相关的其他领域。
背景技术
本领域技术人员所熟知的是，气敏传感器由气敏材料制成，用来测量气体的类型、浓度和成分，能把气体中的特定成分检测出来，并将成分参量转换成电信号的器件或装置，故也称气体传感器。气敏传感器的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
气敏材料的气敏特性响应曲线是气敏材料的重要参数，它关系到气敏传感器的检测精度，而气敏特性响应曲线与温度、光线、气体纯度等因素密切相关。目前，一般是将气敏材料固定在开放式的台架上，并用两个电极与气敏材料接触，且气体吹过气敏材料表面或者被检测气体作为气氛包围气敏材料时测试出气敏材料的气敏特性响应曲线。
在检测过程中，我们发现现有技术存在如下缺陷：
1、由于现有的测试装置为开放式结构，与外界的温度、光线和杂质接触，这样就无法隔绝外界温度、光线和杂质对气敏特性的影响，从而导致气敏特性响应曲线的测试精度不高。
2、现有结构为开放式结构，以及气敏材料对气体有吸附，这样就导致测试时气体在待测试气敏材料近表面状态不稳定，随机性大，变化不规律，这样就导致测试结果可信度低，测试数据重复性差，从而使得气敏测试毫无意义。
3、在学术研究过程中，我们发现在有些测试环境下，需要待测试气敏材料附近的气体浓度和温度场均匀，以免气体浓度和温度场不均匀对测试造成干扰和阻碍，然而现有技术无法解决。
4、测试时可能需要在屏蔽外界温度、光线和杂质的前提下，加载特定波长的光线，以便研究光线对气敏特性响应曲线的影响，然而现有技术根本无法满足这一技术要求。
5、一些待测试气敏材料所针对的测试对象在常温状态下是液态(如酒精)，在测试时需要将其加热使之变成气态，并且测试过程中要防止其液化后形成液滴，从而保证气敏测试的顺利进行，然而现有技术无法实现。
6、由于待测试的气敏材料对气体有吸附作用，这样就会出现气敏特性“中毒”现象，从而导致测试灵敏度和精度降低。为了克服上述缺陷，目前主要通过直接加热样品和高压吹气这两种方式实现，直接加热样品会导致待测试气敏材料的温度发生变化，从而导致测试条件发生变化，这样又会返过来影响测试精度。高压吹气的方式虽然能消除气敏特性“中毒”现象，但是需要用到高压气体，这样又会导致使用环境受到限制(如矿井下或特殊的密闭空间内)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种气敏特性响应曲线测试装置，欲提高气敏特性响应曲线的测试灵敏度、精度和可信度，并可以使气敏材料附近的气体浓度和温度场均匀，并能使常规下液态的测试对象测试时保持气体状态。
本发明的技术方案如下：一种气敏特性响应曲线测试装置，其特征在于：包括样品载台(1)和内罩(10)，其中样品载台(1)底部设有加热片(2)，该样品载台顶面用于承载待测试的气敏材料，而第一探针(3)和第二探针(4)测试时与待测试的气敏材料表面接触，这两个探针分别安装在对应的安装组件上，且样品载台(1)和调节组件均安装在法兰盘(5)上；样品载台(1)顶面前后并排设有两根导轨(31)，这两根导轨(31)之间的区域用于承载待测试气敏材料，两根导轨(31)上滑动支撑有一根加热棒(32)；加热棒(32)位于第一、二探针(3、4)左侧，并与电动推杆(33)的活塞杆固定，电动推杆(33)安装在样品载台(1)顶面，从而可以带动加热棒(32)沿导轨(31)长度方向移动；
法兰盘(5)上设有第一进气管(6)、第二进气管(7)和出气管(8)，其中第二进气管(7)的出气端接有万向竹节管(9)，且第一进气管(6)、第二进气管(7)位于样品载台(1)上方，万向竹节管(9)靠近该样品载台的顶面；法兰盘(5)上设有加气管(34)，该加气管与第一、二进气管(6、7)设在法兰盘(5)的两侧，该加气管的大径段(34a)外面缠绕有加热电阻丝(35)，且加气管(34)的出气端均与第一、二进气管(6、7)连通；
内罩(10)为透明罩，该内罩罩在样品载台(1)、加热片(2)、第一探针(3)、第二探针(4)、第一进气管(6)、第二进气管(7)、出气管(8)和万向竹节管(9)外面，且内罩(10)的开口端与法兰盘(5)的外圆面固定，内罩(10)与法兰盘(5)之间通过o型圈(11)密封；内罩(10)的外面罩有外罩(12)，该内罩为不透明罩，而内罩(10)的开口端以可拆卸方式与法兰盘(5)外圆面固定，且外罩(12)的外壁上设有可以开、闭的光线加载口(12a)，且外罩(12)的内壁上设有加热丝；
内罩(10)的内腔中设有搅拌支架(35)，在搅拌支架的外端沿周向固设有一组从动磁铁(36)，该从动磁铁(36)均为N极的磁铁，且从动磁铁(36)的外圆面与内罩(10)的内壁转动配合；搅拌支架(35)中心处同轴固设有连接轴(37)，该连接轴的两端沿周向均布有一组搅拌叶(38)；内罩(10)与外罩(12)之间设有转动架(39)，该转动架的连接端与驱动电机(40)的输出轴相连，并可在驱动电机(40)带动下转动；转动架(39)沿周向固设有主动磁铁(41)，该主动磁铁(41)与搅拌叶(38)一一对应，且主动磁铁(41)为S极的磁铁。
本案在现有结构的基础上，增设了不可拆卸的透明的内罩(10)，该内罩(10)的内腔与外面实现隔热，这样就能使待测试气敏材料与外界的温度隔离，从而避免外界温度对气敏特性的影响。同时，增加了可以拆卸的不透明的外罩，这样既能隔绝外界光线对气敏特性的影响，并使待测试气敏材料近表面气体状态稳定，从而提高气敏特性响应曲线的测试精度和可信度，又能测试外界光线去气敏特性的影响。并且，本案采用加热棒在待测试气敏材料上方的近表面来回扫描，这样就能消除气敏特性“中毒”现象，从而保证测试灵敏度和精度，克服现有直接加热和高压冲气方式的缺陷。另外，外罩上设有光线加载口，这样就便于加载特定波长的光线，从而为研究特定波长光线对气敏特性的影响提供可能性。并且，本案通过非接触的方式带动搅拌叶转动，从而搅动内罩内内的气体和空气，从而使待测试气敏材料附近的气体浓度和温度场均匀，进而避免气体浓度和温度场不均匀对测试造成干扰和阻碍，且非接触式的转动形式对气敏测试的温度影响也比较小。最后，还在加气管外面增设了加热电阻丝，这样就能使液态的测试对象气化后进入对应的进气管，而外罩的内壁上同时设有加热丝，这样就使外罩的内腔处于高温，这样就能防止内罩中的待测试气体遇冷后液化，从而保证气敏测试的顺利进行。
作为优选，安装组件包括水平摆动臂(13)和竖直摆动臂(16)，其中水平摆动臂(13)一端卡入基座(14)的缺口中，并通过竖直设置的连接螺钉(15)与基座(14)固定，该基座(14)固定在法兰盘(5)上，且水平摆动臂(13)另一端开有上下贯通的U形缺口；竖直摆动臂(16)中部卡入水平摆动臂(13)的U形缺口中，并通过水平设置的销钉(17)与水平摆动臂(13)连接，在竖直摆动臂顶部连接有调整螺钉(18)，该调整螺钉的尾部与水平摆动臂(13)顶面接触；水平摆动臂(13)底部开有一个安装孔，第一探针(3)或第二探针(4)穿过这个安装孔后，由水平摆动臂(13)上的锁紧螺钉(19)锁紧。
采用以上技术方案，本案能方便地调整第一探针(3)或第二探针(4)的位置和施加给待测试气敏材料的压力，且安装组件的结构简单，调整方便、省力。
作为优选，搅拌支架(35)为“十”字形结构，该搅拌支架的四个悬空端分别固设有一个从动磁铁(36)。采用上述结构，在保证转动平衡的前提下，尽可能地简化结构。
在本案中，内罩(10)为石英罩，外罩(12)为陶瓷罩，且加热片(2)为陶瓷加热片。在上述技术方案中，陶瓷罩的遮光性好，能有效实现遮光。
有益效果：本案在现有结构的基础上，增设了不可拆卸的透明的内罩，该内罩的内腔与外面实现隔热，这样就能使待测试气敏材料与外界的温度隔离，从而避免外界温度对气敏特性的影响。同时，增加了可以拆卸的不透明的外罩，这样既能隔绝外界光线对气敏特性的影响，并使待测试气敏材料近表面气体状态稳定，从而提高气敏特性响应曲线的测试精度和可信度，又能测试外界光线去气敏特性的影响。并且，本案采用加热棒在待测试气敏材料上方的近表面来回扫描，这样就能消除气敏特性“中毒”现象，从而保证测试精度，克服现有直接加热和高压冲气方式的缺陷。另外，外罩上设有光线加载口，这样就便于加载特定波长的光线，从而为研究特定波长光线对气敏特性的影响提供可能性。并且，本案通过非接触的方式带动搅拌叶转动，从而搅动内罩内内的气体和空气，从而使待测试气敏材料附近的气体浓度和温度场均匀，进而避免气体浓度和温度场不均匀对测试造成干扰和阻碍，且非接触式的转动形式对气敏测试的温度影响也比较小。最后，还在加气管外面增设了加热电阻丝，这样就能使液态的测试对象气化后进入对应的进气管，而外罩的内壁上同时设有加热丝，这样就使外罩的内腔处于高温，这样就能防止内罩中的待测试气体遇冷后液化，从而保证气敏测试的顺利进行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中测试单元去掉外罩和驱动电机等部件后的轴测图。
图3为图2去掉内罩后的示意图。
图4为图2中从动磁铁与主动磁铁的配合示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1--4所示，一种气敏特性响应曲线测试装置，包括样品载台1和内罩10，其中样品载台1底部设有加热片2，该样品载台1顶面用于承载待测试的气敏材料，且加热片2为陶瓷加热片。第一探针3和第二探针4为现有结构，测试时这两个探针与待测试的气敏材料表面接触，这两个探针分别安装在对应的安装组件上，且样品载台1和调节组件均安装在法兰盘5上。第一探针3和第二探针4分别通过对应的引线与测量仪器相连，其连接方式为现有结构，在此不再赘述，且法兰盘5上设有引线过孔。样品载台1顶面前后并排设有两根导轨31，这两根导轨31之间的区域用于承载待测试气敏材料，两根导轨31上滑动支撑有一根加热棒32。加热棒32位于第一探针3和第二探针4的左侧，并与电动推杆33的活塞杆固定，电动推杆33安装在样品载台1顶面，从而可以带动加热棒32沿导轨31长度方向移动，进而来回扫描待测试气敏材料上方的近表面。
在本案中，安装组件包括水平摆动臂13、竖直摆动臂16，其中水平摆动臂13一端卡入基座14的缺口中，并通过竖直设置的连接螺钉15与基座14固定，该基座14固定在法兰盘5上，且水平摆动臂13另一端开有上下贯通的U形缺口。在本案中，基座14尾部通过绝缘套(图中未画出)紧配合在法兰盘5上的安装孔中，以防止两个探针的电信号短路，保证顺利进行气敏特性响应曲线测试。竖直摆动臂16中部卡入水平摆动臂13的U形缺口中，并通过水平设置的销钉17与水平摆动臂13连接，在竖直摆动臂顶部连接有调整螺钉18，该调整螺钉的尾部与水平摆动臂13顶面接触。水平摆动臂13底部开有一个安装孔，第一探针3或第二探针4穿过这个安装孔后，由水平摆动臂13上的锁紧螺钉19锁紧。
如图1--4所示，法兰盘5上设有第一进气管6、第二进气管7和出气管8，其中第二进气管7的出气端接有万向竹节管9，且万向竹节管9的出气端为喇叭口。第一进气管6、第二进气管7位于样品载台1上方，万向竹节管9靠近样品载台1的顶面，万向竹节管9的出气端为扁平状。出气管8位于样品载台1下方，且第一进气管6、第二进气管7和出气管8位于法兰盘5的同侧。静态法测试时可使用第一进气管6和第二进气管7，动态法测试时只能使用第二进气管7。法兰盘5上设有加气管34，该加气管与第一进气管6和第二进气管7设在法兰盘5的两侧，该加气管的大径段34a外面缠绕有加热电阻丝35，且加气管34的出气端均与第一进气管6和第二进气管7连通。
内罩10为透明罩，并优选为石英罩。内罩10罩在样品载台1、加热片2、第一探针3、第二探针4、第一进气管6、第二进气管7、出气管8和万向竹节管9外面，且内罩10的开口端与法兰盘5的外圆面固定，内罩10与法兰盘5之间通过o型圈11密封，这样就能最大程度实现内罩10内腔与外面的温度隔绝。
内罩10的外面罩有外罩12，该内罩12为不透明罩，并优选为陶瓷罩。内罩10的开口端以可拆卸方式与法兰盘5外圆面固定，且外罩12的外壁上设有可以开、闭的光线加载口12a，需要加载特定波长的光线时将光线加载口12a打开，加载的光线透过内罩10，这样就能研究特定波长光线对气敏材料气敏特性的影响。需要说明的是，在某些测试情况下需要研究外界光线对气敏特性的干扰，这时就需要将外罩12拆下。外罩12的内壁上设有加热丝(图中未画出)。
内罩10的内腔中设有搅拌支架35，在搅拌支架的外端沿周向固设有一组从动磁铁36，该从动磁铁36均为N极的磁铁，且从动磁铁36的外圆面与内罩10的内壁转动配合。搅拌支架35中心处同轴固设有连接轴37，该连接轴的两端沿周向均布有一组搅拌叶38。内罩10与外罩12之间设有转动架39，该转动架的连接端与驱动电机40的输出轴相连，并可在驱动电机40带动下转动。转动架39沿周向固设有主动磁铁41，该主动磁铁41与搅拌叶38一一对应，且主动磁铁41为S极的磁铁。搅拌支架35为“十”字形结构，该搅拌支架的四个悬空端分别固设有一个从动磁铁36。
当驱动电机40启动时，带动转动架39转动，旋转的转动架39带动主动磁铁41一起转动，主动磁铁41通过磁性带动从动磁铁36转动，进而带动搅拌叶38转动搅拌。
如图1、2及3所示，样品载台1、加热片2、第一探针3、第二探针4、法兰盘5、第一进气管6、第二进气管7、出气管8、万向竹节管9、内罩10、o型圈11、外罩12和安装组件构成一个测试单元，4个测试单元水平等距间隔设置，每个测试单元的法兰盘5固定在立板20上，且立板20底部与水平底板21顶面固定。在制造气敏材料时，常常批量制造多件，由于气敏材料的气敏特性会随着时间延长而变化，因此本案可以采用4个测试单元同时测量4个样品，从而降低时间对气敏特性测试的不利影响，其作用并不是提高检测效率，故这一设计不是常规设计，具有创造性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种气敏特性响应曲线测试装置，其特征在于：包括样品载台(1)和内罩(10)，其中样品载台(1)底部设有加热片(2)，该样品载台顶面用于承载待测试的气敏材料，而第一探针(3)和第二探针(4)测试时与待测试的气敏材料表面接触，这两个探针分别安装在对应的安装组件上，且样品载台(1)和调节组件均安装在法兰盘(5)上；样品载台(1)顶面前后并排设有两根导轨(31)，这两根导轨(31)之间的区域用于承载待测试气敏材料，两根导轨(31)上滑动支撑有一根加热棒(32)；加热棒(32)位于第一、二探针(3、4)左侧，并与电动推杆(33)的活塞杆固定，电动推杆(33)安装在样品载台(1)顶面，从而可以带动加热棒(32)沿导轨(31)长度方向移动；
法兰盘(5)上设有第一进气管(6)、第二进气管(7)和出气管(8)，其中第二进气管(7)的出气端接有万向竹节管(9)，且第一进气管(6)、第二进气管(7)位于样品载台(1)上方，万向竹节管(9)靠近该样品载台的顶面；法兰盘(5)上设有加气管(34)，该加气管与第一、二进气管(6、7)设在法兰盘(5)的两侧，该加气管的大径段(34a)外面缠绕有加热电阻丝(35)，且加气管(34)的出气端均与第一、二进气管(6、7)连通；
内罩(10)为透明罩，该内罩罩在样品载台(1)、加热片(2)、第一探针(3)、第二探针(4)、第一进气管(6)、第二进气管(7)、出气管(8)和万向竹节管(9)外面，且内罩(10)的开口端与法兰盘(5)的外圆面固定，内罩(10)与法兰盘(5)之间通过o型圈(11)密封；内罩(10)的外面罩有外罩(12)，该内罩为不透明罩，而内罩(10)的开口端以可拆卸方式与法兰盘(5)外圆面固定，且外罩(12)的外壁上设有可以开、闭的光线加载口(12a)，且外罩(12)的内壁上设有加热丝；
内罩(10)的内腔中设有搅拌支架(35)，在搅拌支架的外端沿周向固设有一组从动磁铁(36)，该从动磁铁(36)均为N极的磁铁，且从动磁铁(36)的外圆面与内罩(10)的内壁转动配合；搅拌支架(35)中心处同轴固设有连接轴(37)，该连接轴的两端沿周向均布有一组搅拌叶(38)；内罩(10)与外罩(12)之间设有转动架(39)，该转动架的连接端与驱动电机(40)的输出轴相连，并可在驱动电机(40)带动下转动；转动架(39)沿周向固设有主动磁铁(41)，该主动磁铁(41)与搅拌叶(38)一一对应，且主动磁铁(41)为S极的磁铁。
2.根据权利要求1的气敏特性响应曲线测试装置，其特征在于：安装组件包括水平摆动臂(13)和竖直摆动臂(16)，其中水平摆动臂(13)一端卡入基座(14)的缺口中，并通过竖直设置的连接螺钉(15)与基座(14)固定，该基座(14)固定在法兰盘(5)上，且水平摆动臂(13)另一端开有上下贯通的U形缺口；竖直摆动臂(16)中部卡入水平摆动臂(13)的U形缺口中，并通过水平设置的销钉(17)与水平摆动臂(13)连接，在竖直摆动臂顶部连接有调整螺钉(18)，该调整螺钉的尾部与水平摆动臂(13)顶面接触；水平摆动臂(13)底部开有一个安装孔，第一探针(3)或第二探针(4)穿过这个安装孔后，由水平摆动臂(13)上的锁紧螺钉(19)锁紧。
3.根据权利要求1的气敏特性响应曲线测试装置，其特征在于：搅拌支架(35)为“十”字形结构，该搅拌支架的四个悬空端分别固设有一个从动磁铁(36)。
4.根据权利要求1的气敏特性响应曲线测试装置，其特征在于：内罩(10)为石英罩，外罩(12)为陶瓷罩，且加热片(2)为陶瓷加热片。
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