CN217542967U - 一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，包括动态标准气体发生模块、温度控制模块、电学性能采集模块和样品测试平台，通过将待测气敏材料放入样品测试平台，动态标准气体发生模块提供测试气体，温度控制模块对测试平台进行加热，通过电学性能采集模块的探针接触待测气敏材料检测得到不同温度不同气体条件下气敏材料的电学性能。本实用新型中探针直接与气敏材料接触，无需先制作成传感器再进行测试，保留了材料原始形貌，避免了传感器制作过程中研磨、分散对材料的破坏和影响。

Description

一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置

技术领域

本实用新型属于气敏材料测试技术领域，尤其是一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置。

背景技术

随着化学工业的快速发展，易燃易爆及有毒有害气体种类增加，及时获知空气中目标气体的含量对避免爆炸、中毒事故非常重要，因此，各类气体检测仪被广泛应用于环境监测中。气体检测仪的核心部件是由气敏材料制作而成的气敏传感器，在对目标气体进行计量时，气敏材料与气体发生反应并产生相关信号，电路将这些信号转换成电信号，根据电信号的强弱就可以对被测气体进行识别并获得相关信息。作为气体检测仪的最重要部分，气敏材料的开发对提高目标气体检测能力、保障安全生产具有很重要的现实意义。

半导体气敏材料是最常见研究最为广泛的气敏材料之一。在特定温度下，半导体气敏材料分子可与目标气体分子之间进行吸附作用和电子交换，当材料与气体接触后，材料表面载流子浓度会发生变化，这种变化可以通过电信号的输出直观地体现出来，从而获知气体的种类、浓度等信息进行。

目前，半导体气敏材料的主要测试方法是首先制作成传感器再进行测试。以旁热式陶瓷管气敏传感器为例，此种测量方式主要有以下缺点：一，旁热式陶瓷管气敏传感器的制作需要进行气敏材料研磨、分散、涂抹，加热丝的焊接等工作，制作过程费时费力且研磨分散过程可能会破坏材料的形貌，从而影响材料的气敏性能。二，传感器测试所需腔体较大，需要长时间通入待测气体，不仅导致响应时间过长，而且通入有毒有害气体时也增加了安全风险。三，气敏材料的性能和与温度密切相关，旁热式陶瓷管气敏传感器通过控制加热丝的电流对陶瓷管内部进行加热，无法测量位于陶瓷管外部的气敏材料的真实温度，造成实验误差。四，无法实时改变测试气体的浓度，通常需要准备一系列浓度的钢瓶标准气体，检测成本较高。

我国高校、科研院所中研发半导体气敏材料的课题组众多，因此，如何设计一种可实时改变通入测试气体浓度的、无需预先制作成传感器的半导体气敏材料测试装置，准确高效地完成半导体气敏材料的性能评价，具有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，能够高效地完成半导体气敏材料的性能评价。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，包括动态标准气体发生模块、温度控制模块、电学性能采集模块和样品测试平台，其中动态标准气体发生模块连接样品测试平台，用于提供测试气体，温度控制模块连接样品测试平台，用于检测样品测试平台的温度并对其进行加热，电学性能采集模块连接样品测试平台，用于检测不同温度不同气体条件下气敏材料的电学性能。

而且，所述动态标准气体发生模块包括若干流量控制器，其中若干流量控制器分别连接待稀释原料气和载气，用于将原料气稀释至所需浓度。

而且，所述流量控制器包括质量流量控制器、毛细管流量控制器或临界锐孔流量控制器。

而且，所述温度控制模块包括温度传感器、加热控制电路和加热片，温度传感器串联加热控制电路和加热片，其中温度传感器设置在样品测试平台底部，用于检测样品测试平台的温度，加热片通过导热硅脂安装在样品测试平台的底部，加热控制电路用于驱动加热片进行加热。

而且，所述电学性能采集模块包括探针和测量电路，探针设置于样品测试平台上，用于接触不同温度不同气体条件下的气敏材料。

而且，所述样品测试平台包括加热台、探针支架和腔体盖，探针支架安装在样品测试平台上，腔体通过螺栓覆盖在样品测试平台上，形成密闭空间。

而且，所述样品测试平台设有放置待检测气敏材料的加热台，侧边开设有电学性能采集模块接口、标准气体通入接口和标准气体排出接口，电学性能采集模块接口连接安装在样品测试平台上的两个探针支架。样品测试平台开设标准气体流通凹槽，动态标准气体发生模块的标准气体输出接口连接样品测试平台的标准气体通入接口，标准气体在凹槽内流通，分散于密封后的样品测试平台。

而且，所述腔体盖中央设置观察窗。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型包括动态标准气体发生模块、温度控制模块、电学性能采集模块和样品测试平台，通过将待测气敏材料放入样品测试平台，动态标准气体发生模块提供测试气体，温度控制模块对测试平台进行加热，通过电学性能采集模块的探针接触待测气敏材料检测得到不同温度不同气体条件下气敏材料的电学性能。本实用新型中探针直接与气敏材料接触，无需先制作成传感器再进行测试，保留了材料原始形貌，避免了传感器制作过程中研磨、分散对材料的破坏和影响。

2、本实用新型的样品测试平台设有放置待检测气敏材料的加热台，腔室体积较小，通过较小的腔室体积能够使测试气体迅速达到扩散平衡，极大的提高了气敏材料对目标气体的响应时间，使得灵敏度等性能指标的测试结果更加准确。

3、本实用新型温度控制模块中的加热片通过导热硅脂安装在样品测试平台的底部，通过温度控制模块对加热片进行通电加热，直接对气敏材料进行加热，使得所测量的材料最佳工作温度更准确。

4、本实用新型的动态标准气体发生模块提供测试气包括若干流量控制器，通过若干流量控制器分别连接待稀释原料气和载气，能够将原料气稀释至所需浓度，并可动态调整输出标准气体的浓度值，无需像传统测试时必须准备一系列固定浓度的钢瓶标准气体，提高了测试效率，降低了测试成本。该动态标准气体发生模块支持多通路扩展，可增加流量控制器扩展至多通路，扩展后可配制多组分标准气体，实现混合气体条件下气敏材料性能的测试。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型的样品测试平台的结构图。

图中，1-动态标准气体发生模块、1-1-载气入口、1-2-原料气入口、1-3-标准气体输出口、2-温度控制模块、3-电学性能采集模块、4-样品测试平台、4-1-电学性能采集模块接口、4-2-标准气体通入口、4-3-标准气体排出口、4-4-探针、支架4-5-加热台、4-6-标准气体流通凹槽、4-7-观察窗。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详述。

一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，包括动态标准气体发生模块1、温度控制模块2、电学性能采集模块3和样品测试平台4，其中动态标准气体发生模块连接样品测试平台，用于提供测试气体，温度控制模块连接样品测试平台，用于检测样品测试平台的温度并对其进行加热，电学性能采集模块连接样品测试平台，用于检测不同温度不同气体条件下气敏材料的电学性能。

测试装置的左侧还安装有气瓶固定底座和气瓶固定架，气瓶固定底座和气瓶固定架能够固定载气气瓶和原料气气瓶，气瓶安装减压阀后，用聚四氟乙烯管连接到动态标准气体发生模块。

动态标准气体发生模块至少包括2路流量控制器，其中载气入口1-1连接载气，原料气入口1-2连接待稀释原料气，标准气体输出口1-3连接4-2测试平台标准气体通入口，动态标准气体发生模块可将原料气稀释至所需要浓度。其稀释浓度、输出流量连续可调。流量控制器包括质量流量控制器、毛细管流量控制器或临界锐孔流量控制器。

温度控制模块包括温度传感器、加热控制电路和加热片，温度传感器串联加热控制电路和加热片，其中温度传感器设置在样品测试平台底部，用于检测样品测试平台的温度。加热片通过导热硅脂安装在样品测试平台的底部，加热控制电路用于驱动加热片进行加热。

电学性能采集模块包括探针、叉指电极和测量电路，叉指电极串联测量电路和探针，叉指电极设置于样品测试平台上，用于接触不同温度不同气体条件下的气敏材料。探针的材质为金属钨。

样品测试平台包括加热台4-5、探针支架和腔体盖，探针支架安装在样品测试台上，腔体通过螺栓覆盖在样品测试台上，形成密闭空间。

加热台中央放置待检测气敏材料，样品测试平台的侧边开设有电学性能采集模块接口4-1、标准气体输入接口4-2和标准气体排出口4-3，电学性能采集模块接口分别连接安装在加热台上的两个探针及支架4-4，样品测试平台开设标准气体流通凹槽4-6，动态标准气体发生模块标准气体输出口连接样品测试平台标准气体通入口。

腔体盖中央设置观察窗4-7，观察窗为石英材质，测试时由螺丝拧紧使测试台变成密封环境。

本实用新型的工作过程为：

根据待测半导体气敏材料的类型选择测试用原料气及载气：载气应选择不与原料气发生化学反应的气体，通常为高纯氮气或压缩空气。将原料气瓶和载气瓶安装减压阀后置于装置左侧的固定架内，拧紧固定架螺丝使其固定。

用聚四氟乙烯管将载气连接动态标准气体发生模块载气入口，原料气连接原料气入口、标准气体输出口连接样品测试平台标准气体输入口。

将待测气敏材料放置于加热台上，调整探针支架至合适位置，使探针与待测材料良好接触，拧紧螺丝固定探针。然后，将腔体盖置于测试台上，拧紧螺丝使测试台处于密封环境。

开启温度控制模块，输入目标温度，使测试台升温至指定温度。开启电学性能采集模块，设置采集时间间隔与测量模式，准备采集数据。

开启原料气瓶与载气瓶的减压阀，调整气体压力至合适数值，开启动态标准气体发生模块，输入所需标准气体的浓度及流量，使其输出预设浓度的标准气体，同时，电学性能测试模块开始采集数据。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：包括动态标准气体发生模块、温度控制模块、电学性能采集模块和样品测试平台，其中动态标准气体发生模块连接样品测试平台，用于提供测试气体，温度控制模块连接样品测试平台，用于检测样品测试平台的温度并对其进行加热，电学性能采集模块连接样品测试平台，用于检测不同温度不同气体条件下气敏材料的电学性能。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述动态标准气体发生模块包括若干流量控制器，其中若干流量控制器分别连接待稀释原料气和载气，用于将原料气稀释至所需浓度。

3.根据权利要求2所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述流量控制器包括质量流量控制器、毛细管流量控制器或临界锐孔流量控制器。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述温度控制模块包括温度传感器、加热控制电路和加热片，温度传感器串联加热控制电路和加热片，其中温度传感器设置在样品测试平台底部，用于检测样品测试平台的温度，加热片通过导热硅脂安装在样品测试平台的底部，加热控制电路用于驱动加热片进行加热。

5.根据权利要求1所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述电学性能采集模块包括探针和测量电路，探针设置于样品测试平台上，用于接触不同温度不同气体条件下的气敏材料。

6.根据权利要求1所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述样品测试平台包括加热台、探针支架和腔体盖，探针支架安装加热台上，腔体通过螺栓覆盖在加热台上，形成密闭空间。

7.根据权利要求6所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述样品测试平台设有放置待检测气敏材料的加热台，侧边开设有电学性能采集模块接口、标准气体通入接口和标准气体排出接口，电学性能采集模块接口连接安装在样品测试平台上的两个探针支架，样品测试平台开设标准气体流通凹槽，动态标准气体发生模块的标准气体输出接口连接样品测试平台的标准气体通入接口，标准气体在凹槽内流通，分散于密封后的样品测试平台。

8.根据权利要求6所述的一种基于动态配气方法的半导体气敏材料测试装置，其特征在于：所述腔体盖中央设置观察窗。

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