專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，更具體的是涉及基于恒流配氣方式的氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，諸如S02、N0x』2S等工業(yè)廢氣被排放到大氣中所帶來(lái)的不可估量的環(huán)境污染問(wèn)題，C0、H2A2S及CH4等常用燃料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中因泄露問(wèn)題引發(fā)中毒、爆炸等危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的一系列災(zāi)害性問(wèn)題，這些關(guān)系民生的行為正受到越來(lái)越多人的關(guān)注。然而在對(duì)這些氣體進(jìn)行監(jiān)控過(guò)程中多少都存在需借助大型儀器分析，或者采用昂貴而復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)象。微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體金屬氧化物納米薄膜Sn02、W03、ZnO, In2O3等氣體傳感器的出現(xiàn)，因具有精度高、反應(yīng)快、體積小、功耗低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，有著很大的潛在市場(chǎng)。影響微結(jié)構(gòu)金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器氣敏特性的因素很多，除了納米薄膜材料制備工藝，氣體傳感器的微結(jié)構(gòu)，包括傳感器測(cè)量電極、加熱電阻絲，傳感器基底，電極和加熱電阻絲在基底的分布情況等自身因素外，還受到多種環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、 大氣壓強(qiáng)、氣體的流速、混合的均勻程度以及多種混合氣體相互之間的交叉影響等。近幾年來(lái)，不同種類(lèi)、不同復(fù)雜程度的氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，不管采用哪種配氣方式，它們都有個(gè)共同特點(diǎn)，都是需要反復(fù)切換反應(yīng)氣體通斷。在切換過(guò)程中，管路總氣流量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)對(duì)氣敏性測(cè)量裝置壓力和溫度造成一定程度的擾動(dòng)，進(jìn)而影響氣體傳感器測(cè)試效果。雖然提高混合氣體中載氣配氣比例可以減輕這種影響，但仍不利于氣敏性測(cè)量裝置內(nèi)穩(wěn)定層流的形成，也不利于商業(yè)應(yīng)用中的成本控制。恒流配氣是從根本上解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，穩(wěn)定的氣流可消除氣敏性測(cè)量裝置壓力的波動(dòng)，而且由于穩(wěn)定的氣流不會(huì)在氣流切換的瞬間改變材料加熱載體的散熱邊界條件，從而也可以從根本上消除反應(yīng)溫度在切換過(guò)程中的波動(dòng)，這最大程度的避免氣體被傳感器本身所消耗。因此，設(shè)計(jì)出一種能真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的基于恒流配氣方式的微結(jié)構(gòu)氣體傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)微結(jié)構(gòu)氣體傳感器的性能測(cè)試具有很大的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括配氣單元、 氣敏性測(cè)量裝置以及測(cè)試單元；氣敏性測(cè)量裝置，用于為微結(jié)構(gòu)氣體傳感器性能測(cè)試提供測(cè)試場(chǎng)所，該氣敏性測(cè)量裝置具有防漏、防爆，安全、可靠。所述配氣單元包括一個(gè)空氣供給單元、一個(gè)以上的待測(cè)氣體供給單元、將空氣與待測(cè)氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測(cè)量裝置，用于將配比后的氣體通過(guò)管道輸入氣敏性測(cè)量裝置。
所述測(cè)試單元包括數(shù)據(jù)采集器，連接數(shù)據(jù)采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測(cè)量裝置；尾氣分析裝置通過(guò)管道連通所述氣敏性測(cè)量裝置。本發(fā)明中，所述空氣供給單元包括空氣貯藏器，空氣貯藏器分別通過(guò)管道并連兩個(gè)質(zhì)量流量控制器，其中一個(gè)質(zhì)量流量控制器連通加濕裝置，加濕裝置連通所述氣體混合室，另一個(gè)質(zhì)量流量控制器直接連通氣體混合室。本發(fā)明中，所述加濕裝置包括加熱瓶、冷凝管、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質(zhì)量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導(dǎo)體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測(cè)溫，所述數(shù)據(jù)采集器分別連接所述加熱瓶、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶。本發(fā)明中，所述待測(cè)氣體供給單元包括待測(cè)氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個(gè)質(zhì)量流量控制器，待測(cè)氣體貯藏器依次通過(guò)減壓閥、電磁閥以及質(zhì)量流量控制器管道連通所述氣體混合室。本發(fā)明中，所述尾氣分析裝置包括濕度計(jì)和氣體分析儀。用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所配氣體的濕度和濃度變化情況。本發(fā)明中，所述氣體混合室內(nèi)裝有孔徑小于Imm的多孔網(wǎng)。所述多通道數(shù)據(jù)采集器通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)所述溫控儀通過(guò)RS232 串口接口與計(jì)算機(jī)的串口相連。發(fā)明中的氣敏性測(cè)量裝置，可以參考本申請(qǐng)人的實(shí)用新型專(zhuān)利“氣敏材料的氣敏性測(cè)量裝置”，專(zhuān)利號(hào)ZL200920256712. 4 ；以及發(fā)明專(zhuān)利“氣敏材料的氣敏性測(cè)量裝置”，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01010018000. 6，本專(zhuān)利所述的氣敏性測(cè)量裝置可以采用上述兩篇專(zhuān)利中的敏材料的氣敏性測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不同溫度、濕度、不同氣氛和濃度梯度環(huán)境條件下對(duì)氣體傳感器性能進(jìn)行測(cè)試分析，滿足了對(duì)氣體傳感器性能測(cè)試的需要。2、本發(fā)明能夠分別對(duì)傳感器氣敏材料性能進(jìn)行初步測(cè)試以及完整氣體傳感器原型進(jìn)行綜合測(cè)試。3、本發(fā)明具有恒流配氣的功能，能夠有效地避免在切換過(guò)程中，管路總氣流量產(chǎn)生波動(dòng)，避免這種波動(dòng)對(duì)氣敏性測(cè)量裝置壓力和溫度造成一定程度的擾動(dòng)，進(jìn)而影響氣體傳感器測(cè)試效果。4、本發(fā)明在測(cè)量單元抽真空狀態(tài)下，超過(guò)10個(gè)小時(shí)氣壓不變，密封性能好，整個(gè)裝置外部溫度低于手可觸摸溫度，起到很好的防漏、防爆效果；所有連接件除下端蓋與筒體連接是焊接外，其他全部是通過(guò)螺紋副連接，便于調(diào)節(jié)、拆裝。5、本發(fā)明氣體傳感器性能測(cè)試，以及恒流配氣方式，溫控方式，尾氣分析部分都與計(jì)算機(jī)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和處理，效率高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1為本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)原理圖。
圖加和圖2b為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試的兩種不同傳感器原型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例氣敏性測(cè)量裝置上端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例完整傳感器原型放置支撐臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例氣敏性測(cè)量裝置中筒及下端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例輔助加熱臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例氣敏性測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)及聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)塊軸測(cè)圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例電極探針機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括配氣單元、氣敏性測(cè)量裝置以及測(cè)試單元；所述配氣單元包括一個(gè)空氣供給單元、一個(gè)以上的待測(cè)氣體供給單元、將空氣與待測(cè)氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測(cè)量裝置，用于將配比后的氣體通過(guò)管道輸入氣敏性測(cè)量裝置；所述測(cè)試單元包括數(shù)據(jù)采集器，連接數(shù)據(jù)采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測(cè)量裝置；尾氣分析裝置通過(guò)管道連通所述氣敏性測(cè)量裝置。所述空氣供給單元包括空氣貯藏器，空氣貯藏器分別通過(guò)管道并連兩個(gè)質(zhì)量流量控制器，其中一個(gè)質(zhì)量流量控制器連通加濕裝置，加濕裝置連通所述氣體混合室，另一個(gè)質(zhì)量流量控制器直接連通氣體混合室。所述加濕裝置包括加熱瓶、冷凝管、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質(zhì)量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導(dǎo)體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測(cè)溫，所述數(shù)據(jù)采集器分別連接所述加熱瓶、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶。所述待測(cè)氣體供給單元包括待測(cè)氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個(gè)質(zhì)量流量控制器，待測(cè)氣體貯藏器依次通過(guò)減壓閥、電磁閥以及質(zhì)量流量控制器管道連通所述氣體混合室。所述尾氣分析裝置包括濕度計(jì)和氣體分析儀。所述氣體混合室內(nèi)裝有孔徑小于 Imm的多孔網(wǎng)。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括配氣單元、氣敏性測(cè)量裝置以及測(cè)試單元；所述配氣單元包括一個(gè)空氣供給單元la、三個(gè)待測(cè)氣體供給單元、 將空氣與三個(gè)待測(cè)氣體混勻的氣體混合室5，所述氣體混合室連通氣敏性測(cè)量裝置11，用于將配比后的氣體通過(guò)管道輸入氣敏性測(cè)量裝置。氣體混合室5出口分出兩路，一路直接通過(guò)閥12連通大氣，另一路連通氣敏性測(cè)量裝置11，連通氣敏性測(cè)量裝置11的管路上接有壓力表10。三個(gè)待測(cè)氣體供給單元分別為氫氣供給單元、甲烷供給單元以及一氧化碳供給單元。所述氣體混合室內(nèi)5裝有孔徑小于Imm的多孔網(wǎng)6。所述尾氣分析裝置16包括濕度計(jì)和氣體分析儀。所述測(cè)試單元包括數(shù)據(jù)采集器14，連接數(shù)據(jù)采集器的溫控儀13、尾氣分析裝置16 以及計(jì)算機(jī)15。尾氣分析裝置16通過(guò)管道連通所述氣敏性測(cè)量裝置11。所述空氣供給單元的空氣貯藏器Ia依次連通減壓閥加和電磁閥3a，并連兩個(gè)質(zhì)量流量控制器如、4b，其中質(zhì)量流量控制器如連通加濕裝置7，加濕裝置7連通所述氣體混合室5，另一個(gè)質(zhì)量流量控制器4b直接連通氣體混合室5。所述質(zhì)量流量控制器^、4b為控制載氣高純空氣和載有水蒸氣的載氣的量程0 5SLM的質(zhì)量流量控制器。所述加濕裝置7包括加熱瓶8、冷凝管9、半導(dǎo)體制冷片17以及熱電偶18 ；加熱瓶 8分別連通所述質(zhì)量流量控制器如和冷凝管9，冷凝管9連通所述氣體混合室5。所述半導(dǎo)體制冷片17用于給冷凝管降溫，熱電偶18用于給冷凝管測(cè)溫，所述數(shù)據(jù)采集器14分別連接所述加熱瓶、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶。其中可加熱瓶的溫度大于冷凝管溫度，冷凝管是用于使?jié)穸饶苓_(dá)到100% R. H，氣體通過(guò)可加熱瓶的時(shí)間太短，還來(lái)不及達(dá)到熱力學(xué)平衡， 所以后接冷凝管。壓力表10置于氣敏性測(cè)量裝置入口端，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入氣敏性測(cè)量裝置氣體的壓力。氫氣供給單元、甲烷供給單元以及一氧化碳供給單元分別包括待測(cè)氣體貯藏器 lb、lc、ld，減壓閥2b、2c、2d、電磁閥3b、3c、3d以及質(zhì)量流量控制器如、4d3e，質(zhì)量流量控制器如、4(1、如分別通過(guò)管道連通所述氣體混合室。質(zhì)量流量控制器如、4(1、如為控制目標(biāo)氣體H2、CH4, CO等的量程為0 2SCCM的質(zhì)量流量控制器。所述管氣路采用雙卡套式管接頭連接，用于連接氣瓶、質(zhì)量流量控制器、加濕裝置、氣體混合室、氣敏性測(cè)量裝置等不銹鋼氣路。 恒流配氣單元實(shí)現(xiàn)方式如下混合氣體的濃度C。。mp_nt是根據(jù)氣體體積比來(lái)定義的，即V.^component! jr(1)
^ total式中仏^胃-是混合氣體濃度是單一組分氣體體積；Vtotal是混合氣體體積。混合氣體中的濕度用相對(duì)濕度形式來(lái)表示，即RH^ = Cl1Al2xIOO %，式中RH(%)是相對(duì)濕度； Cl1指單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度；d2指同溫度下飽和水氣密度。根據(jù)道爾頓分壓定律，在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同，即Ptotal = Pw+ Σ Pi (2)式中，Pt。tal表示混合氣體總體壓強(qiáng)；PW表示混合氣體中水蒸氣產(chǎn)生的分壓A表示單一組分氣體產(chǎn)生的分壓。結(jié)合阿馬伽定律，在確定的溫度、壓力條件下，混合氣體的體積等于所含各種氣體的分體積之和，即Vtotal = Vw+ Σ Vi (3)式中，Vtotal表示混合氣體總體積，Vw表示混合氣體中水蒸氣體積，Vi表示單一組分氣體體積。該定律對(duì)理想氣體混合氣嚴(yán)格成立，對(duì)實(shí)際氣體混合氣僅在壓力較低時(shí)體現(xiàn)出準(zhǔn)確性。由道爾頓分壓定律和阿馬伽定律可知，在忽略分子間相互作用和相同溫度、較低壓強(qiáng)下，滿足
ρ V.=(4)
ri vi為了使帶有一定相對(duì)濕度的混合氣體仍然能滿足氣體流量恒定的要求，需要對(duì)控制高純空氣流量的MFCs的流量值進(jìn)行精確計(jì)算。計(jì)算過(guò)程如下
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括配氣單元、氣敏性測(cè)量裝置以及測(cè)試單元；所述配氣單元包括一個(gè)空氣供給單元、一個(gè)以上的待測(cè)氣體供給單元、將空氣與待測(cè)氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測(cè)量裝置，用于將配比后的氣體通過(guò)管道輸入氣敏性測(cè)量裝置；所述測(cè)試單元包括數(shù)據(jù)采集器，連接數(shù)據(jù)采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測(cè)量裝置；尾氣分析裝置通過(guò)管道連通所述氣敏性測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣供給單元包括空氣貯藏器，空氣貯藏器分別通過(guò)管道并連兩個(gè)質(zhì)量流量控制器，其中一個(gè)質(zhì)量流量控制器連通加濕裝置，加濕裝置連通所述氣體混合室，另一個(gè)質(zhì)量流量控制器直接連通氣體混合室。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述加濕裝置包括加熱瓶、冷凝管、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質(zhì)量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導(dǎo)體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測(cè)溫，所述數(shù)據(jù)采集器分別連接所述加熱瓶、半導(dǎo)體制冷片以及熱電偶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述待測(cè)氣體供給單元包括待測(cè)氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個(gè)質(zhì)量流量控制器，待測(cè)氣體貯藏器依次通過(guò)減壓閥、電磁閥以及質(zhì)量流量控制器管道連通所述氣體混合室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述尾氣分析裝置包括濕度計(jì)和氣體分析儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體混合室內(nèi)裝有孔徑小于Imm的多孔網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括配氣單元、氣敏性測(cè)量裝置以及測(cè)試單元；所述配氣單元包括一個(gè)空氣供給單元、一個(gè)以上的待測(cè)氣體供給單元、將空氣與待測(cè)氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測(cè)量裝置，用于將配比后的氣體通過(guò)管道輸入氣敏性測(cè)量裝置。所述測(cè)試單元包括數(shù)據(jù)采集器，連接數(shù)據(jù)采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測(cè)量裝置；尾氣分析裝置通過(guò)管道連通所述氣敏性測(cè)量裝置。
文檔編號(hào)G01N27/14GK102495110SQ20111036686
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者張子立, 朱斌, 楊柳, 殷晨波, 董寧寧, 陶春旻 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)