專利名稱：一種氣體傳感器測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體傳感器測試系統，更具體的是涉及基于恒流配氣方式的氣體傳感器測試系統。
背景技術：
隨著工業的發展，諸如S02、N0x』2S等工業廢氣被排放到大氣中所帶來的不可估量的環境污染問題，C0、H2A2S及CH4等常用燃料的生產、運輸、使用過程中因泄露問題引發中毒、爆炸等危害人民生命和財產安全的一系列災害性問題，這些關系民生的行為正受到越來越多人的關注。然而在對這些氣體進行監控過程中多少都存在需借助大型儀器分析，或者采用昂貴而復雜的監測系統的現象。微結構半導體金屬氧化物納米薄膜Sn02、W03、ZnO, In2O3等氣體傳感器的出現，因具有精度高、反應快、體積小、功耗低、穩定性好等優點，有著很大的潛在市場。影響微結構金屬氧化物半導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，氣體傳感器的微結構，包括傳感器測量電極、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，還受到多種環境因素的影響，如溫度、濕度、 大氣壓強、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，不同種類、不同復雜程度的氣體傳感器測試系統相繼出現，不管采用哪種配氣方式，它們都有個共同特點，都是需要反復切換反應氣體通斷。在切換過程中，管路總氣流量會產生波動，這種波動會對氣敏性測量裝置壓力和溫度造成一定程度的擾動，進而影響氣體傳感器測試效果。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量裝置內穩定層流的形成，也不利于商業應用中的成本控制。恒流配氣是從根本上解決上述問題的關鍵，穩定的氣流可消除氣敏性測量裝置壓力的波動，而且由于穩定的氣流不會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溫度在切換過程中的波動，這最大程度的避免氣體被傳感器本身所消耗。因此，設計出一種能真實模擬現實環境的基于恒流配氣方式的微結構氣體傳感器性能測試系統，對微結構氣體傳感器的性能測試具有很大的商業應用價值。

發明內容
發明目的本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種氣體傳感器測試系統。為了解決上述技術問題，本發明公開了一種氣體傳感器測試系統，包括配氣單元、 氣敏性測量裝置以及測試單元；氣敏性測量裝置，用于為微結構氣體傳感器性能測試提供測試場所，該氣敏性測量裝置具有防漏、防爆，安全、可靠。所述配氣單元包括一個空氣供給單元、一個以上的待測氣體供給單元、將空氣與待測氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測量裝置，用于將配比后的氣體通過管道輸入氣敏性測量裝置。
所述測試單元包括數據采集器，連接數據采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計算機；所述數據采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測量裝置；尾氣分析裝置通過管道連通所述氣敏性測量裝置。本發明中，所述空氣供給單元包括空氣貯藏器，空氣貯藏器分別通過管道并連兩個質量流量控制器，其中一個質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，另一個質量流量控制器直接連通氣體混合室。本發明中，所述加濕裝置包括加熱瓶、冷凝管、半導體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測溫，所述數據采集器分別連接所述加熱瓶、半導體制冷片以及熱電偶。本發明中，所述待測氣體供給單元包括待測氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個質量流量控制器，待測氣體貯藏器依次通過減壓閥、電磁閥以及質量流量控制器管道連通所述氣體混合室。本發明中，所述尾氣分析裝置包括濕度計和氣體分析儀。用于實時監測所配氣體的濕度和濃度變化情況。本發明中，所述氣體混合室內裝有孔徑小于Imm的多孔網。所述多通道數據采集器通過USB接口與計算機相連，數據所述溫控儀通過RS232 串口接口與計算機的串口相連。發明中的氣敏性測量裝置，可以參考本申請人的實用新型專利“氣敏材料的氣敏性測量裝置”，專利號ZL200920256712. 4 ；以及發明專利“氣敏材料的氣敏性測量裝置”，專利申請號201010018000. 6，本專利所述的氣敏性測量裝置可以采用上述兩篇專利中的敏材料的氣敏性測量裝置結構。有益效果本發明優點如下1、本發明實現了在不同溫度、濕度、不同氣氛和濃度梯度環境條件下對氣體傳感器性能進行測試分析，滿足了對氣體傳感器性能測試的需要。2、本發明能夠分別對傳感器氣敏材料性能進行初步測試以及完整氣體傳感器原型進行綜合測試。3、本發明具有恒流配氣的功能，能夠有效地避免在切換過程中，管路總氣流量產生波動，避免這種波動對氣敏性測量裝置壓力和溫度造成一定程度的擾動，進而影響氣體傳感器測試效果。4、本發明在測量單元抽真空狀態下，超過10個小時氣壓不變，密封性能好，整個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，其他全部是通過螺紋副連接，便于調節、拆裝。5、本發明氣體傳感器性能測試，以及恒流配氣方式，溫控方式，尾氣分析部分都與計算機相連，能夠實現數據的自動化采集和處理，效率高、數據準確。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和 /或其他方面的優點將會變得更加清楚。圖1為本發明實施例系統原理圖。
圖加和圖2b為本發明實施例測試的兩種不同傳感器原型結構示意圖。圖3為本發明實施例氣敏性測量裝置上端蓋結構示意圖。圖4為本發明實施例完整傳感器原型放置支撐臺結構示意圖。圖5為本發明實施例氣敏性測量裝置中筒及下端蓋結構示意圖。圖6為本發明實施例輔助加熱臺結構示意圖。圖7為本發明實施例氣敏性測量裝置結構及聚四氟乙烯結構塊軸測圖。圖8為本發明實施例電極探針機構結構示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種氣體傳感器測試系統，包括配氣單元、氣敏性測量裝置以及測試單元；所述配氣單元包括一個空氣供給單元、一個以上的待測氣體供給單元、將空氣與待測氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測量裝置，用于將配比后的氣體通過管道輸入氣敏性測量裝置；所述測試單元包括數據采集器，連接數據采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計算機；所述數據采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測量裝置；尾氣分析裝置通過管道連通所述氣敏性測量裝置。所述空氣供給單元包括空氣貯藏器，空氣貯藏器分別通過管道并連兩個質量流量控制器，其中一個質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，另一個質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、半導體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測溫，所述數據采集器分別連接所述加熱瓶、半導體制冷片以及熱電偶。所述待測氣體供給單元包括待測氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個質量流量控制器，待測氣體貯藏器依次通過減壓閥、電磁閥以及質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和氣體分析儀。所述氣體混合室內裝有孔徑小于 Imm的多孔網。實施例如圖1所示，本實施例公開了一種氣體傳感器測試系統，包括配氣單元、氣敏性測量裝置以及測試單元；所述配氣單元包括一個空氣供給單元la、三個待測氣體供給單元、 將空氣與三個待測氣體混勻的氣體混合室5，所述氣體混合室連通氣敏性測量裝置11，用于將配比后的氣體通過管道輸入氣敏性測量裝置。氣體混合室5出口分出兩路，一路直接通過閥12連通大氣，另一路連通氣敏性測量裝置11，連通氣敏性測量裝置11的管路上接有壓力表10。三個待測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5裝有孔徑小于Imm的多孔網6。所述尾氣分析裝置16包括濕度計和氣體分析儀。所述測試單元包括數據采集器14，連接數據采集器的溫控儀13、尾氣分析裝置16 以及計算機15。尾氣分析裝置16通過管道連通所述氣敏性測量裝置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，并連兩個質量流量控制器如、4b，其中質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，另一個質量流量控制器4b直接連通氣體混合室5。所述質量流量控制器^、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、半導體制冷片17以及熱電偶18 ；加熱瓶 8分別連通所述質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。所述半導體制冷片17用于給冷凝管降溫，熱電偶18用于給冷凝管測溫，所述數據采集器14分別連接所述加熱瓶、半導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，冷凝管是用于使濕度能達到100% R. H，氣體通過可加熱瓶的時間太短，還來不及達到熱力學平衡， 所以后接冷凝管。壓力表10置于氣敏性測量裝置入口端，用于監測進入氣敏性測量裝置氣體的壓力。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氣體貯藏器 lb、lc、ld，減壓閥2b、2c、2d、電磁閥3b、3c、3d以及質量流量控制器如、4d3e，質量流量控制器如、4(1、如分別通過管道連通所述氣體混合室。質量流量控制器如、4(1、如為控制目標氣體H2、CH4, CO等的量程為0 2SCCM的質量流量控制器。所述管氣路采用雙卡套式管接頭連接，用于連接氣瓶、質量流量控制器、加濕裝置、氣體混合室、氣敏性測量裝置等不銹鋼氣路。 恒流配氣單元實現方式如下混合氣體的濃度C。。mp_nt是根據氣體體積比來定義的，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濕度形式來表示，即RH^ = Cl1Al2xIOO %，式中RH(%)是相對濕度； Cl1指單位體積空氣內實際所含的水氣密度；d2指同溫度下飽和水氣密度。根據道爾頓分壓定律，在任何容器內的氣體混合物中，如果各組分之間不發生化學反應，則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內，它所產生的壓強和它單獨占有整個容器時所產生的壓強相同，即Ptotal = Pw+ Σ Pi (2)式中，Pt。tal表示混合氣體總體壓強；PW表示混合氣體中水蒸氣產生的分壓A表示單一組分氣體產生的分壓。結合阿馬伽定律，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。該定律對理想氣體混合氣嚴格成立，對實際氣體混合氣僅在壓力較低時體現出準確性。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、較低壓強下，滿足
ρ V.=(4)
ri vi為了使帶有一定相對濕度的混合氣體仍然能滿足氣體流量恒定的要求，需要對控制高純空氣流量的MFCs的流量值進行精確計算。計算過程如下
權利要求
1.一種氣體傳感器測試系統，其特征在于，包括配氣單元、氣敏性測量裝置以及測試單元；所述配氣單元包括一個空氣供給單元、一個以上的待測氣體供給單元、將空氣與待測氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測量裝置，用于將配比后的氣體通過管道輸入氣敏性測量裝置；所述測試單元包括數據采集器，連接數據采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計算機；所述數據采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測量裝置；尾氣分析裝置通過管道連通所述氣敏性測量裝置。
2.根據權利要求1所述的一種氣體傳感器測試系統，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管道并連兩個質量流量控制器，其中一個質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，另一個質量流量控制器直接連通氣體混合室。
3.根據權利要求2所述的一種氣體傳感器測試系統，其特征在于，所述加濕裝置包括加熱瓶、冷凝管、半導體制冷片以及熱電偶；加熱瓶分別連通所述質量流量控制器和冷凝管，冷凝管連通所述氣體混合室；所述半導體制冷片用于給冷凝管降溫，熱電偶用于給冷凝管測溫，所述數據采集器分別連接所述加熱瓶、半導體制冷片以及熱電偶。
4.根據權利要求1所述的一種氣體傳感器測試系統，其特征在于，所述待測氣體供給單元包括待測氣體貯藏器，減壓閥、電磁閥以及一個質量流量控制器，待測氣體貯藏器依次通過減壓閥、電磁閥以及質量流量控制器管道連通所述氣體混合室。
5.根據權利要求1或2所述的一種氣體傳感器測試系統，其特征在于，所述尾氣分析裝置包括濕度計和氣體分析儀。
6.根據權利要求1或2所述的一種氣體傳感器測試系統，其特征在于，所述氣體混合室內裝有孔徑小于Imm的多孔網。
全文摘要
本發明公開了一種氣體傳感器測試系統，包括配氣單元、氣敏性測量裝置以及測試單元；所述配氣單元包括一個空氣供給單元、一個以上的待測氣體供給單元、將空氣與待測氣體混勻的氣體混合室，所述氣體混合室連通氣敏性測量裝置，用于將配比后的氣體通過管道輸入氣敏性測量裝置。所述測試單元包括數據采集器，連接數據采集器的溫控儀、尾氣分析裝置以及計算機；所述數據采集器分別電連接空氣供給單元和氣敏性測量裝置；尾氣分析裝置通過管道連通所述氣敏性測量裝置。
文檔編號G01N27/14GK102495110SQ20111036686
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者張子立, 朱斌, 楊柳, 殷晨波, 董寧寧, 陶春旻 申請人:南京工業大學