气体传感器测试装置以及测试方法与流程

本发明涉及气体传感器测试技术领域，更具体地，涉及一种气体传感器测试装置以及气体传感器测试方法。

背景技术：

气体传感器用于检测气体的种类或者测量气体的浓度。气体传感器的测试精度是至关重要的指标。气体传感器的出厂测试是关键的工序。

目前气体传感器测试一般是在气体传感器测试箱(或测试盒)中完成。测试时，需要将气体传感器放置到测试箱中，把整个测试箱充满目标气体，使气体传感器处在目标气体气氛中完成测试。整个过程几乎都需要手动操作完成。这样测试方法存在以下几个问题：一是浪费气体，气体传感器探测到的目标气体的量是很小的，不需要整箱的目标气体，但测试时需要将目标气体充满箱体；二是浪费时间，要使得测试箱充满一定浓度的目标气体，要把测试箱内的空气或其他气体置换干净，置换过程需要很长时间，测试效率较低；三是这种测试方法对测试箱的密封性要求较高，否则出现泄漏就很难保证目标气体的精确的浓度。采用这种方法进行测试，非常不利于测量气体传感器的响应时间、重复性等重要参数，难以满足大出货量的要求。

此外，大部分程序需要人工操作。对于测量高浓度有毒有害或爆炸性气体，这种测试方法对人身安全有潜在的危害。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种气体传感器测试装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种气体传感器测试装置。该装置包括：配气装置，所述配气装置用于配置并且提供测试气体；送气装置，所述送气装置用于将所述测试气体进行分配，所述送气装置包括进气板和出气板，所述进气板和所述出气板密封连接在一起以在它们内部形成腔体，所述进气板具有用于连通所述腔体与所述配气装置的进气孔，所述出气板具有用于连通所述腔体与气体传感器的入孔的出气孔，所述出气孔为多个；以及信号采集装置，所述信号采集装置用于采集所述气体传感器的感应信号。

可选地，还包括控制装置，所述控制装置用于根据测试请求，控制所述配气装置以配置并且提供测试气体，控制送气装置以使多个所述气体传感器的入孔与多个所述出气孔对应，以及控制信号采集装置以采集所述气体传感器的感应信号。

可选地，还包括调节装置，所述调节装置用于调节所述出气孔与所述气体传感器之间的相对位置。

可选地，所述调节装置为PLC三轴步进电机，所述PLC三轴步进电机用于调节所述送气装置的位置。

可选地，所述配气装置包括多个储气装置，每个所述储气装置通过质量流量控制器进行出气流量的控制。

可选地，所述进气孔的孔径为4-10mm。

可选地，所述出气孔的孔径为1-4mm。

根据本发明的另一方面，提供一种气体传感器的测试方法。该方法包括：

S1、获取测试请求，并将所述测试请求与数据库中的关键词进行比对，根据比对结果读取相应的控制程序；

S2、根据所述控制程序对气体传感器进行测试，包括：

将多个气体传感器的入孔靠近出气孔，所述入孔与所述出气孔一一对应；

配置设定浓度的测试气体，向多个出气孔输送测试气体，以使测试气体与气体传感器的敏感区接触；

间隔设定时间采集气体传感器对所述测试气体的感应信号。

可选地，在S2步骤中，根据所述控制程序对所述气体传感器进行线性测试。

可选地，在S2步骤中包括调整所述入孔与所述出气孔之间的相对位置，以使二者的竖直距离为1-10mm,并且所述出气孔的中心到所述入孔的中心的水平距离为所述入孔的半径的2-3倍。

本发明的发明人发现，在现有技术中，气体传感器测试一般是在气体传感器测试箱中完成，且大部分程序需要人工操作。对于测量高浓度有毒有害或爆炸性气体，这种测试方法对人身安全有潜在的危害。而且这种方式浪费测试气体，测试效率低并且对测试项的密封要求高。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例的送气装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的送气装置另一个角度的结构示意图。

图3是本发明实施例的送气装置的分解图。

图4-7是本发明实施例的送气装置的剖视图。

图8是本发明实施例的气体传感器测试装置的结构示意图。

图中，10：送气装置；11：进气板；12：出气板；13：进气孔；14：出气孔；15：腔体；16：垫片；17：挖槽；18：环形框架；19：O型圈；20：配气装置；21：CO气体钢瓶；22：新鲜空气钢瓶；23：减压阀；24：质量流量控制器；25：输出管道；26：CO气体传感器；27：PLC三轴步进电机；28：敏感区；30：信号采集装置。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了至少解决上述技术问题之一，本发明提供一种气体传感器测试装置。该装置可以用来进行气体传感器的测试。根据测试结果可以进行气体传感器的校准。该装置包括：配气装置20、送气装置10和信号采集装置30。配气装置20用于配置并且提供测试气体。送气装置10用于将测试气体进行分配。送气装置10包括进气板11和出气板12。进气板11和出气板12密封连接在一起以在它们内部形成腔体15。进气板11具有用于连通腔体15与配气装置20的进气孔13。出气板12具有用于连通腔体15与气体传感器的入孔的出气孔14，出气孔14为多个。信号采集装置30用于采集气体传感器的感应信号。

在测量时，首先将气体传感器的入孔靠近出气孔，以使测试气体能够接触气体传感器的敏感区28。在此，敏感区28位于气体传感器的内部并且与入孔相对设置，入孔的孔径通常为1-2mm。

然后，配气装置20按照设定的浓度和流速配置测试气体，将测试气体经由进气孔输送到送气装置10的腔体内，测试气体再经由出气孔14到达入孔中。

接下来，将测试气体与敏感区28接触，敏感区28产生感应信号，信号采集装置采集该感应信号。

该测试装置的腔体起到分配测试气体的作用，腔体的容积较小，大大减小了测试气体的浪费。并且由于容器小，故实现了测试气体的快速置换，大大提高了测试效率。

此外，该测试装置的送气装置10为板状结构，具有连接方便并且方便形成密封的特点。

此外，该送气装置10可以进行气体传感器的批量测试。

图8示出了本发明实施例的一种测试装置。在该装置中，配气装置20包括多个储气装置。在每个储气装置的输出管道25设置有质量流量控制器24(MFC)。通过MFC控制每种气体的出气流量。出气装置例如是储气罐，通常情况下储气罐内存储高压气体，故需通过减压阀23进行减压。气体经由输出管道25到达送气装置10的进气孔13。

在一个例子中，通过控制装置进行配气装置20的控制，例如，该控制装置为基于Labview的系统，通过软件编程控制各个输出管道25的MFC，从而得到不同浓度不同流量的混合气体。进一步提高了送气的自动化程度。

该储气装置可以通过质量流量控制器24实现所需测试气体的种类、浓度的自动配置。提高了测试气体的浓度的精确性。

图1-7示出了本发明实施例的一种送气装置10，该送气装置10包括进气板11和出气板12。进气板11和出气板12密封连接在一起以在它们内部形成腔体15。进气板11具有用于连通腔体15与进气装置的进气孔13。出气板12具有用于连通腔体15与气体传感器的出气孔14，出气孔14为多个。

在测试时，首先，将气体传感器的敏感区28靠近出气孔14，敏感区28与出气孔14一一对应，以便接收并感测来自出气孔14的测试气体；接下来，设定种类或者设定浓度的测试气体通过进气孔13进入腔体15中；然后，测试气体充满腔体15以置换掉空气等其他气体，再通过出气孔14分配给各个气体传感器。

敏感区28是气体传感器中用于感测气体的元件，敏感区28与测试气体接触后会输出感应信号，例如，电压信号等。

该送气装置10的腔体15起到分配测试气体的作用，而不是用来容纳气体传感器，大大减小了测试气体的浪费。由于腔体15的容积小，实现了测试气体的快速置换，大大提高了测试效率。该送气装置10包括进气板11和出气板12，板状结构具有连接方便并且方便形成密封的特点。该送气装置10设置有多个送气孔，可以进行气体传感器的批量测试。

如图1-3所示，在该装置中，进气板11和出气板12的外部轮廓为矩形。在此，进气板11和出气板12的形状可以根据实际需要进行设置。例如，圆形、矩形、三角形等。进气孔13位于进气板11的几何中心位置。该位置到各个出气孔14的距离较平均，可以保证出气孔14的气体流速均衡，保证测试结果精确。

优选的是，进气孔13的孔径为4-10mm，该范围的孔径可以保证腔体15内气体快速被置换掉，并能满足多个气体传感器测试的要求。

进一步的，进气孔13为多个，且多个进气孔13均匀地布置在进气板11上，这样可以提高进气速度，以使腔体15内气体的置换更迅速。并且可以使出气孔14的气体流速更加均衡。

进气板11和出气板12的材质可以是但不局限于金属、塑料、陶瓷、木质、橡胶等。可以采用注塑、镗孔、冲压、切割等方式进行成型。

在该实施例中，出气孔14均匀地布置在出气板12上。可以保证出气孔14的气体流速均衡，保证测试效果精准。优选的是，出气孔14的孔径为1-4mm。该范围内的孔径可以满足测试要求，避免了孔径过大造成气体流失过快，进一步减少了测试气体的浪费。在此，出气孔14的形状可以根据气体传感器的敏感区28的尺寸进行设置，只要满足测试要求即可。

多个出气孔14可以设置为具有相同的孔径，以便于大批量测试同一型号的气体传感器。孔径也可以设置为多组，不同组的孔径不同，同一组的孔径相同，这样可以同时测试不同型号的多个气体传感器。

腔体15的形成有多种方式。在一个例子中，进气板11和出气板12中的至少一个具有挖槽17，进气板11与出气板12扣合在一起，挖槽17形成腔体15。在此，可以是在进气板11或者出气板12上设置有挖槽17，如图4-5所示；也可以是在进气板11或者出气板12上均设置有挖槽17，两个挖槽17相对设置以形成腔体15。在这种方式中，挖槽17可以与进气板11或者出气板12一体加工成型。并且该送气装置10结构简单，在装配时，只需要一道密封，即进气板11与出气板12之间的一道密封，降低了密封难度。

腔体15越大，则置换腔体15内气体需要的时间越长，但可以缓冲测试气体，便于在腔体15内形成均压，以保证每个出气孔14的气体流速一致，使测试结果越精确；腔体15越小，则置换腔体15内气体需要的时间越短，但易造成腔体15内压力不均，造成出气孔14的气体流速不均，导致测试结果精确度降低。优选的是，挖槽17的深度为1-10mm。该深度兼顾了腔体15内气体的置换时间以及出气孔14的气体流速，保证了测试效率以及测试精度。

在一个例子中，为了提高密封效果，在进气板11和出气板12上均设置有环形槽，该环形槽用于容纳O型圈19，进气板11与出气板12通过O型圈19进行密封。O型圈19密封具有密封效果好，安装方便的特点。

图6提供了本发明的另一种送气装置10。该送气装置10还包括进气板11、出气板12和环形框架18。环形框架18被夹紧在进气板11与出气板12之间，这样环形框架18的中空区域形成腔体15。但是，在这种结构中，在环形框架18与进气板11以及环形框架18与出气板12之间都需要形成密封，增加了密封的难度。可选的是，密封采用垫片16密封或者O型圈19密封。

在其他示例中，如图7所示，进气板11和出气板12之间采用垫片16进密封。由于垫片16具有设定的厚度，故在装配后，垫片16的中空区域可以形成腔体15。这样，垫片16作为环形框架18，使装置的结构进一步简化，并且降低了密封难度。然而，垫片16的厚度不会做的很厚，腔体15的体积会受到限制。

信号采集装置与敏感区28信号连接以采集气体传感器的感应信号。例如，电压信号。理论上电压信号与测试气体的浓度成正比关系。通过测量多个浓度下的电压信号，以检验是否成正比关系，从而对气体传感器进行校准。采集电压信号进行校准的后期处理简单，并且校准更加精确。

在一个例子中，测量装置还包括调节装置，调节装置用于调节出气孔与气体传感器之间的相对位置。气体传感器的敏感区28通常比较脆弱，如果出气孔与敏感区28的距离太近或者敏感区28的角度放置不正确，出气孔的气流过大会造成敏感区28的损伤。因此，需通过调节装置来调整出气孔与气体传感器的相对位置，以达到既能满足测试要求又能避免敏感区28收到损伤的目的。在此，调节装置可以被配置为用于调节出气孔的位置或者用于调节气体传感器的位置。

在一个例子中，调节装置为PLC三轴步进电机27。送气装置10被设置在PLC三轴步进电机27上。该电机用于调节送气装置10的位置。在该例子中，PLC三轴步进电机27可以使送气装置10沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，其中，X轴、Y轴即平行于敏感区28的二维方向，Z轴方向即垂直于敏感区28的方向。优选的是，出气孔与入孔的竖直距离为1-10mm，即，沿Z轴方向的距离。并且出气孔的中心到入孔的中心的水平距离为入孔的半径的2-3倍，即，沿X轴和Y轴方向的距离。上述距离可以保证测试结果的准确性，并且敏感区28稍偏离出气孔，避免受到损伤。

在一个例子中，为了实现自动控制，该测试装置还包括控制装置。该控制装置用于根据测试请求，控制配气装置20以配置并且提供测试气体。控制送气装置10以使多个气体传感器的入孔与多个出气孔14连通，以及控制信号采集装置30以采集气体传感器的感应信号。例如，根据气体传感器的种类确定测试方法、配置不同浓度的测试气体、控制测试气体的流量；根据气体传感器的入孔的尺寸以及敏感区28的性能调整入孔与出气孔之间的相对位置；根据不同种类气体传感器的不同性能的测试要求设定对每种浓度的测试气体测试时感应信号的采集时间和采样频率。

本发明还提供了一种气体传感器的测试方法。该方法包括：

S1、获取测试请求，并将测试请求与数据库中的关键词进行比对，根据比对结果读取相应的控制程序。例如，测试CO(一氧化碳)气体传感器时，输入CO的测试请求，关键词为：CO。控制程序控制配气装置20、送气装置10和信号采集装置30进行相应的动作，以实现自动测试。例如，通过控制不同储气装置的气体流量控制测试气体的浓度、根据测试要求控制每种浓度的测试气体的输出时间、根据采集信号的要求设定气体传感器在每种浓度的测试气体中采集感应信号的时间以及调节出气孔与气体传感器之间的相对位置等。上述各个动作形成设定的控制程序，以便于自动控制。

S2、根据控制程序对气体传感器进行测试，包括：

将多个气体传感器的入孔靠近出气孔14，入孔与出气孔14一一对应；在此，可以同时测量多个气体传感器。优选的是，在该步骤中包括调整入孔与出气孔之间的相对位置，以使二者的竖直距离为1-10mm,并且出气孔的中心到入孔的中心的水平距离为入孔的半径的2-3倍。

配置设定浓度的测试气体，向多个出气孔14输送测试气体，以使测试气体与气体传感器的敏感区28接触；

间隔设定时间采集气体传感器对测试气体的感应信号。

该方法可以实现气体传感器的自动测试和批量测试，减少了人工操作危险性，提高了测试效率。

在一个例子中，通过设置控制装置的控制程序对气体传感器进行线性测试，以对气体传感器进行校准。线性测试的方法简单并且准确度高，便于对气体传感器进行校准。例如，对于CO(一氧化碳)气体传感器26，测试其在设定浓度范围内，例如测试范围为0-1000ppm的线性关系。在此，需要采集CO气体传感器27对相同流量、不同浓度的CO气体的感应信号。

在该测试中，配气装置20包括两瓶钢瓶气体，其中，一个为浓度1000ppm的CO气体钢瓶21，余量为N₂气体；另一个为新鲜空气钢瓶22，O₂含量为21％。通过控制两瓶气体的流量来输送设定浓度的测试气体。

例如，对控制装置进行编程，以使配气装置20自动输出总的气体流量为2000ml/min，浓度分别为0ppm、100ppm、300ppm、500ppm、700ppm以及1000ppm的CO混合气体。设定每种浓度的气体的通气时长以及信号采集的时刻。例如，通气时长为60秒，设置在第30秒以后的时刻进行信号采集，采样频率为2次/秒，采集10秒。通常在每种浓度的气体通气开始时会先进行腔体内气体的置换，需要一定时间才能将腔体中的其他气体置换掉。由于开始通气时气体的浓度不稳定，因此不宜在通气开始就进行信号采集。设置在第30秒以后的时刻进行信号采集，可以使采集的信号更准确。

信号采集结束后，对采集的电压信号进行处理，看是否符合线性关系。并将处理结果与理论值进行比较，以进行气体传感器的校准。

该方法具有操作简单，测试速度快的特点。并且能够实现气体传感器的自动测试、批量测试。十分适用于工业化、大规模生产的要求。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。