可控湿度的半导体气敏元件的测试方法_3

文档序号:9630431阅读:来源:国知局
SnCl4 · 5H20为原料,以稀氨水为沉淀剂,称取一定量的SnCl4 · 5H20原料,溶于适量的去离 子水中,加入少量柠檬酸,进行搅拌,使之完全溶解,然后加热至沸腾,并使之发生反应;将 配制好的稀氨水,缓慢滴加到SnClyK溶液中,并不断搅拌,时,待沉淀完全,用温水洗涤,离 心清洗多次,以去除其中的C1一,再将沉淀物在60~KKTC下烘干,研碎后在马弗炉内于 700°C左右灼烧2~4h,得到Sn02气敏材料。
[0071] 实施例3:
[0072] 具有与实施例1或2相同的技术方案,更为具体的是:气敏元件制作的步骤中,所 述的敏感元件的管芯具有一个毛细陶瓷管,加热丝穿入陶瓷管中,在管外涂制金属电极作 为测量元件电阻的信号电极,在金属电极外涂制气敏材料Sn02,并烧制而成;
[0073] 制作步骤为:将两端涂有金属电极的陶瓷管衬底依次用甲苯、酒精和去离子水超 声清洗,在红外灯下烘干后将研磨好的浆料涂在陶瓷管表面,在红外灯下烘干,然后在管式 电阻炉中烧结,最后将具有合适电阻值的加热丝穿入烧好的管芯中,并将电极引线和加热 丝引线焊接在元件的管座上,制作成气敏元件,使用气敏元件制作气体气体传感器。
[0074] 这种结构克服了直热式元件的缺点,由于加热丝不与气敏材料接触,避免了测量 回路与加热回路之间的相互干扰,元件性能的一致性有较大提高,机械强度也大为改善。
[0075] 实施例4:
[0076] 具有与实施例1或2或3相同的技术方案,更为具体的是:所述半导体气体传感器 测试系统组建与测试的步骤中,半导体气体传感器测试系统用于对不同气体在给定浓度下 进行动态配气及使多支传感器阵列在气体通入时对气敏元件表面电导率的变化进行实时 监测;
[0077] 所述半导体气体传感器测试系统包括:自动进行样品气体浓度配比的进样装置、 气体传感器加热与测温装置、用于与进样装置协调动作,并在不同的气样环境下自动采集 4~6路气体传感器测量信号的信号测量与数据采集电路、对采集的测量信号进行数据处 理的数据处理电路;和对进气过程和室温变化所引起的温度变化进行补偿的温度补偿电 路;所述与进样装置协调动作是指,信号采集与进样同步或者对应,从而使得进样与采集可 以实现时间顺序上的协调。
[0078] 气体传感器阵列安装在气室中,气体传感器所测得的气体浓度变化是气室中气体 的变化,气室为内腔形状圆滑且近似方形的干燥的有机玻璃腔;
[0079] 所述气体传感器加热与测温装置对气敏元件进行加热,并实时测量气体传感器的 工作温度;当传感器的工作温度因环境温度或气流影响发生变化时,温度补偿电路实时进 行温度补偿控制,使传感器的工作温度保持不变;所述信号测量与数据采集电路用于对信 号调节和AD采样,信号调节为用于将气体传感器对测试气样的响应转变为电信号,AD采样 将模拟信号通过数据处理电路将模拟信号转变为数字信号,并将采集到的4~6路传感器 信号经过归一化处理,转变为BP神经网络所需要的标准信号;
[0080] 湿度检测传感器实时检测气室内湿度信号,且将该信号传输至主控制器,主控制 器基于气室内恒定的湿度设定值,或一个设定的湿度范围,该湿度信号与控制器的设定值 相比较,控制器输出分程控制信号;当气室内的湿度低于10%RH,而加湿器已开到最大,系 统不能继续加湿时,或气室内的湿度高于60 %RH,而除湿机开至最大时,主控制器将控制 蜂鸣器鸣响,并调用主控制器中断,停止对除湿机和超声波加湿器的信号输出,且湿度超过 60%RH时,系统自动断电并停止测试。
[0081] 所述的湿度控制系统,还包括上位机,上位机具有人机交互界面,并用于人机交互 操作,实时显示湿度设定值和湿度测量值,所述主控制器为PLC,且使用PLC的PID调节模块 对气室内的湿度进行闭环控制。
[0082] 其中:可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,为工 业控制应用而实施例制造的,早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Progra_able LogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。虽然如今的PLC早已 不仅仅能够实现逻辑控制的任务,但是人们出于习惯,仍称其为PLC,只不过中文名称里将 逻辑去出,称为可编程控制器。本实施例使用西门子公司生产的S7-300型PLC,它属于中型 PLC,采用模块化结构,应用范围十分广泛。
[0083] 湿敏元件是最简单的湿度传感器,湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类,本实施 例采用HM1500湿度传感器,其属于电容式,具体来说它是一种线性电压输出式集成湿度传 感器。
[0084] 除湿的方法十分丰富,最常用的方法是通风保持干燥。室内除湿更有效的办法是 选用不同种类的除湿机,除湿机因其工作原理的不同被分为冷冻式除湿机、轮转式除湿机 和电渗透式除湿机。大多数家用除湿机都是冷冻式除湿机,本实施例所选用的除湿方法属 于冷冻式除湿机范畴。
[0085] 加湿的方式十分丰富,传统加湿是将水洒在地上,利用水分自然蒸发以达到增加 空气湿度的目的。现代主要利用加湿器进行加湿。通过不同的使用范围,加湿器可分为工 业用、商用和家用三种。工业上普遍使用热蒸发型加湿器,商业上一般使用的是超声波加湿 器。家用加湿器很多都选择纯净型加湿器。本实施例采用超声波加湿器,加湿模块主要由 电源单元(同加湿单元)、超声波换能器、水池以及风机构成。
[0086] 本实施例使用STEP7软件对湿度控制的方法为:
[0087] 进行创建项目和硬件组态:首先,进入STEP7软件界面,然后点击菜单,创建新项 目,右键左侧菜单上的项目名,点击插入S7-300站点,之后双击打开插入的S7-300站点,双 击右侧窗口的硬件,在弹出的硬件窗口进行硬件组态;
[0088]组态:
[0089] 在右侧框找到机架,双击设置好机架后,再点击插槽2,在右侧框内找到对应型号 的CPU,双击即可插入插槽2。然后双击CPU,在弹出的窗口里设置对应的子网MPI,模拟量 输入模块应插在4号插槽,与插入CPU操作相同;
[0090] 将全部硬件插入对应插槽后,点击上方菜单栏的"保存并编译"的快捷键即完成硬 件组态,回到STEP7主界面进行下一步编程;
[0091] 硬件组态好后的主界面出现0B1组织块,在空白处添加所需要的其他组织块和逻 辑块,点击上方菜单栏的插入,在弹出的下拉菜单中点击S7模块,选择所需要添加的模块;
[0092] 各部分控制所需要使用的编程方法是:手自动切换、手动除湿的启停、手动加湿 的启停、手动运行输出,通过中间继电器模拟常开常闭触点的开合,以达到控制和自锁的目 的,当湿度低于20%RH和高于40%RH时报警,输出线圈置1,使蜂鸣器鸣笛,并中断主程 序,停止所有送入外部固态继电器的脉冲,即除湿机、超声波加湿器除湿或加湿;
[0093] 使用PID调节模块对湿度进行闭环调节,其为FB58 "TC0NT_CP",用于控制连续的 或者有脉冲信号的湿度处理过程;调用此模块会生成背景数据块DB58,双击点击主界面的 DB58背景数据块,点击查看参数,在弹出的界面观测数据;
[0094] FB58模块设置参数的方法如下:
[0095] (1)PV_IN为被控变量的设定值;
[0096] (2)SP_INT为被控变量的实际值,需要输入湿度测量值;
[0097] (3)QPULSE为输出脉冲,与外部固态继电器相连;
[0098] 内部变量设置方法为:
[0099] (7)除湿调用的模块GAIN设置为负数,GAIN设置为-4. 0,在加湿部分GAIN值为 正,GAIN初始值为2;
[0100] (8)PULSE_0N为脉冲发生器开启,当这个值由FALSE改为TURE时,激活脉冲发生 器;
[0101] (9)TI积分动作复位时间,初始值为4. 0S;
[0102] (10)TD微分动作复位时间,初始值为1. 0S;
[0103] (11)TUN_0N自调节打开,这里将初始值FALSE改为TURE;
[0104] (12)TUN_ST启动自调节,这里将初始值FALSE改为TURE。
[0105] 半导体气敏元件测试过程中:标准气样输出被分成二路或多路,各自由一个质量 流量控制器控制,并接入测试装置,载气和待测气体分别在质量流量控制器的控制下进
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