专利名称：一种气体传感器测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体传感器测试系统，更具体的是涉及基于恒流配气方式的气体传感器测试系统。
背景技术：
随着工业的发展，诸如S02、N0x』2S等工业废气被排放到大气中所带来的不可估量的环境污染问题，C0、H2A2S及CH4等常用燃料的生产、运输、使用过程中因泄露问题引发中毒、爆炸等危害人民生命和财产安全的一系列灾害性问题，这些关系民生的行为正受到越来越多人的关注。然而在对这些气体进行监控过程中多少都存在需借助大型仪器分析，或者采用昂贵而复杂的监测系统的现象。微结构半导体金属氧化物纳米薄膜Sn02、W03、ZnO, In2O3等气体传感器的出现，因具有精度高、反应快、体积小、功耗低、稳定性好等优点，有着很大的潜在市场。影响微结构金属氧化物半导体气体传感器气敏特性的因素很多，除了纳米薄膜材料制备工艺，气体传感器的微结构，包括传感器测量电极、加热电阻丝，传感器基底，电极和加热电阻丝在基底的分布情况等自身因素外，还受到多种环境因素的影响，如温度、湿度、 大气压强、气体的流速、混合的均勻程度以及多种混合气体相互之间的交叉影响等。近几年来，不同种类、不同复杂程度的气体传感器测试系统相继出现，不管采用哪种配气方式，它们都有个共同特点，都是需要反复切换反应气体通断。在切换过程中，管路总气流量会产生波动，这种波动会对气敏性测量装置压力和温度造成一定程度的扰动，进而影响气体传感器测试效果。虽然提高混合气体中载气配气比例可以减轻这种影响，但仍不利于气敏性测量装置内稳定层流的形成，也不利于商业应用中的成本控制。恒流配气是从根本上解决上述问题的关键，稳定的气流可消除气敏性测量装置压力的波动，而且由于稳定的气流不会在气流切换的瞬间改变材料加热载体的散热边界条件，从而也可以从根本上消除反应温度在切换过程中的波动，这最大程度的避免气体被传感器本身所消耗。因此，设计出一种能真实模拟现实环境的基于恒流配气方式的微结构气体传感器性能测试系统，对微结构气体传感器的性能测试具有很大的商业应用价值。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种气体传感器测试系统。为了解决上述技术问题，本发明公开了一种气体传感器测试系统，包括配气单元、 气敏性测量装置以及测试单元；气敏性测量装置，用于为微结构气体传感器性能测试提供测试场所，该气敏性测量装置具有防漏、防爆，安全、可靠。所述配气单元包括一个空气供给单元、一个以上的待测气体供给单元、将空气与待测气体混勻的气体混合室，所述气体混合室连通气敏性测量装置，用于将配比后的气体通过管道输入气敏性测量装置。
所述测试单元包括数据采集器，连接数据采集器的温控仪、尾气分析装置以及计算机；所述数据采集器分别电连接空气供给单元和气敏性测量装置；尾气分析装置通过管道连通所述气敏性测量装置。本发明中，所述空气供给单元包括空气贮藏器，空气贮藏器分别通过管道并连两个质量流量控制器，其中一个质量流量控制器连通加湿装置，加湿装置连通所述气体混合室，另一个质量流量控制器直接连通气体混合室。本发明中，所述加湿装置包括加热瓶、冷凝管、半导体制冷片以及热电偶；加热瓶分别连通所述质量流量控制器和冷凝管，冷凝管连通所述气体混合室；所述半导体制冷片用于给冷凝管降温，热电偶用于给冷凝管测温，所述数据采集器分别连接所述加热瓶、半导体制冷片以及热电偶。本发明中，所述待测气体供给单元包括待测气体贮藏器，减压阀、电磁阀以及一个质量流量控制器，待测气体贮藏器依次通过减压阀、电磁阀以及质量流量控制器管道连通所述气体混合室。本发明中，所述尾气分析装置包括湿度计和气体分析仪。用于实时监测所配气体的湿度和浓度变化情况。本发明中，所述气体混合室内装有孔径小于Imm的多孔网。所述多通道数据采集器通过USB接口与计算机相连，数据所述温控仪通过RS232 串口接口与计算机的串口相连。发明中的气敏性测量装置，可以参考本申请人的实用新型专利“气敏材料的气敏性测量装置”，专利号ZL200920256712. 4 ；以及发明专利“气敏材料的气敏性测量装置”，专利申请号201010018000. 6，本专利所述的气敏性测量装置可以采用上述两篇专利中的敏材料的气敏性测量装置结构。有益效果本发明优点如下1、本发明实现了在不同温度、湿度、不同气氛和浓度梯度环境条件下对气体传感器性能进行测试分析，满足了对气体传感器性能测试的需要。2、本发明能够分别对传感器气敏材料性能进行初步测试以及完整气体传感器原型进行综合测试。3、本发明具有恒流配气的功能，能够有效地避免在切换过程中，管路总气流量产生波动，避免这种波动对气敏性测量装置压力和温度造成一定程度的扰动，进而影响气体传感器测试效果。4、本发明在测量单元抽真空状态下，超过10个小时气压不变，密封性能好，整个装置外部温度低于手可触摸温度，起到很好的防漏、防爆效果；所有连接件除下端盖与筒体连接是焊接外，其他全部是通过螺纹副连接，便于调节、拆装。5、本发明气体传感器性能测试，以及恒流配气方式，温控方式，尾气分析部分都与计算机相连，能够实现数据的自动化采集和处理，效率高、数据准确。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 /或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本发明实施例系统原理图。
图加和图2b为本发明实施例测试的两种不同传感器原型结构示意图。图3为本发明实施例气敏性测量装置上端盖结构示意图。图4为本发明实施例完整传感器原型放置支撑台结构示意图。图5为本发明实施例气敏性测量装置中筒及下端盖结构示意图。图6为本发明实施例辅助加热台结构示意图。图7为本发明实施例气敏性测量装置结构及聚四氟乙烯结构块轴测图。图8为本发明实施例电极探针机构结构示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种气体传感器测试系统，包括配气单元、气敏性测量装置以及测试单元；所述配气单元包括一个空气供给单元、一个以上的待测气体供给单元、将空气与待测气体混勻的气体混合室，所述气体混合室连通气敏性测量装置，用于将配比后的气体通过管道输入气敏性测量装置；所述测试单元包括数据采集器，连接数据采集器的温控仪、尾气分析装置以及计算机；所述数据采集器分别电连接空气供给单元和气敏性测量装置；尾气分析装置通过管道连通所述气敏性测量装置。所述空气供给单元包括空气贮藏器，空气贮藏器分别通过管道并连两个质量流量控制器，其中一个质量流量控制器连通加湿装置，加湿装置连通所述气体混合室，另一个质量流量控制器直接连通气体混合室。所述加湿装置包括加热瓶、冷凝管、半导体制冷片以及热电偶；加热瓶分别连通所述质量流量控制器和冷凝管，冷凝管连通所述气体混合室；所述半导体制冷片用于给冷凝管降温，热电偶用于给冷凝管测温，所述数据采集器分别连接所述加热瓶、半导体制冷片以及热电偶。所述待测气体供给单元包括待测气体贮藏器，减压阀、电磁阀以及一个质量流量控制器，待测气体贮藏器依次通过减压阀、电磁阀以及质量流量控制器管道连通所述气体混合室。所述尾气分析装置包括湿度计和气体分析仪。所述气体混合室内装有孔径小于 Imm的多孔网。实施例如图1所示，本实施例公开了一种气体传感器测试系统，包括配气单元、气敏性测量装置以及测试单元；所述配气单元包括一个空气供给单元la、三个待测气体供给单元、 将空气与三个待测气体混勻的气体混合室5，所述气体混合室连通气敏性测量装置11，用于将配比后的气体通过管道输入气敏性测量装置。气体混合室5出口分出两路，一路直接通过阀12连通大气，另一路连通气敏性测量装置11，连通气敏性测量装置11的管路上接有压力表10。三个待测气体供给单元分别为氢气供给单元、甲烷供给单元以及一氧化碳供给单元。所述气体混合室内5装有孔径小于Imm的多孔网6。所述尾气分析装置16包括湿度计和气体分析仪。所述测试单元包括数据采集器14，连接数据采集器的温控仪13、尾气分析装置16 以及计算机15。尾气分析装置16通过管道连通所述气敏性测量装置11。所述空气供给单元的空气贮藏器Ia依次连通减压阀加和电磁阀3a，并连两个质量流量控制器如、4b，其中质量流量控制器如连通加湿装置7，加湿装置7连通所述气体混合室5，另一个质量流量控制器4b直接连通气体混合室5。所述质量流量控制器^、4b为控制载气高纯空气和载有水蒸气的载气的量程0 5SLM的质量流量控制器。所述加湿装置7包括加热瓶8、冷凝管9、半导体制冷片17以及热电偶18 ；加热瓶 8分别连通所述质量流量控制器如和冷凝管9，冷凝管9连通所述气体混合室5。所述半导体制冷片17用于给冷凝管降温，热电偶18用于给冷凝管测温，所述数据采集器14分别连接所述加热瓶、半导体制冷片以及热电偶。其中可加热瓶的温度大于冷凝管温度，冷凝管是用于使湿度能达到100% R. H，气体通过可加热瓶的时间太短，还来不及达到热力学平衡， 所以后接冷凝管。压力表10置于气敏性测量装置入口端，用于监测进入气敏性测量装置气体的压力。氢气供给单元、甲烷供给单元以及一氧化碳供给单元分别包括待测气体贮藏器 lb、lc、ld，减压阀2b、2c、2d、电磁阀3b、3c、3d以及质量流量控制器如、4d3e，质量流量控制器如、4(1、如分别通过管道连通所述气体混合室。质量流量控制器如、4(1、如为控制目标气体H2、CH4, CO等的量程为0 2SCCM的质量流量控制器。所述管气路采用双卡套式管接头连接，用于连接气瓶、质量流量控制器、加湿装置、气体混合室、气敏性测量装置等不锈钢气路。 恒流配气单元实现方式如下混合气体的浓度C。。mp_nt是根据气体体积比来定义的，即V.^component! jr(1)
^ total式中仏^胃-是混合气体浓度是单一组分气体体积；Vtotal是混合气体体积。混合气体中的湿度用相对湿度形式来表示，即RH^ = Cl1Al2xIOO %，式中RH(%)是相对湿度； Cl1指单位体积空气内实际所含的水气密度；d2指同温度下饱和水气密度。根据道尔顿分压定律，在任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均勻地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同，即Ptotal = Pw+ Σ Pi (2)式中，Pt。tal表示混合气体总体压强；PW表示混合气体中水蒸气产生的分压A表示单一组分气体产生的分压。结合阿马伽定律，在确定的温度、压力条件下，混合气体的体积等于所含各种气体的分体积之和，即Vtotal = Vw+ Σ Vi (3)式中，Vtotal表示混合气体总体积，Vw表示混合气体中水蒸气体积，Vi表示单一组分气体体积。该定律对理想气体混合气严格成立，对实际气体混合气仅在压力较低时体现出准确性。由道尔顿分压定律和阿马伽定律可知，在忽略分子间相互作用和相同温度、较低压强下，满足
ρ V.=(4)
ri vi为了使带有一定相对湿度的混合气体仍然能满足气体流量恒定的要求，需要对控制高纯空气流量的MFCs的流量值进行精确计算。计算过程如下
权利要求
1.一种气体传感器测试系统，其特征在于，包括配气单元、气敏性测量装置以及测试单元；所述配气单元包括一个空气供给单元、一个以上的待测气体供给单元、将空气与待测气体混勻的气体混合室，所述气体混合室连通气敏性测量装置，用于将配比后的气体通过管道输入气敏性测量装置；所述测试单元包括数据采集器，连接数据采集器的温控仪、尾气分析装置以及计算机；所述数据采集器分别电连接空气供给单元和气敏性测量装置；尾气分析装置通过管道连通所述气敏性测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于，所述空气供给单元包括空气贮藏器，空气贮藏器分别通过管道并连两个质量流量控制器，其中一个质量流量控制器连通加湿装置，加湿装置连通所述气体混合室，另一个质量流量控制器直接连通气体混合室。
3.根据权利要求2所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于，所述加湿装置包括加热瓶、冷凝管、半导体制冷片以及热电偶；加热瓶分别连通所述质量流量控制器和冷凝管，冷凝管连通所述气体混合室；所述半导体制冷片用于给冷凝管降温，热电偶用于给冷凝管测温，所述数据采集器分别连接所述加热瓶、半导体制冷片以及热电偶。
4.根据权利要求1所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于，所述待测气体供给单元包括待测气体贮藏器，减压阀、电磁阀以及一个质量流量控制器，待测气体贮藏器依次通过减压阀、电磁阀以及质量流量控制器管道连通所述气体混合室。
5.根据权利要求1或2所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于，所述尾气分析装置包括湿度计和气体分析仪。
6.根据权利要求1或2所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于，所述气体混合室内装有孔径小于Imm的多孔网。
全文摘要
本发明公开了一种气体传感器测试系统，包括配气单元、气敏性测量装置以及测试单元；所述配气单元包括一个空气供给单元、一个以上的待测气体供给单元、将空气与待测气体混匀的气体混合室，所述气体混合室连通气敏性测量装置，用于将配比后的气体通过管道输入气敏性测量装置。所述测试单元包括数据采集器，连接数据采集器的温控仪、尾气分析装置以及计算机；所述数据采集器分别电连接空气供给单元和气敏性测量装置；尾气分析装置通过管道连通所述气敏性测量装置。
文档编号G01N27/14GK102495110SQ20111036686
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者张子立, 朱斌, 杨柳, 殷晨波, 董宁宁, 陶春旻 申请人:南京工业大学