一种热电-压阻型传感器性能测试装置和测试方法

本发明属于传感器性能测试，涉及一种热电-压阻型传感器性能测试装置和测试方法。

背景技术：

1、目前传感器的发展朝着集成化，多功能化，柔性化发展。热电材料作为一种能直接将温差转换为电能的材料，不需要外部电源供电，因此非常适合用作温度传感器，而压阻材料由于在受到外力作用时电阻会发生变化，因此，其非常适合用作压力传感材料。到目前为止，结合压阻效应和热电效应而制成的集成式温度压力双参数传感器较少，也没有其对应的性能测试装置，因此急需一种能同时测量温度传感性能和压力传感性能的装置来满足热电-压阻型传感器的性能表征。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种热电-压阻型传感器性能测试装置和测试方法，可以测试热电-压阻型温度压力双参数传感器温度传感灵敏度，压力传感灵敏度，温度传感响应时间，压力传感响应时间。

2、本发明提供一种热电-压阻型传感器性能测试装置，包括：温控系统、高精度机械位移系统、六轴位移台、压力传感器、压力表、多通道万用表以及上位机；

3、所述温控系统包括：铜块、加热棒、第一温控仪、热敏电阻、制冷片、第二温控仪、水冷台和水冷机；所述六轴位移台位于底部，压力传感器固定在六轴位移台上并与压力表连接；水冷台固定在压力传感器上并通过管道连接水冷机；制冷片通过导热硅脂紧贴在水冷台上并与第二温控仪连接，热敏电阻设置在制冷片表面并与第二温控仪连接；待测传感器紧贴于制冷片上并与多通道万用表连接；铜块设置于待测传感器上方，铜块内部嵌有一根集成测温热电偶的加热棒，所述加热棒和测温热电偶都与第一温控仪连接；所述铜块通过铜块固定杆与高精度机械位移系统连接，并在高精度机械位移系统带动下沿垂直待测传感器方向上下移动；所述上位机分别与第一温控仪、第二温控仪、多通道万用表、压力表以及高精度机械位移系统连接。

4、进一步的，高精度机械位移系统包括：z轴固定座、滑台和依次连接的步进电机、电机驱动板和运动控制卡；所述z轴固定座上设有滑轨，所述滑台设置在滑轨上，所述滑台在步进电机的驱动下沿滑轨上下运动，所述铜块固定杆与滑台固定连接。

5、进一步的，待测传感器包括温度传感测试单元和压力传感测试单元；所述温度传感测试单元连接至多通道万用表的电压通道，所述压力传感测试单元连接至多通道万用表的电阻通道。

6、进一步的，所述上位机包含：位移系统控制模块、控温模块、数据显示模块和数据保存模块；

7、所述位移系统控制模块与运动控制卡连接，通过步进电机控制滑台以最小步进1微米，最大范围100毫米的上下运动；

8、所述控温模块分别与第一温控仪和第二温控仪连接，用于控制和调整制冷片和铜块的温度，所述制冷片温度可调节范围为-20℃至200℃，铜块温度可调节范围为室温至250℃；

9、所述数据保存模块用于存储实时采集的压力值、铜块温度、制冷片温度、待测传感器的输出电压和输出电阻；

10、所述数据显示模块用于显示多组二维曲线图，第一组为时间-温度曲线，包括时间-铜块温度曲线、时间-制冷片温度曲线；第二组为温度传感测试图，包括铜块和制冷片的温差-输出电压曲线、时间-输出电压曲线；第三组为压力传感测试曲线，包括压强-输出电阻曲线、时间-输出电阻曲线。

11、进一步的，所述铜块固定杆下方通过螺纹连接至铜块；能根据待测传感器的尺寸大小选择不同体积的铜块。

12、本发明还提供一种利用上述测试装置测量热电-压阻型传感器的温度灵敏度的方法，包括以下步骤：

13、(1)开始步骤，调节水冷机设定温度，装配体积合适的铜块，将待测传感器紧贴到制冷片上，调节六轴位移台，使待测传感器与铜块水平方向对齐，将热敏电阻放置在靠近待测传感器的制冷片表面，调节滑台使铜块紧靠待测传感器上表面，并且压力表显示数值为0；

14、(2)设定参数步骤，给制冷片设定一个固定温度，并设定一组铜块温度；

15、(3)测试步骤，待水冷机温度稳定后，上位机控制第二温控仪和第一温控仪分别控制制冷片温度和铜块温度，多通道万用表记录待测传感器的输出电压，待铜块温度稳定后，绘制温差-输出电压曲线的第一个数据点；上位机通过第一温控仪将铜块温度调整为第二个设定温度点，待温度稳定后，绘制温差-输出电压曲线的第二个数据点，重复以上过程，直至绘制完最后一个点，上位机线性拟合温差-电压图，计算出直线斜率，即待测传感器的温度灵敏系数；

16、(4)结束步骤，控制滑台上升使铜块离开待测传感器，关闭所有仪器，保存数据，取出待测传感器。

17、本发明还提供一种利用上述测试装置测量热电-压阻型传感器的温度响应时间的方法，包括以下步骤：

18、(1)开始步骤，调节水冷机设定温度，装配体积合适的铜块，将待测传感器紧贴到制冷片上，调节六轴位移台，使待测传感器与铜块水平方向对齐，将热敏电阻放置在靠近待测传感器的制冷片表面，调节滑台，使铜块紧靠待测传感器上表面，并且压力表显示数值为0，再将滑台向上移动距离l1，使铜块离开待测传感器上表面；

19、(2)设定参数步骤，给制冷片设定一个固定温度，并设定一组铜块温度；设定铜块与待测传感器的接触时间t1；

20、(3)测试步骤，待水冷机温度稳定后，上位机控制第二温控仪和第一温控仪分别控制制冷片温度和铜块温度，同时多通道万用表记录待测传感器的输出电压，开始绘制当前温差环境下的时间-输出电压曲线，待铜块温度稳定后，滑台向下移动l1，使铜块接触待测传感器t1秒，而后滑台向上移动l1；上位机通过第一温控仪将铜块温度调整为第二个设定温度点，重复以上过程，直至铜块的设定温度全部测试完毕；

21、(4)结束步骤，关闭所有仪器，保存数据，根据时间-输出电压曲线分析数据得到温度响应时间，取出待测传感器。

22、本发明还提供一种利用上述测试装置测量热电-压阻型传感器的压力灵敏度的方法，包括以下步骤：

23、(1)开始步骤，装配体积合适的铜块，将待测传感器紧贴到冷片上，调节六轴位移台，使待测传感器与铜块水平方向对齐，调节滑台使铜块紧靠待测传感器上表面，并且压力表显示数值为0；

24、(2)设定参数步骤，设定滑台移动距离l2及移动次数；

25、(3)测试步骤，通过多通道万用表记录待测传感器的输出电阻，通过压力表记录测试压力，控制滑台向下移动l2，等待t2秒，绘制压强-输出电阻曲线第一个数据点；滑台继续向下移动l2，等待t2秒，绘制压强-输出电阻曲线第二个数据点，重复以上过程，直至绘制完最后一个点；

26、(4)结束步骤，关闭所有仪器，保存数据，根据压强-输出电阻曲线分析数据得到压力灵敏度，取出待测传感器。

27、本发明还提供一种利用上述测试装置测量热电-压阻型传感器的压力响应时间的方法，包括以下步骤：

28、(1)开始步骤，装配体积合适的铜块，将待测传感器紧贴制冷片上，调节六轴位移台，使待测传感器与铜块水平方向对齐，调节滑台，使铜块紧靠待测传感器上表面，并且压力表显示数值为0；

29、(2)设定参数步骤，设定滑台每次移动距离，设定铜块与待测传感器的接触时间；

30、(3)测试步骤，通过多通道万用表记录待测传感器电阻，滑台向下移动d1，使铜块接触待测传感器t3秒，而后滑台向上移动d1，绘制当前压强下的时间-输出电阻曲线；等待t4秒后，滑台向下移动d2，使铜块接触待测传感器t3秒，而后滑台向上移动d2，等待t4秒，重复以上过程，直至设定移动距离全部测试完毕；

31、(4)结束步骤，关闭所有仪器，保存数据，根据时间-输出电阻曲线分析得到压力响应时间，取出待测传感器。

32、本发明设计思路如下：

33、首先，测试热电型温度传感器温度传感性能时，需要维持传感器两端的温度保持恒定，特别是对于微型传感器来说，控温难度更大，因此，本发明采用激光器中常用的制冷片配合水冷台进行控温以达到高精度的温控标准。其次，本发明将高精度的压力传感器集成到位移台上，可以实现测温的同时测量压力。最后，本发明采用上位机，可以实现数据的自动保存，方便测试者进行数据分析。

34、正是基于以上三点主要的设计指导思想，本发明成功的实现了测试热电-压阻型传感器温度传感灵敏度，压力传感灵敏度，温度传感响应时间，压力传感响应时间。

35、本发明的优点及有益效果如下：

36、1、本发明所使用的装置和方法可以适用于各种尺寸热电-压阻型温度压力传感器，也可以分别测量温度传感器和压力传感器。

37、2、本发明所使用的装置稍加拓展还可以用于测试常温热电器件的发电性能，可拓展性较强。

38、3、本发明所使用的装置和方法自动化程度较高，可以节省人力。