一种可控湿度的静态气敏测试装置及方法
【专利摘要】一种可控湿度的静态气敏测试装置及方法，涉及一种气敏测试装置及测量方法。解决现有气敏测试装置及方法的湿度可控性差、难于搭建、稳定性差的问题。本发明装置中湿度控制系统的进气口用于通入载气，湿度控制系统的出气口与气室的1号进气口通过1号气体阀门连通，气室内设有气敏元件、风扇、温度计和湿度计；风扇用于使气室的待测气体混合，气敏元件的信号输出端与数据采集器的数据信号输入端连接，数据采集器的数据信号输出端与计算机的数据信号输入端连接，1号恒温装置用于控制气室的温度，气室设有2号进气口，气室的2号进气口用于通入待测气体。主要用于对无机气体气敏性进行测试。
【专利说明】一种可控湿度的静态气敏测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气敏测试装置及测量方法。
【背景技术】
[0002] 目前，随着对材料气敏性质研究的不断深入，人们对于气敏测试装置的要求变的 越来越高，气敏测试装置种类繁多，具体可分为两类：动态气敏测试装置和静态气敏测试装 置。
[0003] 动态气敏测试装置一般是通过质量流量控制器（MFC)分别调节被测气体与载气 的流率，将两者混合后得到所需浓度的测试气体，然后令该气体不断通过含有气敏元件的 容器，使用数据采集器进行数据采集并通过电脑完成数据记录和处理，最终完成气体敏感 性测试（Zuquan Wu 等，Sensors and Actuators B, 178 (2013) 485 - 493 ;Seongcheol Mun 等，Sensors and Actuators B, 171 - 172 (2012) 1186 - 1191 ;Jian Wang 等，J. Mater. Chem.，22(2012)8327 - 8335)。
[0004] 静态气敏测试装置一般是将已知浓度的特定气体，通过注射器注入到密封的含有 气敏元件的容器，使用数据采集器进行数据采集并通过电脑完成数据记录和处理，最终完 成气体敏感性测试（Ganesh Kumar Mani 等，Sensors and Actuators B, 183 (2013) 459 -466 ;Mingda Li 等，Electrochimica Acta, 108 (2013) 167 - 174 ;S.G.Pawar 等，Journal of Applied Polymer Science, Vol. , 125(2012) 1418 - 1424)〇
[0005] 动态气敏测试装置由于要使气敏元件处在一个特定浓度的待测气体的环境下，因 此需要使气体不断通过含有气敏元件的容器，而无论是待测气体还是载气，都由钢瓶提供， 这就造成了大量的气体浪费，并且如果对有毒有害的待测气体处理不当还会造成环境污 染。因此，相较于动态气敏测试装置，静态气敏测试装置能较好的避免这些问题。
[0006] 影响气敏测试效果的因素，除最主要的气敏元件本身外，许多外界条件因素也不 容忽视，最主要的两种因素是测试温度和湿度。温度之所以重要是因为一些常见的无机气 敏材料对测试温度的要求较高，如果不能处在合适的测试温度，将不会对测试气体产生任 何响应（Kannan Padmanathan Karthick 等，J. Mater. Chem. A, 2 (2014) 394-401 ;Hui Huang 等，Adv. Funct. Mater.，21 (2011) 2680 - 2686)。相较于温度，湿度变化的影响更是不容忽 视，如果不能够准确测定湿度和控制湿度，将会对测试结果造成巨大影响（Thibaut Sizun 等，J. Mater. Chem.，22 (2012) 25246 - 25253)。然而目前无论动态还是静态气敏测试装置能 够完成湿度控制的很少，并且即便能够完成，方法也都不够理想或不够简便，不易于搭建。 例如（Maigorzata Dziubaniuk 等，Sensors and Actuators B, 188(2013)957 - 964)米 用动态水鼓泡法控制湿度，方法虽然简便，但稳定性差，较难达到实验所需的特定的测试湿 度；再如（Thibaut Sizun等，Talanta，97 (2012) 318 - 324)采用加湿器与温度传感器相结 合的方法来控制湿度，方法较为复杂。
[0007] 因此、寻求一种湿度可控、方法简便、易于搭建、成本低且稳定性好的静态气敏测 试装置是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明是为了解决现有气敏测试装置及方法的湿度可控性差、难于搭建、稳定性 差的问题，本发明提供了一种可控湿度的静态气敏测试装置及方法。
[0009] 一种可控湿度的静态气敏测试装置，它包括气体测试系统、湿度控制系统和数据 米集系统，
[0010] 所述的气体测试系统包括气室、气敏元件、风扇、温度计、湿度计和1号恒温装置；
[0011] 数据采集系统包括数据采集器和计算机；
[0012] 所述的湿度控制系统的进气口用于通入载气，湿度控制系统的出气口与气室的1 号进气口通过1号气体阀门连通，气室内设有气敏元件、风扇、温度计和湿度计；风扇用于 使气室的待测气体混合，
[0013] 气敏元件的信号输出端与数据采集器的数据信号输入端连接，数据采集器的数据 信号输出端与计算机的数据信号输入端连接，
[0014] 1号恒温装置用于控制气室的温度，
[0015] 气室设有2号进气口，气室的2号进气口用于通入待测气体。
[0016] 所述的湿度控制系统包括湿度控制瓶、2号恒温装置、
[0017] 2号恒温装置用于控制湿度控制瓶的温度，湿度控制瓶内插有进气导管和出气导 管，
[0018] 进气导管的进气孔作为湿度控制系统的进气口，
[0019] 出气导管的出气孔作为湿度控制系统的出气口。
[0020] 采用一种可控湿度的静态气敏测试装置实现的测量方法，包括如下步骤：
[0021] 首先，在湿度控制瓶内装有饱和盐水溶液，并使该饱和盐水溶液淹没进气导管的 出气口，且出气导管的末端位于饱和盐水溶液的液面上部；
[0022] 使湿度控制系统、气敏元件、风扇、温度计、湿度计和1号恒温装置处于工作状态， 设置1号恒温装置和2号恒温装置的温度，
[0023] 其次，使载气通入气室，待气室内温度及湿度恒定时，停止通入载气，同时通过气 室的2号进气口通入待测气体，
[0024] 通过计算机采集并记录数据采集器发送的数据；
[0025] 当待测气体响应结束记录相应的结束时间，再向气室内通入空气，直至除净待测 气体，
[0026] 计算机采集数据结束，对所采集的所有数据进行处理，对结束时间之前采集的所 有数据进行处理，获得待测气体的响应曲线，对结束时间之后采集的数据进行处理，获得待 测气体的恢复曲线。
[0027] 本发明带来的有益效果是：
[0028] 本发明所述的可控湿度的静态气敏测试装置可完成多种常见的特定浓度无机气 体气敏性测试如NH 3、N02、NO、H2S、Cl2、C02、CO、H 2、CH4 ;也可完成多有常见的特定浓度有机 蒸汽气敏性测试如甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、苯、甲苯、乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、乙酸乙 酯、四氢呋喃、卩比陡、冰乙酸。
[0029] 工作时，通过调节测试系统恒温装置的温度，即可使测试系统内温度达到实验所 需的测试温度；令载气通过湿度控制系统，再通过气体测试系统，便可使该气体测试系统内 湿度达到实验所需的测试湿度，然后向系统内注入想要测量的气体，即可完成气体响应测 试，之后再次令载气不断通过湿度控制系统，再通过气体测试系统，直至除净气体测试系统 内的待测气体，即可完成气体恢复测试。
[0030] 本发明对比现有技术，可以完成气敏测试过程中的湿度控制，采用饱和盐水溶液 控制湿度的方法十分简便且稳定性好，只需选择合适的饱和盐溶液再调节到合适的温度， 即可得到想要达到的湿度条件，装置简易，材料廉价易得，成本低且测试效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置的原理示意图；
[0032] 图2为【具体实施方式】四所述的湿度控制系统的原理示意图；其中，附图标记14-2 表示饱和盐水溶液；
[0033] 图3是采用本发明装置测量碳纳米管材料分别对50ppm、lOOppm和200ppm浓度的 NH3的响应恢复曲线；
[0034] 图4是采用本发明装置测量碳纳米管材料对50ppm浓度的NH3的响应恢复曲线。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0035] 一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种可控湿度的 静态气敏测试装置，它包括气体测试系统、湿度控制系统14和数据采集系统，
[0036] 所述的气体测试系统包括气室4、气敏元件5、风扇6、温度计7、湿度计8和1号恒 温装置9 ;
[0037] 数据采集系统包括数据采集器10和计算机13 ;
[0038] 所述的湿度控制系统14的进气口用于通入载气17,湿度控制系统14的出气口与 气室4的1号进气口通过1号气体阀门3连通，气室4内设有气敏元件5、风扇6、温度计7 和湿度计8 ;风扇6用于使气室4的待测气体混合，
[0039] 气敏元件5的信号输出端与数据采集器10的数据信号输入端连接，数据采集器10 的数据信号输出端与计算机13的数据信号输入端连接，
[0040] 1号恒温装置9用于控制气室4的温度，
[0041] 气室4设有2号进气口，气室4的2号进气口用于通入待测气体16。
[0042] 本实施方式中：所述的载气17可以为氮气、空气或氩气。所述的一种可控湿度的 静态气敏测试装置工作时，通过调节气体测试系统的1号恒温装置9的温度，即可使气体测 试系统内温度达到实验所需的测试温度；令载气17通过湿度控制系统14,再通过气体测试 系统，便可使该气体测试系统内湿度达到实验所需的测试湿度，然后向气室4内注入想要 测量的气体，即可完成气体响应测试，之后再次令载气17不断通过湿度控制系统，再通过 气体测试系统，直至除净气体测试系统内的待测气体，即可完成气体恢复测试。
【具体实施方式】 [0043] 二：本实施方式与一所述的一种可控湿度的静态气敏 测试装置的区别在于，它还包括真空泵1，真空泵1通过2号气体阀门2与气室4连通。
【具体实施方式】 [0044] 三：本实施方式与一或二所述的一种可控湿度的静态 气敏测试装置的区别在于，它还包括流量计15,所述的流量计15用于测量载气17的流量。
[0045] 本实施方式，流量计15和真空泵1构成了气体流量系统，用于对载气17的流量及 流速进行调节。
【具体实施方式】 [0046] 四：参见图2说明本实施方式，本实施方式与一所述 的一种可控湿度的静态气敏测试装置的区别在于，所述的湿度控制系统14包括湿度控制 瓶14-1、2号恒温装置14-3、
[0047] 2号恒温装置14-3用于控制湿度控制瓶14-1的温度，湿度控制瓶14-1内插有进 气导管14-4和出气导管14-5，
[0048] 进气导管14-4的进气孔作为湿度控制系统14的进气口，
[0049] 出气导管14-5的出气孔作为湿度控制系统14的出气口。
[0050] 本实施方式，采用本发明所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置进行测试时， 湿度控制瓶14-1内承装饱和盐溶液。
[0051] 本实施方式中，提供了 29个实施例获得的数据，具体如下：
[0052] 实施例1 :当湿度控制系统中，湿度控制瓶14-1内承装的饱和盐溶液为氟化铯时， 通过调节2号恒温装置14-3的温度能够得到的相对湿度如下表所示：
[0053]
【权利要求】
1. 一种可控湿度的静态气敏测试装置，其特征在于，它包括气体测试系统、湿度控制系 统（14)和数据采集系统， 所述的气体测试系统包括气室（4)、气敏元件（5)、风扇（6)、温度计（7)、湿度计（8)和 1号恒温装置（9); 数据采集系统包括数据采集器（10)和计算机（13); 所述的湿度控制系统（14)的进气口用于通入载气（17)，湿度控制系统（14)的出气口 与气室（4)的1号进气口通过1号气体阀门（3)连通，气室（4)内设有气敏元件（5)、风扇 (6)、温度计（7)和湿度计（8);风扇（6)用于使气室（4)的待测气体混合， 气敏元件（5)的信号输出端与数据采集器（10)的数据信号输入端连接，数据采集器 (10)的数据信号输出端与计算机（13)的数据信号输入端连接， 1号恒温装置（9)用于控制气室（4)的温度， 气室（4)设有2号进气口，气室（4)的2号进气口用于通入待测气体（16)。
2. 根据权利要求1所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置，其特征在于，它还包括 真空泵（1)，真空泵⑴通过2号气体阀门⑵与气室（4)连通。
3. 根据权利要求1或2所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置，其特征在于，它还包 括流量计（15)，所述的流量计（15)用于测量载气（17)的流量。
4. 根据权利要求1所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置，其特征在于，所述的湿 度控制系统（14)包括湿度控制瓶（14-1)、2号恒温装置（14-3)、 2号恒温装置（14-3)用于控制湿度控制瓶（14-1)的温度，湿度控制瓶（14-1)内插有 进气导管（14-4)和出气导管（14-5)， 进气导管（14-4)的进气孔作为湿度控制系统（14)的进气口， 出气导管（14-5)的出气孔作为湿度控制系统（14)的出气口。
5. 根据权利要求4所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置，其特征在于，所述的进 气导管（14-4)的出气口为多孔陶瓷端口。
6. 采用权利要求1所述的一种可控湿度的静态气敏测试装置实现的测量方法，其特征 在于，包括如下步骤： 首先，在湿度控制瓶（14-1)内装有饱和盐水溶液，并使该饱和盐水溶液淹没进气导管 (14-4)的出气口，且14-5的末端位于饱和盐水溶液的液面上部； 使湿度控制系统（14)、气敏元件（5)、风扇（6)、温度计（7)、湿度计（8)和1号恒温装 置（9)处于工作状态，设置1号恒温装置（9)和2号恒温装置（14-3)的温度， 其次，使载气（17)通入气室（4)，待气室（4)内温度及湿度恒定时，停止通入载气 (17)，同时通过气室（4)的2号进气口通入待测气体（16)， 通过计算机（13)采集并记录数据采集器（10)发送的数据； 当待测气体（16)响应结束记录相应的结束时间，再向气室（4)内通入空气，直至除净 待测气体（16)， 计算机（13)采集数据结束，对所采集的所有数据进行处理，对结束时间之前采集的所 有数据进行处理，获得待测气体（16)的响应曲线，对结束时间之后采集的数据进行处理， 获得待测气体（16)的恢复曲线。
7. 根据权利要求6所述的采用一种可控湿度的静态气敏测试装置实现的测量方法， 其特征在于，所述的1号恒温装置（9)和2号恒温装置（14-3)的温度设置范围为25°至 90。。
【文档编号】G05D22/02GK104155416SQ201410414641
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】陈志敏, 吴昊, 梁秀华, 郭良宵, 王彬, 贺春英, 吴谊群 申请人:黑龙江大学