The invention belongs to the technical field of gas detection, in particular to a semiconductor gas sensor dynamic detection system. The detection system of the invention comprises an instrument, a hardware and a computer, wherein the hardware comprises a gas chamber, a control circuit, a data acquisition card, a monitoring and operating panel. The gas chamber containing sensor sample slot and liquid evaporation plate to be measured, control circuit and data acquisition equipment testing, heating voltage, current, real-time acquisition of sensor samples by calculating the resistance value and load resistance, suitable resistance, so as to improve the accuracy of measurement; monitoring and control panel to achieve real-time display and adjust the temperature, sample test voltage sensor. The computer displays the resistance current and its changes in real time, switches the load resistance manually or automatically, calculates the sensitivity of the sensor, and saves and calls the test data. The invention realizes the dynamic response test of gas sensors to various concentration gases and liquid vapors, and greatly improves the testing accuracy and accuracy compared with other similar test systems.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体检测
,具体涉及一种半导体气体传感器动态检测系统。
技术介绍
半导体气体传感器可以检测环境中低浓度的有害气体,目前已广泛应用于工业生产过程监测、大气污染检测、食品安全检测、公共医疗检测等多种领域,具有十分重要的应用价值。半导体气体传感器的核心在于其半导体敏感材料,常见的有氧化锡、氧化锌、氧化钨、氧化铟等等,不同的半导体敏感材料对于目标气体响应性能各不相同,材料的化学组成、微观形貌、厚度等参数会造成传感器件在响应值、响应速度、工作温度、稳定性、选择性上产生极大差异。因此,检测众多类型的半导体敏感材料的性能、并从其中挑选出针对不同应用目标的最优材料成为传感器开发过程中必不可少的一项环节。现有的半导体材料检测系统主要基于串联分压电路进行测试,通过串联待测材料和与其阻值相近的已知负载电阻,测量两者的分压比例,从而计算得到待测材料的本征阻值(Ra);当半导体敏感材料接触到目标气体时,其电阻会发生改变(Rg),这种电阻的变化量即反映了材料的灵敏度。然而这种检测系统存在极大的系统误差和人为误差:在一次连贯测试过程中,由于待测气体的通入和移除,半导体材料的电阻会发生数百甚至数千倍的改变,从而使得其阻值与定值负载电阻产生巨大差异,从而偏离了串联分压计算方法的理想电阻比例范围,进而产生巨大误差。除此以外,目前现有的半导体气敏检测仪器功能较为单一,仅能检测半导体材料的阻值变化,但无法验证材料对特定气体的响应机理的猜想,从而大大限制了气体传感理论的发展;本专利技术通过提供一种可与气体产物分析类仪器(质谱检测仪、气相色谱检测仪等)串联使用的设计,可以对气体 ...
【技术保护点】
一种半导体气体传感器动态检测系统,其特征在于,该系统包括仪器硬件和计算机,仪器硬件包括四个主要部分:气体腔室,主控制电路板,数据采集卡,监控与操作面板;其中:所述气体腔室,设有进气接口与出气接口,分别用于外接配气源和/或后续气体产物分析仪器等;气体腔室内设置有蒸发板、风扇和样品插槽,蒸发板用于引入挥发性液体氛围,风扇用于保持腔体内气体均匀,样品插槽用于接插传感器样品,插槽内设有传感器接线端和加热接线端;所述监控与操作面板设有:用于调节样品加热功率的模块化脉宽调制控制器,用于控制气体腔室内蒸发板的开关按钮、控制风扇的开关按钮,以及控制仪器电源的开关按钮;脉宽调制控制器包括数显管和调节电位器;所述主控制电路板包括:用于为电路各区域提供不同电压供电的电源模块,用于连接监控与操作面板上的脉宽调制控制器和各个开关按钮的面板接口,用于连接气体腔室中的蒸发板、风扇和样品插槽的腔室接口,由二级放大电路和数控电阻切换电路组成的信号调理模块,用于连接数据采集卡的数据采集卡接口;所述数据采集卡用于实时采集传感器样品电流、电阻数值;数据采集卡获得的数值传输给计算机连接。
【技术特征摘要】
1.一种半导体气体传感器动态检测系统,其特征在于,该系统包括仪器硬件和计算机,仪器硬件包括四个主要部分:气体腔室,主控制电路板,数据采集卡,监控与操作面板;其中:所述气体腔室,设有进气接口与出气接口,分别用于外接配气源和/或后续气体产物分析仪器等;气体腔室内设置有蒸发板、风扇和样品插槽,蒸发板用于引入挥发性液体氛围,风扇用于保持腔体内气体均匀,样品插槽用于接插传感器样品,插槽内设有传感器接线端和加热接线端;所述监控与操作面板设有:用于调节样品加热功率的模块化脉宽调制控制器,用于控制气体腔室内蒸发板的开关按钮、控制风扇的开关按钮,以及控制仪器电源的开关按钮;脉宽调制控制器包括数显管和调节电位器;所述主控制电路板包括:用于为电路各区域提供不同电压供电的电源模块,用于连接监控与操作面板上的脉宽调制控制器和各个开关按钮的面板接口,用于连接气体腔室中的蒸发板、风扇和样品插槽的腔室接口,由二级放大电路和数控电阻切换电路组成的信号调理模块,用于连接数据采集卡的数据采集卡接口;所述数据采集卡用于实时采集传感器样品电流、电阻数值;数据采集卡获得的数值传输给计算机连接。2.根据权利要求1所述的半导体气体传感器动态检测系统,其特征在于,每个信号调理模块对应于气体腔室中一个样品插槽,即在有多个样品插槽的设计中采用多个信号调理模块。3.根据权利要求1所述的半导体气体传感器动态检测系统,其特征在于,所述信号调理模块包括:接口P1和接口P2,第一级反向放大电路A1及其反馈电阻R1~R8,第二级放大电路A2,以及R10~R12和C2组成的带有低通滤波功能的典型反向放大电路;其中:接口P1和接口P2为气体腔室接口的一部分,与样品插槽中的传感器接线端电气连接;接口P1与电源模块中标准电压VCC电气连接,接口P2连接至第一级反向放大电路A1的输入端,即运算放大器A1的负输入端;反馈电阻R1~R8一端并联连接至运算放大器A1负输入端,另一端分别连接S1即多路复用器CD4051或同功能芯片的各个输入端,S1的公共输出端连接至运算放大器A1的输出端,构成反馈回路;运算放大器A1正输入端通过电阻R9接地,电阻R9取值为R1~R8中最小值;同时用电容C1连接运算放大器A1的输入与输出,用于过滤高频噪音;第二级放大电路A2,R10~R12和C2组成带有低通滤波功能的典型反向放大电路,第二级放大电路A2采用TL082或其他同类运算放大器...
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