一种多功能气体传感器测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种多功能气体传感器测试系统，包括配气机构与配气室、测试室、控制系统、测试机构、真空泵；配气机构用于向配气室内配制标准浓度气体和背景气体，测试室内存储有配置好标准浓度测试气体并用于测试标准待测气体浓度下的传感器敏感特性；控制系统用于控制配气室和测试室内的气体配置，包括温湿度控制、气压或真空度控制、气体的质量流量控制、各气路电磁阀的通断控制、真空泵的启停控制、搅拌风扇的启停控制、被测传感器的测试过程控制。该测试系统不仅能够通过自动化配置标准浓度气体实现传感器与标准气体的快速接触，还控制传感器测试环境的温度和湿度，并实现多个传感器电学型气体响应、单个传感器光学型气体响应的同步测试。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种多功能气体传感器测试系统，具体涉及一种多功能气敏元件性能测试系统，属气敏传感器测试

技术介绍
气体传感器(气敏传感器或气敏元件)可用于易燃、易爆、有毒气体以及各种气态指示剂的浓度实时监测和安全报警，已被广泛应用于环境监测、工业生产、军事安全、医疗卫生和能源等领域。传感器的温度、湿度稳定性及其对于待侧气体的响应灵敏度、响应/回复速度和选择性等是判断其性能优劣的关键指标。随着相关领域的发展，人们对气体传感器的测量精度、准确性以及温湿度稳定性提出了更高的要求。气体传感器测试系统主要由标准气体配置部分(配气单元)和性能测试部分(测试单元)所构成。传统气体传感器的配气单元多为半开放、半自动工作。例如，郑州炜盛电子科技有限公司的WS系列气敏元件测试系统和北方华测科技有限公司的纳米犬系列智能传感器测试仪均需通过人为地导入特定浓度待测气体或通过加热蒸发液态待测物产生蒸汽来进行配气和气敏元件性能参数标定。一方面，这种人为配气操作的误差大、重复性差，传感器标定结果可信度较低。另一方面，其测试腔体体积较大且为半开放结构，在对氢气或一氧化碳等小分子气体进行配置时极易发生泄漏而产生浓度误差。经检索发现，中国专利申请号201110352980.8公开了一种“气敏传感器性能测试装置”，所述装置是通过控制阀门和流量计在密封性好的测试室中配置待测气体，能从一定程度上提高气敏元件参数标定的准确性。然而，市面上常用的气体传感器多为光学或电学型气体传感器，所述测试装置仅能实现单个气敏传感器电学特性的测试，局限性较大。特别是该装置配置的标准气体是由进气端经过混气室后直接进入测试腔体中，缓慢的进气和扩散过程会对传感器响应速度的标定产生较大影响。进一步检索发现有如下五个已公开的技术方案:Kida T, Kuroiwa T, Yuasa M, Shimanoe K, Yamazoe N.Study onthe response and recovery properties of semiconductor gas sensors using ahigh-speed gas-switching system .Sensors and Actuators B: Chemical, 2008，134(2): 928-33(利用高速气体切换系统研究半导体气体传感器的响应和恢复特性)；Adamyan A, Adamyan Zj Arout1unian V, Arakelyan A, Touryan K，Turner J.Sol - gel derived thin-film semiconductor hydrogen gas sensor .1nternat1nal Journal of Hydrogen Energy, 2007，32(16): 4101-8 (溶胶凝胶制备薄膜半导体氢气传感器)； Jakubik W P.Hydrogen gas-sensing with bilayer structures of WO3and Pd in SAW and electric systems .Thin Solid Films, 2009，517(22):6188-91 (W03和Pd双层结构表声波器件和电子系统的氢气敏感特性);Shukla S，Patil S，Kuiry S C，Rahman Zj Du Tj Ludwig Lj Parish C，Seal S.Synthesis and characterizat1n of sol - gel derived nanocrystalIine tinoxide thin film as hydrogen sensor .Sensors and Actuators B: Chemical,2003，96(1-2): 343-53( 二氧化锡纳米晶薄膜氢气传感器的溶胶凝胶法制备与表征)； Zhao M, Huang J X, Wong M H, Tang Y M, Ong C ff.Versatilecomputer-controlled system for characterizat1n of gas sensing materials .The Review of scientific instruments, 2011, 82(10): 105001 (通用计算机控制的气敏材料表征系统)。上述文献(1-4)中报道的传感器测试系统同样存在测试功能单一和进气缓慢等问题。文献5中报道的传感器测试系统虽然解决了进气缓慢问题，但是测试腔体过小，仅能测试单个传感器的性能参数，使其检测效率较低。此外，该装置通过电阻计直接对待测传感器进行电阻监测，当待测传感器的电阻下降较大时，测试电路中的电流会发生骤增，使传感器发热而破坏检测结果的精确性。由此可见，研制自动化和环境模拟程度高、标准气体配置比例准确的多功能高效智能化的气体传感器测试系统，对高精度气体传感器的研制、提高测试效率具有十分重要意义。
技术实现思路
本技术的目的是针对
技术介绍
提出的问题，提供一种多功能气体传感器测试系统。该测试系统不仅能够通过自动化配置标准浓度气体实现传感器与标准气体的快速接触，还控制传感器测试环境的温度和湿度，也可实现多个传感器电学型气体响应、单个传感器光学型气体响应的同步测试。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案:一种多功能气体传感器测试系统，包括:配气机构与配气室(4)、测试室(5)、控制系统、测试机构、真空栗(3);所述配气机构用于向配气室(4)内提供标准浓度气体和背景气体；所述测试室(5)内存储有配置好标准浓度测试气体，测试室(5)用于测试标准待测气体浓度下的传感器敏感特性；所述控制系统用于控制配气室(4)和测试室(5)内的气体配置，控制系统包括:温湿度控制、气压或真空度控制、气体的质量流量控制，还包括各气路电磁阀的通断控制、真空栗的启停控制、搅拌风扇的启停控制、被测传感器的测试过程控制；所述配气机构包括标准气体回路和背景气体回路；所述标准气体回路包括待测气瓶(1)，自待测气瓶(I)之后依次连接有:减压阀(9)、过滤器(10)、电磁阀(11)、三通(12)、电磁阀(14)和与所述电磁阀(14)并联的质量流量控制器(13)、三通(15);所述背景气体回路包括载气瓶(2)，自载气瓶(2)之后依次连接有:减压阀(16)、过滤器(17)、电磁阀(18)、三通(19)、电磁阀(22)和与所述电磁阀(22)并联的质量流量控制器(20)、三通(21);所述三通(15 )和三通(21)的出气端分别连接至三通(23 )，三通(23 )的出气端连接至三通(25 )，三通(25) —个出气端连接至三通(26)、另一个出气端连接至电磁阀(24)，三通(26)的一个出气端通过电磁阀(30)连接至配气室(4)进气口(401)、另一个出气端通过电磁阀(27)与三通(28)连接，三通(28)的一端经电磁阀(32)连接至配气室(4)的出气口(402)，三通(28 )的另一端经电磁阀(29 )连接至测试室(5 )的进气口( 501);所述配气室(4)是一个密封的不锈钢耐压容器，配气室(4)包括:进气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能气体传感器测试系统，包括：配气机构与配气室（4）、测试室（5）、控制系统、测试机构、真空泵（3）；所述配气机构用于向配气室（4）内提供标准浓度气体和背景气体；所述测试室（5）内存储有配置好标准浓度测试气体，测试室（5）用于测试标准待测气体浓度下的传感器敏感特性；所述控制系统用于控制配气室（4）和测试室（5）内的气体配置，控制系统包括：温湿度控制、气压或真空度控制、气体的质量流量控制，还包括各气路电磁阀的通断控制、真空泵的启停控制、搅拌风扇的启停控制、被测传感器的测试过程控制；所述配气机构包括标准气体回路和背景气体回路；所述标准气体回路包括待测气瓶（1），自待测气瓶（1）之后依次连接有：减压阀（9）、过滤器（10）、电磁阀（11）、三通（12）、电磁阀（14）和与所述电磁阀（14）并联的质量流量控制器（13）、三通（15）；所述背景气体回路包括载气瓶（2），自载气瓶（2）之后依次连接有：减压阀（16）、过滤器（17）、电磁阀（18）、三通（19）、电磁阀（22）和与所述电磁阀（22）并联的质量流量控制器（20）、三通（21）；所述三通（15）和三通（21）的出气端分别连接至三通（23），三通（23）的出气端连接至三通（25），三通（25）一个出气端连接至三通（26）、另一个出气端连接至电磁阀（24），三通（26）的一个出气端通过电磁阀(30)连接至配气室（4）进气口（401）、另一个出气端通过电磁阀（27）与三通（28）连接，三通（28）的一端经电磁阀（32）连接至配气室（4）的出气口（402），三通（28）的另一端经电磁阀（29）连接至测试室（5）的进气口（501）；所述配气室（4）是一个密封的不锈钢耐压容器，配气室（4）包括：进气口（401）、出气口（402）、出气口（403）、加湿装置、法兰（406）、搅拌风扇（408）、法兰（412）、湿度传感器（411）；所述出气口（403）依次经电磁阀（36）、三通（34）和三通（33），再连接至真空泵（3）的进气口，三通（33）的另一端还连接有电磁阀（37）；所述加湿装置包括封装在法兰（406）下面的加湿座（404）、进水管（405）、水槽（413）和加热丝（407）；所述进水管（405）通过电磁阀（31）与外部水源连接；加湿装置与湿度传感器（411）用于自动调节配气室（4）内部的湿度；所述搅拌风扇（408）是可调速风扇；所述测试室（5）也是一个密封的不锈钢耐压容器，测试室（5）包括：进气口（501）、出气口（502）、法兰（506）、样品台（51）和电加热管（508），所述法兰（506）是取放样品台（51）的安装孔，法兰（506）位于测试室（5）的顶部中间位置；所述出气口（502）经电磁阀（35）连接至三通（34）；所述控制系统包括：控制柜（7）和与控制柜（7）连接的计算机（8），所述控制柜（7）的内部安装有：温度采集与控制模块、湿度采集与控制模块、压力采集模块、真空度采集模块、质量流量采集与控制模块、电磁阀通断及真空泵启停逻辑控制单元；还有匹配电阻盒（6），所述匹配电阻盒（6）固定设置于控制柜（7）的上方；所述测试机构包括固定在测试室（5）内部的样品台（51）；其特征在于：所述配气室（4）内部还有真空传感器（409）的压力传感器（410），所述真空传感器（409）和压力传感器（410）分别通过导线与所述真空度采集模块及压力采集模块连接；所述测试室（5）壳体的左侧、前侧和后侧的同一高度上，分别布置有石英玻璃法兰（503）、石英玻璃法兰（505）和石英玻璃法兰（504）；所述石英玻璃法兰用于气体传感器光学特性测试时的入射光、出射光和反射光的引入和检测；所述样品台（51）为绝缘陶瓷板，样品台（51）通过螺纹卡扣连接在法兰（506）下部，样品台（51）背面是电加热管（508），还有温度传感器（511）、湿度传感器（512）、压力传感器（513），所述温度传感器（511）、湿度传感器（512）和压力传感器（513）分别通过导线（509）与所述温度采集与控制模块、湿度采集与控制模块、压力采集模块连接；所述样品台（51）的正面为待测样品放置区，样品台（51）两侧自上而下设置有两排探针架，每一排探针架上固定设置有三对电学测试探针接头，各电学测试探针接头的引出线（507）穿过法兰（506）再与匹配电阻盒（6）相连，所述匹配电阻盒（6）用于六路气体传感器电学性能的同步测试；所述样品台（51）上有一个直径约5mm的光学通孔（510），所述光学通孔（510）的中心与所述石英玻璃法兰（503）的中心等高；所述匹配电阻盒（6）包括：精密电阻箱和数据采集模块DAQ（607），所述精密电阻箱内有至少六组相同的精密电阻，每一组精密电阻包括阻值分别为10Ω、100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾豪爽，王钊，胡永明，杨树林，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42