一种离子型气敏材料分析装置，属于气敏测试技术领域，由气室、探针调节装置、插指状探针、控温平台、湿度均匀腔、控制装置和上位机组成；气室上设置有注气孔和观察窗；控温平台设置在气室的底部，在控温平台上放置有测试样品，探针调节装置设置在测试样品的上方；气室外部连接湿度均匀腔。本发明专利技术装置可通过更换插指状探针来模拟不同电极对于离子型气体传感器的影响，利用控温平台和湿度均匀腔对测试环境进行调节，并且通过上位机软件对不同插指状探针的灵敏度、响应时间、恢复时间进行分析，实现离子型气体传感器的自动化测量。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种离子型气敏材料分析装置，属于气敏测试
，由气室、探针调节装置、插指状探针、控温平台、湿度均匀腔、控制装置和上位机组成；气室上设置有注气孔和观察窗；控温平台设置在气室的底部，在控温平台上放置有测试样品，探针调节装置设置在测试样品的上方；气室外部连接湿度均匀腔。本专利技术装置可通过更换插指状探针来模拟不同电极对于离子型气体传感器的影响，利用控温平台和湿度均匀腔对测试环境进行调节，并且通过上位机软件对不同插指状探针的灵敏度、响应时间、恢复时间进行分析，实现离子型气体传感器的自动化测量。【专利说明】一种罔子型气敏材料分析装置
本专利技术属于气敏测试
，特别是涉及一种离子型气敏材料的自动分析装置。
技术介绍
气体传感器是一种将气体种类、浓度转换为电、光、磁等信号的装置。气体传感器根据其原理，可以分为化学、物理两类，其中的化学气体传感器通常具有体积小、易装配、成本低等优势，因此主要用于工、农业的生产和过程监控中。大部分化学气体传感器都是通过传感器中的气敏材料与气体反应，产生电子的改变从而实现气体的检测。其典型气敏机理为材料在高温(例如300°C)下吸附空气中的氧，产生表面氧离子，氧离子与气体发生氧化还原反应，从而释放电子或者空穴，使得传感器的电阻下降或者升高。这类传感器需要用直流的方式进行测量，传感器的信号获取只需要一对条状或者环状电极即可。还有一类传感器是需要通过监控离子的改变来测量的，这类传感器通常工作在常温到100°c之间，氧在这样的温度下活性不够，被测气体会直接在敏感材料表面产生离子极化，从而提高电导率。RH湿度传感器即为离子传感器的典型代表。离子传感器的测量需要使用交流电进行复阻抗的获取，因此传感器的信号电极对数、间距、宽度对传感器的性能有极大的影响，这为离子传感器的研究带来了很大的不便。近年来，随着物联网的兴起，低温传感器受到了越来越强烈的关注，特别是离子传感器的敏感材料研究愈来愈热，各种新型的气敏材料，如碳纳米管、石墨烯、三氧化二铟、氧化锆等都被用于离子传感器中。但是由于离子传感器必须制作复杂的插指状电极，电极和普通传感器测试设备难以连接，同时常温环境容易变化导致测试数据难以重复，导致国内在这方面研究进展缓慢，明显落后于半导体工艺技术、实验室条件更加优异的国外。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出了一种将易于更替的插指状探针集成在气敏分析装置中，利用外部控温准确控制材料的工作温度，通过干、湿两股气流的配比调整测试环境的湿度，上位机控制测试电压和频率并进行灵敏度、响应时间、恢复时间的分析，从而简化离子气敏材料的测试工作，提高材料气敏性能研究效率。本专利技术所述的离子型气敏材料分析装置(I)结构框图如图1所示，由气室(2)、探针调节装置(3)、插指状探针(4)、控温平台(6)、湿度均匀腔(7)、控制装置(8)和上位机(9)组成。一般地，气室(2)为不锈钢材质，为圆柱或者圆锥型结构，体积IL?50L，设置有注气孔(21)和观察窗(22);控温平台(6)设置在气室(2)的底部，在控温平台(6)上放置有测试样品(5 )，在测试样品(5 )的上方设置有探针调节装置(3 );探针调节装置(3 )由X-Y-Z方向交错的三个不锈钢螺杆组成，可在X-Y-Z三个方向调节插指状探针(4)与测试样品(5)的相对位置，以保证两者接触良好，调节精度0.0Olmm?0.1mm,调节总距Imm?20mm ;插指状探针(4)为Au或者Pt材质，由两对以上插指状电极组成，电极长度Imm?50mm，宽度0.0lmm?IOmm,厚度0.0lmm?Imm,间距0.0lmm?10_ ;测试样品(5)为被测试分析的气敏材料，如金属氧化物、碳材料、有机材料等；控温平台(6)为不锈钢或者陶瓷材质，直径IOmm?500mm，用于控制测试样品(5)的工作温度；气室(2)外部连接的湿度均匀腔(7)为不锈钢材质，为长方体结构，容积IL?20L，用于对通入气室(2)的湿度气体进行搅拌和混合；控制装置(8)对控温平台(6)的工作温度、湿度均匀腔(7)的湿度气氛进行控制，并对插指状探针(4)所测量获得的测试样品信息进行模数处理，然后上传至上位机(9)由软件进行气敏分析。控温平台(6)由不锈钢材质的导热平面(61)、内埋的16Ω北京艾立特科技有限公司生产的k32型Pt加热丝(62)、南京英格玛生产的32RII型温度传感器(63)、外包的水冷保护装置(64 )组成。通过加热丝(62 )的电流由控制装置(8 )控制。湿度均匀腔(7)由空气进气口(71)、北京艾立特科技有限公司生产的ARII型气泵(72)、干燥室(73)、干燥气阀门(74)、加湿室(75)、北京艾立特科技有限公司生产的HR13型加湿气阀门(76)、北京艾立特科技有限公司生产的HRM22湿度传感器(77)组成。气泵(72)用于将外部空气吸入进干燥室(73)和加湿室(75)中；干燥室(73)内置有分子筛、氧化钙等吸附水分子的材料，空气流过后可去除其中水汽；加湿室(75)内置有去离子水，空气流过后会形成饱和湿度气体；干燥气阀门(74 )和加湿气阀门(76 )连接控制装置(8 )，通过两个阀门的开闭来形成所需要的环境湿度，并将所获的湿度气体通入到气室(2)中。进一步的，控制装置(8)由航天朝阳公司生产的MXAS-10S2.5S12W1电源模块(81)、大连北方测控集团生产的DB151-10温度控制模块(82)、OMEGA公司生产的HX15干湿气控制模块(83 )、北京研华科技有限公司生产的ADAM-4015-BE数据采集模块(84 )、亿邦科技生产的1188s数据处理模块(85)、西门子生产的ET200M总控制模块(86)组成；总控制模块(86)对整个装置进行总线控制。电源模块(81)将外接220V交流电转换为各个模块所需的工作电压；温度控制模块(82)根据上位机(9)设定的目标温度和温度传感器(62)传回的测量值不断调节加热丝(61)的工作电流，直到温度传感器(62)传回的测量值和上位机(9)所设定的目标温度一致；干湿气控制模块(83 )根据上位机(9 )所设定的湿度值和湿度传感器(76)的测量数值，来对干燥气阀门(74)和加湿气阀门(75)进行频繁开闭，直到湿度传感器(77)传回的测量值与上位机(9)所设定的目标湿度一致；数据采集模块(84)将所获得的测试样品数据进行采集和降噪，传输至数据处理模块(85);数据处理模块(85)对数据采集模块(84)上传的数据进行模拟和分析，得到传感器测试样品(5)的实时复阻抗值，并上传至上位机(9);上位机(9)根据数据处理模块(85)上传的实时复阻抗值，绘制复阻抗一时间曲线，并计算复阻抗变化所需要的时间，即响应时间和恢复时间。本专利技术所述装置的工作过程为:选择某种图形的插指状探针(4)，通过探针调节装置(3)调整插指状探针(4)的位置，使其与测试样品(5)良好接触，测试样品(5)为片状的金属氧化物、碳材料、有机材料等；在上位机(9)中设置工作电压和频率、环境温度和湿度；当环境温度和湿度与设定值一致且稳定后，通过上位机(9)对材料气敏特性进行采集和分析。如果测试结果不够优化，可以通过更换插指状探针(4)的图形即可调整传感器的离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：阮圣平，张敏，周敬然，刘彩霞，沈亮，温善鹏，董玮，郭文滨，张歆东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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