專利名稱：一種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣敏傳感器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種響應(yīng)速度快、待 測(cè)氣體濃度精確可控的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
早期的氣體傳感器測(cè)試系統(tǒng)采用封閉式進(jìn)氣系統(tǒng)，它的主要特點(diǎn)是將 目標(biāo)測(cè)試氣體直接注入封閉的傳感器室。此類測(cè)試系統(tǒng)只能用于測(cè)量傳感 器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。而且由于受到待測(cè)氣體在載氣中的擴(kuò)散速度的限制，導(dǎo)致 傳感器達(dá)到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間變長，而且傳感器吸附氣體之后，解吸速度也 比較慢，不適合大量采集樣本數(shù)據(jù)。為了得到氣體傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，需要采用流氣式測(cè)試系統(tǒng)。目 前國內(nèi)氣敏元件測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)過于簡單，無法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行精確的控 制。如圖l所示，圖l為目前的動(dòng)態(tài)氣敏元件性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 該裝置通過進(jìn)樣器直接將氣體注入到測(cè)試箱，無法對(duì)待測(cè)氣體的濃度進(jìn)行 精確控制，無法改變待測(cè)氣體的濃度。密封箱里面原有的氣體也會(huì)影響傳感器對(duì)待測(cè)氣體的響應(yīng)特性。此測(cè) 試裝置也無法精確控制傳感器的溫度，無法測(cè)試傳感器在不同溫度下的響應(yīng)特性。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性 測(cè)試系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有動(dòng)態(tài)氣敏元件性能測(cè)試裝置存在的不足之處，實(shí)現(xiàn) 對(duì)待測(cè)氣體濃度的精確控制、對(duì)不同氣體的測(cè)試，以及對(duì)器件溫度的精確 控制。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)氣單元、氣體 流量監(jiān)控及組分控制單元、氣體混合腔5、真空測(cè)試腔6和傳感器電參量 測(cè)量裝置16;所述進(jìn)氣單元中的氣體在氣體流量監(jiān)控及組分控制單元的控制下進(jìn) 入氣體混合腔5進(jìn)行預(yù)混合，然后進(jìn)入真空測(cè)試腔6;所述真空測(cè)試腔6中放置有待測(cè)氣敏傳感器15，所述傳感器電參量測(cè) 量裝置16與真空測(cè)試腔6連接，用于測(cè)試真空測(cè)試腔6中待測(cè)氣敏傳感 器15的性能。所述進(jìn)氣單元包括調(diào)壓減壓閥和壓力鋼瓶1，用于控制壓力鋼瓶1中 的氣體或揮發(fā)性液體蒸汽的壓力，進(jìn)氣單元通過氣體流量監(jiān)控及組分控制單元與氣體混合腔5相連；所述壓力鋼瓶的數(shù)量至少為2個(gè)，每個(gè)壓力鋼瓶中存放一種氣體或揮 發(fā)性液體蒸汽，且每個(gè)壓力鋼瓶上安裝有一個(gè)調(diào)壓減壓閥。所述氣體流量監(jiān)控及組分控制單元包括質(zhì)量流量計(jì)2、控制電路3和 計(jì)算機(jī)4，用于控制來自進(jìn)氣單元的氣體流量、壓力及組分，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同 氣體的選擇切換。所述氣體混合腔5通過特種不銹鋼管道接收進(jìn)氣單元輸入的氣體，對(duì) 該氣體進(jìn)行預(yù)混合，然后將預(yù)混合后的氣體輸出給真空測(cè)試腔6。所述真空測(cè)試腔6具有可開關(guān)的密封蓋，蓋子下面有環(huán)形橡膠密封圈， 該真空測(cè)試腔6包括溫控裝置、高/低壓真空計(jì)7、至少一個(gè)傳感器電參數(shù) 測(cè)量引線柱8、進(jìn)氣口9和出氣口10。所述溫控裝置包括加熱板12、熱電偶13和可編程溫度控制器14;所述熱板的可調(diào)溫度范圍為0到400攝氏度，溫度誤差為士0.2攝氏度， 熱板上放置氣敏傳感器，通過熱板來精確設(shè)置傳感器的溫度；所述傳感器電參數(shù)測(cè)量引線柱8的數(shù)量為8個(gè)，所述可編程溫度控制 器14實(shí)現(xiàn)的溫度變化過程的狀態(tài)有64種。所述真空測(cè)試腔6為圓柱形形狀，高度為5.2cm，直徑為29cm。所述傳感器電參量測(cè)量裝置16為一臺(tái)外接式半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀，用 于測(cè)量待測(cè)氣敏傳感器15的IV特性、阻抗特性、感抗特性。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一真空單元11，用于抽出真空測(cè)試腔6中的氣體， 將真空測(cè)試腔6變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。所述真空單元11與真空測(cè)試腔6的出氣口 IO連接，為高速真空泵。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過質(zhì)量 流量計(jì)和混合腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)氣體濃度的精確控制；通過氣路的切換，實(shí) 現(xiàn)對(duì)不同氣體的測(cè)試；通過熱板、溫控器和熱電偶實(shí)現(xiàn)對(duì)器件溫度的精確 控制；進(jìn)而解決了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)氣敏元件性能測(cè)試裝置存在的不足之處，2、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過使用 質(zhì)量流量計(jì)對(duì)氣體流量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣源的選擇以及氣體濃度的 精確控制，多個(gè)氣路的氣體可以在混合腔室充分混合，然后再進(jìn)入測(cè)試腔 室。3、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié) 不同氣路的流量，可以連續(xù)調(diào)節(jié)測(cè)試氣體的濃度。4、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過使用 真空泵排氣方式，降低環(huán)境中其他氣體對(duì)器件響應(yīng)的影響。5、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過使用 電熱板、溫控器和熱電偶，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件溫度的精確控制。6、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，通過溫控 裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器溫度的精確控制，真空測(cè)試具有八個(gè)電引線端口，可以 實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)與外部電參量測(cè)量儀的連接以及溫控裝置與外部的連接。7、 本發(fā)明提供的這種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，傳感器的 氣敏特性由電參量測(cè)量儀記錄，精確描述了氣敏元件特性。


圖1為目前的動(dòng)態(tài)氣敏元件性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)中真空測(cè)試腔 的俯視圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括進(jìn)氣單元、氣體流量監(jiān)控及組分控制單元、氣 體混合腔5、真空測(cè)試腔6和傳感器電參量測(cè)量裝置16。所述進(jìn)氣單元中的氣體在氣體流量監(jiān)控及組分控制單元的控制下進(jìn) 入氣體混合腔5進(jìn)行預(yù)混合，然后進(jìn)入真空測(cè)試腔6。所述真空測(cè)試腔6中放置有待測(cè)氣敏傳感器15，所述傳感器電參量測(cè) 量裝置16與真空測(cè)試腔6連接，用于測(cè)試真空測(cè)試腔6中待測(cè)氣敏傳感 器15的性能。所述進(jìn)氣單元包括調(diào)壓減壓閥和壓力鋼瓶1，用于控制壓力鋼瓶1中 的氣體或揮發(fā)性液體蒸汽的壓力，進(jìn)氣單元通過氣體流量監(jiān)控及組分控制 單元與氣體混合腔5相連。壓力鋼瓶1中的氣體或揮發(fā)性液體蒸汽通過特種不銹鋼管道進(jìn)入氣體混合腔。所述壓力鋼瓶的數(shù)量至少為2個(gè)，每個(gè)壓力鋼瓶中存放一種氣體或揮發(fā)性液體蒸汽，且每個(gè)壓力鋼瓶上安裝有一個(gè)調(diào)壓減壓閥。所述氣體流量監(jiān)控及組分控制單元包括質(zhì)量流量計(jì)2、控制電路3和 計(jì)算機(jī)4，用于控制來自進(jìn)氣單元的氣體流量、壓力及組分，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同 氣體的選擇切換。流量控制精度為0.1sccm。所述氣體混合腔5通過特種不銹鋼管道接收進(jìn)氣單元輸入的氣體，對(duì) 該氣體進(jìn)行預(yù)混合，然后將預(yù)混合后的氣體輸出給真空測(cè)試腔6。所述真空測(cè)試腔6具有可開關(guān)的密封蓋，蓋子下面有環(huán)形橡膠密封圈， 該真空測(cè)試腔包括溫控裝置、高/低壓真空計(jì)7、至少一個(gè)傳感器電參數(shù)測(cè) 量引線柱8、進(jìn)氣口 9和出氣口 10。所述溫控裝置包括加熱板12、熱電偶13和可編程溫度控制器14。所 述熱板的可調(diào)溫度范圍為0到400攝氏度，溫度誤差為士0.2攝氏度，熱板 上放置氣敏傳感器，通過熱板來精確設(shè)置傳感器的溫度。所述傳感器電參 數(shù)測(cè)量引線柱8的數(shù)量為8個(gè)，所述可編程溫度控制器14實(shí)現(xiàn)的溫度變 化過程的狀態(tài)有64種。所述真空測(cè)試腔6為圓柱形形狀，高度為5.2cm， 直徑為29cm。所述傳感器電參量測(cè)量裝置16為一臺(tái)外接式半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀，用 于測(cè)量待測(cè)氣敏傳感器15的IV特性、阻抗特性、感抗特性等各種性能。本發(fā)明提供的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)一步包括一真空 單元11 ，用于抽出真空測(cè)試腔6中的氣體，將真空測(cè)試腔6變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。所述真空單元11與真空測(cè)試腔6的出氣口 IO連接，為高速真空泵， 一般為兩臺(tái)高速真空泵，可調(diào)節(jié)抽速。在進(jìn)行氣體敏感試驗(yàn)時(shí)，待測(cè)傳感器被固定在真空腔室中的熱板上， 并與接線柱連接，電熱板的溫度控制通過接線端口與外面的電源和溫控器 進(jìn)行連接。通過固定在熱板表面的Pt熱電阻將熱板表面溫度傳給溫控器， 溫控器通過繼電器輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)熱板溫度的控制，真空測(cè)試腔通過不銹鋼管及閥門與真空系統(tǒng)相連，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，先 把真空腔中的氣體抽掉，降低環(huán)境中其他氣體對(duì)測(cè)試的干擾，并由真空計(jì) 讀出真空腔中的氣壓。然后打開進(jìn)氣系統(tǒng)閥門，送入固定組成和濃度的測(cè) 試氣體，通過傳感器電參數(shù)輸出變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)傳感器的標(biāo)定，關(guān)掉待 測(cè)氣體，只通過載氣，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試中氣體開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)的切換。通過 不同氣路的開關(guān)切換，可以對(duì)傳感器對(duì)其他干擾氣體的響應(yīng)進(jìn)行研究。通 過調(diào)節(jié)氣路的氣體流速，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器在不同壓力條件下對(duì)目標(biāo)氣體 的響應(yīng)。通過可編程溫度控制器控制真空測(cè)試腔內(nèi)溫度循環(huán)，可以作加速老化 試驗(yàn)，以便對(duì)傳感器壽命及可靠性進(jìn)行測(cè)試。通過流量控制器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遞送的氣體的精確控制，可以達(dá)到的最小的氣體流量控制量為O.lsccm。通過流量控制器的氣體進(jìn)入混合腔，可 以實(shí)現(xiàn)多種氣體的混合。通過分別調(diào)節(jié)待測(cè)氣體和載氣的流量，可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)單種測(cè)試氣體的不同濃度的精確控制，或者通過控制不同氣路的氣體流 量，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體中各成分氣體的濃度的精確控制。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括進(jìn)氣單元、氣體流量監(jiān)控及組分控制單元、氣體混合腔(5)、真空測(cè)試腔(6)和傳感器電參量測(cè)量裝置(16)；所述進(jìn)氣單元中的氣體在氣體流量監(jiān)控及組分控制單元的控制下進(jìn)入氣體混合腔(5)進(jìn)行預(yù)混合，然后進(jìn)入真空測(cè)試腔(6)；所述真空測(cè)試腔(6)中放置有待測(cè)氣敏傳感器(15)，所述傳感器電參量測(cè)量裝置(16)與真空測(cè)試腔(6)連接，用于測(cè)試真空測(cè)試腔(6)中待測(cè)氣敏傳感器(15)的性能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述進(jìn)氣單元包括調(diào)壓減壓閥和壓力鋼瓶(1)，用于控制壓力鋼 瓶(1)中的氣體或揮發(fā)性液體蒸汽的壓力，進(jìn)氣單元通過氣體流量監(jiān)控 及組分控制單元與氣體混合腔(5)相連；所述壓力鋼瓶的數(shù)量至少為2個(gè)，每個(gè)壓力鋼瓶中存放一種氣體或揮 發(fā)性液體蒸汽，且每個(gè)壓力鋼瓶上安裝有一個(gè)調(diào)壓減壓閥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述氣體流量監(jiān)控及組分控制單元包括質(zhì)量流量計(jì)(2)、控制電 路(3)和計(jì)算機(jī)(4)，用于控制來自進(jìn)氣單元的氣體流量、壓力及組分， 實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體的選擇切換。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述氣體混合腔(5)通過特種不銹鋼管道接收進(jìn)氣單元輸入的氣體，對(duì)該氣體進(jìn)行預(yù)混合，然后將預(yù)混合后的氣體輸出給真空測(cè)試腔(6)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述真空測(cè)試腔(6)具有可開關(guān)的密封蓋，蓋子下面有環(huán)形橡 膠密封圈，該真空測(cè)試腔(6)包括溫控裝置、高/低壓真空計(jì)(7)、至少 一個(gè)傳感器電參數(shù)測(cè)量引線柱(8)、進(jìn)氣口 (9)和出氣口 (10)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述溫控裝置包括加熱板(12)、熱電偶(13)和可編程溫度控 制器(14);所述熱板的可調(diào)溫度范圍為0到400攝氏度，溫度誤差為士0.2攝氏度， 熱板上放置氣敏傳感器，通過熱板來精確設(shè)置傳感器的溫度；所述傳感器電參數(shù)測(cè)量引線柱(8)的數(shù)量為8個(gè)，所述可編程溫度 控制器(14)實(shí)現(xiàn)的溫度變化過程的狀態(tài)有64種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述真空測(cè)試腔(6)為圓柱形形狀，高度為5.2cm,直徑為29cm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，所述傳感器電參量測(cè)量裝置(16)為一臺(tái)外接式半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試 儀，用于測(cè)量待測(cè)氣敏傳感器(15)的IV特性、阻抗特性、感抗特性。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特 征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一真空單元(11)，用于抽出真空測(cè)試腔(6) 中的氣體，將真空測(cè)試腔(6)變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述真空單元(11)與真空測(cè)試腔(6)的出氣口 (10)連接， 為高速真空泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣敏傳感器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種氣敏傳感器標(biāo)定和可靠性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)氣單元、氣體流量監(jiān)控及組分控制單元、氣體混合腔、真空測(cè)試腔和傳感器電參量測(cè)量裝置；所述進(jìn)氣單元中的氣體在氣體流量監(jiān)控及組分控制單元的控制下進(jìn)入氣體混合腔進(jìn)行預(yù)混合，然后進(jìn)入真空測(cè)試腔；所述真空測(cè)試腔中放置有待測(cè)氣敏傳感器，所述傳感器電參量測(cè)量裝置與真空測(cè)試腔連接，用于測(cè)試真空測(cè)試腔中待測(cè)氣敏傳感器的性能。利用本發(fā)明，解決了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)氣敏元件性能測(cè)試裝置存在的不足之處，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待測(cè)氣體濃度的精確控制、對(duì)不同氣體的測(cè)試，以及對(duì)器件溫度的精確控制。
文檔編號(hào)G01N27/00GK101241093SQ200710063698
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者葉甜春, 景玉鵬, 毅 歐, 陳大鵬, 黃欽文 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所