一種外部控溫型智能氣敏分析裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于氣敏分析系統領域，特別涉及一種外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特點是可實現對材料氣敏特性的直接分析，擺脫了材料氣敏特性研究對傳感器件的依賴。發明專利技術所述的外部控溫型氣敏分析裝置包括測試平臺(1)、氣室(2)、控制系統(3)、冷卻水循環箱(4)、真空泵(5)、動態配氣系統(6)及測試軟件(7)，測試平臺(1)內部包括控溫裝置(11)、探針調節裝置(12)、液體蒸發器(13)、風扇(14)、照明(15)、真空計(16)、抽真空通道(17)、氣路(18)和溫濕度傳感器(19)；所述控溫裝置(11)包括樣品測試臺(111)、內埋的加熱(112)、溫度傳感器(113)以及加熱(112)周圍包覆的水冷保護系統(114)，可直接對測試樣品進行外部控溫；所述探針調節裝置(12)包括調節支架(121)和彈性探針(122)，通過調整調節支架(121)可調節彈性探針(122)與測試樣品的接觸點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于氣敏分析裝置領域，特別涉及一種外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特點是可實現對材料氣敏特性的直接分析，擺脫了材料氣敏特性研究對傳感器件的依賴。
技術介紹
氣體傳感器在環境、工業、食品、交通、國防等領域都有重要的應用價值，自發現起就引起了人們的廣泛興趣。目前市場上最常用的氣體傳感器是基于半導體氧化物材料制作成旁熱式傳感器件，這類傳感器的優點是穩定性高、一致性好，但是也存在著選擇性差、工作溫度高、靈敏度低、檢測限低等缺陷，需要研究新材料彌補其不足。近年來，隨著對材料科學研究的深入，出現了有機半導體、共軛聚合物、碳材料(包括納米管、石墨烯)等新型的氣敏材料。傳統的氣敏材料研究需要將材料制成上述旁熱式器件，即將材料研磨調和成漿料后涂覆到陶瓷管上，然后再焊接到底座上，最后從陶瓷管芯穿入用于給器件供熱的加熱絲并焊接，待器件制作完成后才可使用相應的設備分析其氣敏特性。這種方式不僅操作復雜，還具有一定的局限性，特別是不能用于薄膜型的材料和粘附性差且不易燒結的氣敏材料的特性研究。半導體加工工藝特別是硅器件的發展使平面型器件在氣體傳感器領域得到應用，這類器件能夠解決新型材料的器件化問題，但是需要使用多層襯底制作器件，在襯底上需同時集成測量電極、加熱電極和測溫電極以同時實現測量和控溫，通常這種多層襯底制作的工藝復雜、成本較高。
技術實現思路
為解決上述技術方案中旁熱式氣體傳感器在材料研究的局限性，同時降低開發平面型氣體傳感器的成本，本專利技術提供了一種外部控溫型的氣敏分析裝置，該系統使用探針直接連接被測材料以測量材料的氣敏特性，操作簡單、方便快捷。本專利技術所述的外部控溫型的氣敏分析裝置主要優點是采用外部控溫的方式，通過控溫裝置直接對襯底進行加熱，加熱溫度可控，無需在襯底上制作加熱電極和測溫電極，節約了成本；使用探針連接材料及測量電路，每次測量只需更換襯底并調節探針位置，省去了傳統器件需要焊接的過程，也避免了陶瓷管型器件往往需要研磨和再次焙燒的過程，不會破壞材料的形貌和結構，而且測試樣品的規格大小可靈活設計，無論是自支撐的薄膜、塊體材料，還
是生長或者組裝在平面襯底上的材料，或是直接涂覆或沉積到襯底上的材料均可直接測試；測量模式可選，測量全程無需換擋，系統軟件同步讀數，數值可表示出多種靈敏度模式，直觀便捷；支持靜態配氣、動態配氣、不同壓強下的氣敏測試，靈活方便、適用面廣。本專利技術所述的外部控溫型氣敏分析裝置包括測試平臺(1)、氣室(2)、控制系統(3)、冷卻水循環箱(4)、真空泵(5)、動態配氣系統(6)及測試軟件(7)等部分。本專利技術所述的測試平臺(1)內部包括控溫裝置(11)、探針調節裝置(12)、液體蒸發器(13)、風扇(14)、照明(15)、真空計(16)、抽真空通道(17)、氣路(18)、溫濕度傳感器(19)。本專利技術所述的控溫裝置(11)由樣品測試臺(111)、內埋的加熱絲(112)、溫度傳感器(113)以及加熱絲(112)周圍包覆的水冷保護系統(114)組成，樣品測試臺(111)為不銹鋼或者陶瓷材質，外部為一直徑10mm～100mm，用于測試時放置樣品并控制樣品工作溫度。加熱絲(112)在施加一定的加熱電流后能夠提供熱量，溫度傳感器(113)為之提供反饋，實時調整加熱電流，水冷保護系統(114)外部連接冷卻水循環箱(4)為系統提供水冷保護，輔助調節溫度并保護其他部件。探針調節裝置(12)包括調節支架(121)和彈性探針(122)兩部分，調節支架(121)為金屬材質，可實現探針的X-Y-Z三向調節，調節精度0.001mm～0.1mm，調節總距1mm～20mm，用于控制探針與材料之間的接觸位置；彈性探針(122)有粗細不同的尖頭、平頭、梅花頭等多種型號，外部鍍金，接觸電阻極小、耐腐蝕性好，探針的彈性端直接接觸測試樣品，另一端相連測量電極。本專利技術所述的測試樣品可以是有固定形狀能夠直接用彈性探針(122)接觸的薄膜、塊體材料，也可以是有電極襯底支撐的粉體、薄膜、孔狀、塊體材料。插指狀的電極襯底(8)是最常用的電極襯底，其襯底材質多為陶瓷和硅，插指狀電極為Au或Ag-Pd材質，通常每個襯底上包含有兩對以上的電極，電極長度1mm～50mm，寬度0.01mm～10mm，厚度0.01mm～1mm，間距寬度0.01mm～10mm。使用插指狀的電極襯底(8)制作測試樣品時，只需將彈性探針(122)壓在襯底兩端的金屬襯墊上。本專利技術所述的氣室(2)為不銹鋼材質，圓柱或者圓錐型，體積1L～50L，可通過翻轉旋轉軸(21)與測試平臺形成封閉或敞開的測試環境，以便為氣體傳感器提供反應的氣氛。氣室(2)上設置有注氣孔(22)、注液孔(23)、器件觀察窗(24)和液體蒸發器觀察窗(25)，可支持靜態下的氣體和液體配氣。其中，注氣孔(22)為氣體配氣注入孔，注液孔(23)與液體蒸發器(13)位置對應，可用注射器或微量進樣器注入液體，并可由液體蒸發器觀察窗(25)查看液體注入和揮發情況。氣室(2)與測試平臺(1)銜接的接口處為凹型設計并安裝了密封圈，密封性很好，極限真空度可達1×10-3Pa，可支持強壓為2×105Pa封閉氣室(2)
后，可連接動態配氣系統進行動態配氣，所配制氣的氣體將從氣路(18)進入。動態配氣系統如果結合由真空泵(5)、真空計(16)、抽真空通道(17)等構成的真空系統還可支持不同壓強下的動態配氣。此外，系統還設置有風扇(14)、照明(15)和器件觀察窗(23)方便混氣和觀察器件。本專利技術所述的主控制系統(3)內部包含電阻測量模塊(31)、電壓測量模塊(32)、電流測量模塊(33)、加熱電流控制模塊(34)、總控制模塊(35)、通信管理模塊(36)、電源模塊(37)。其中，電阻測量模塊(31)、電壓測量模塊(32)和電流測量模塊(33)由多組取樣電阻構成，可起到分阻、分壓或者分流的作用，分別支持電阻、電壓和電流三種測試模式，且測量范圍寬，電阻模式可測范圍是0.001Ω～8000MΩ，電壓測量模式可測范圍是1μV～1V，電流測量模式可測范圍是±1fA～±100mA，測量全程連續無需換擋，特別是能夠滿足一些測量范圍非常寬的復合材料的測試要求。加熱電流控制模塊(34)可提供加熱絲(112)的加熱溫度，并根據溫度傳感器(113)反饋的信息自動調節加熱溫度的大小，調節精度1℃，加溫速度約5℃/s，降溫速度約3℃/s。總控制模塊(35)外部連接觸摸控制屏(38)，并通過通信管理模塊(36)執行觸摸控制屏(38)的指令，可在觸摸控制屏上設置控溫裝置(11)的目標溫度(381)、液體蒸發器的蒸發溫度(383)，實時監測控溫裝置(11)的當前溫度(382)、環境溫度(384)、環境濕度(385)、環境壓強(386)。電源管理模塊(37)用于將輸入電壓轉換為各個模塊所需的工作電壓，其開啟和關閉由前面板的電源開關控制。本專利技術所述的冷卻水循環箱(4)為水冷保護系統(114)提供5℃～25℃的循環水，使系統的加熱區域僅為控溫裝置(11)這一小片區域。本專利技術所述的真空泵(5)可快速抽取氣室(2)內的氣體并較長時間保持在一定的壓強下，配合動態配氣系統(6)可進行一定壓強下的氣敏特性分析。本專利技術所述的動態配氣系統(6)用于精確配置氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種外部控溫型智能氣敏分析裝置，包括測試平臺(1)、氣室(2)、控制系統(3)、冷卻水循環箱(4)、真空泵(5)、動態配氣系統(6)及測試軟件(7)裝置，其特征在于：測試平臺(1)內部包括控溫裝置(11)、探針調節裝置(12)、液體蒸發器(13)、風扇(14)、照明(15)、真空計(16)、抽真空通道(17)、氣路(18)和溫濕度傳感器(19)；所述控溫裝置(11)包括樣品測試臺(111)、內埋的加熱絲(112)、溫度傳感器(113)以及加熱絲(112)周圍包覆的水冷保護系統(114)，可直接對測試樣品進行外部控溫；所述探針調節裝置(12)包括調節支架(121)和彈性探針(122)，通過調整調節支架(121)可調節彈性探針(122)與測試樣品的接觸點。

【技術特征摘要】
1.一種外部控溫型智能氣敏分析裝置，包括測試平臺(1)、氣室(2)、控制系統(3)、冷卻水循環箱(4)、真空泵(5)、動態配氣系統(6)及測試軟件(7)裝置，其特征在于：測試平臺(1)內部包括控溫裝置(11)、探針調節裝置(12)、液體蒸發器(13)、風扇(14)、照明(15)、真空計(16)、抽真空通道(17)、氣路(18)和溫濕度傳感器(19)；所述控溫裝置(11)包括樣品測試臺(111)、內埋的加熱絲(112)、溫度傳感器(113)以及加熱絲(112)周圍包覆的水冷保護系統(114)，可直接對測試樣品進行外部控溫；所述探針調節裝置(12)包括調節支架(121)和彈性探針(122)，通過調整調節支架(121)可調節彈性探針(122)與測試樣品的接觸點。2.根據權利要求1所述的外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特征在于：樣品測試臺(111)為不銹鋼或者陶瓷材質，外部直徑10mm～500mm，用于測試時放置樣品并控制樣品工作溫度，加熱絲(112)在施加一定的加熱電流后能夠提供熱量，溫度傳感器(113)為之提供反饋，實時調整加熱電流，水冷保護系統(114)外部連接冷卻水循環箱(4)提供水冷保護和輔助溫度調節。3.根據權利要求1所述的外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特征在于：調節支架(121)為金屬材質，可實現探針的X-Y-Z三向調節，調節精度0.001mm～0.1mm，調節總距1mm～20mm，用于控制探針與材料之間的接觸位置；彈性探針(122)的彈性端直接接觸測試樣品，另一端相連測量電極。4.根據權利要求1所述的外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特征在于：氣室(2)為不銹鋼材質，圓柱或者圓錐型，體積1L～50L，通過翻轉旋轉軸(21)與測試平臺(1)形成封閉或敞開的測試環境，氣室(2)與測試平臺(1)銜接的接口處為凹型設計并安裝密封圈(26)。5.根據權利要求1或4所述的外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特征在于：測試平臺(1)與氣室(2)相結合，可支持靜態配氣以及不同壓強下的動態配氣；其中，靜態配氣包括氣體稀釋配氣和液體蒸發配氣，氣體稀釋配氣從注氣孔(22)注入一定體積的氣體；液體蒸發配氣從注液孔(23)注入到液體蒸發器(13)，蒸發器的加熱溫度通過觸摸控制屏(38)上的蒸發溫度(383)設置；動態配氣包括測試平臺(1)連接動態配氣系統(6)，在開啟混氣閥(181)后，氣體將從氣路(18)進入氣室；真空系統包括真空泵(5)、真空計(16)、抽真空通道(17)和角閥(161)，可對封閉的氣室進行抽真空處理并保持一定的真空度，在使用動態配氣系統(6)通氣后，通過觸摸控制屏(38)顯示的環境壓強(386)鎖定測試樣品工作時的氣壓，從而支持不同壓強下的動態配氣測試。6.根據權利要求1所述的外部控溫型智能氣敏分析裝置，其特征在于：控制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐冬梅，漆奇，曹峰，
申請(專利權)人：北京艾立特科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11