CN101487812A - 一种元器件阻温特性与气敏特性测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种元器件阻温特性与气敏特性测试***,包括两个进气口,混气室、真空反应室、气体浓度测试仪、测试探针装置、控温板、温度控制器和计算机,两个进气口分别通过阀门与混气室相连,在两个进气口处分别设置有流量计,混气室通过阀门与真空反应室相连,抽气泵通过阀门与真空反应室相连,在真空反应室内固定有用于加热待测元器件的控温板、在靠近控温板的位置设置有气体浓度测试仪,在真空反应室内还固定有测试探针装置,控温板受与计算机相连的温度控制器的控制,测试探针装置的两个探针用作待测元器件的接触电极,并与万用表相连,万用表与计算机相连。本发明能够更准确地控制并能实时测出反应室检测气体的含量,电极接触更为可靠,且将阻温特性测试与气敏特性测试两种功能集成于同一装置,能够实现数据记录的全自动化。
Description
技术领域
本发明涉及一种气敏传感器特性测试装置。
背景技术
气敏传感器的阻温特性测试装置通常包括两个主要部分:加热部分和电阻测试部分。目前市场上的主要测试仪器(如杭州精科仪器有限公司的FQJ/2型非平衡电桥加热装置)都需要人工计数。由于人的主观性和反应的滞后性,使采样不准确且采样点偏少。而且此类设备不能精确控制升温速度,限制了设备的使用范围。
气敏特性测试装置包括三个主要部分:进气部分,电学性能测试部分,加热部分。
(1)目前国内有两种进气方法:一种是根据反应室的体积计算进气量,用微量进样器注入检测气体,通过扩散或借助风扇使气体均匀充满反应室。(参见论文,Huijuan Xia,Yan Wang,Fanhong Kong,Shurong Wang,Baolin Zhu,Xianzhi Guo,Jun Zhang,YanmeiWang,Shihua Wu,Au-doped WO3-based sensor for NO2 detection at low operatingtemperature,Sensors and Actuators B 134(2008)133-139.)另一种是先将反应室抽真空,再直接注入预先用质量流量计混合好的气体到反应室。(参见专利,200710063698.1)。由于气体源纯度的限制,微量进样器(质量流量计)的精度限制,整个装置的气密性限制以及单级真空泵所能达到的最大真空度限制,最终反应室内气体的浓度与前端理论计算得到的浓度有偏差,故此类检测气体的注入方法需要改进。
(2)测试电学性能需要将元器件的两个电极引出。目前一般采用焊接金属线或者压片接触的方式。焊接金属线步骤复杂,同时元器件的电阻对电极接触质量非常敏感,焊点的好坏直接影响到电学性能的测试。普通的压力式更不能保证良好的电接触。
(3)目前,对元器件的阻温特性和气敏特性的测量,需要采用两套单独的装置测试装置,测试既不方便,成本又高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足,提供一种更准确地控制并能实时测出反应室检测气体的含量(ppm级),电极接触更为可靠,且将阻温特性测试与气敏特性测试两种功能集成于同一装置,实现数据记录的全自动化的气敏传感器特性测试装置。
为此,本发明采用如下的技术方案:
一种元器件阻温特性与气敏特性测试***,包括两个进气口,混气室、真空反应室、气体浓度测试仪、测试探针装置、控温板、温度控制器和计算机,两个进气口分别通过阀门与混气室相连,在两个进气口处分别设置有流量计,混气室通过阀门与真空反应室相连,抽气泵通过阀门与真空反应室相连,在真空反应室内固定有用于加热待测元器件的控温板、在靠近控温板的位置设置有气体浓度测试仪,在真空反应室内还固定有测试探针装置,控温板受与计算机相连的温度控制器的控制,测试探针装置的两个探针用作待测元器件的接触电极,并与万用表相连,万用表与计算机相连。
作为优选实施方式,本发明的元器件阻温特性与气敏特性测试***,所述的测试探针装置包括架台、设置在架台上的夹持机构、受夹持机构固定的两个探针臂、分别通过探针座固定在探针臂上的两个弹簧探针;所述的探针臂是一个臂距可调的机械装置;所述的测试***还包括阴阳极化仪,用于配合测试待测元器件的伏安特性;所述的测试***还包括恒流稳流源,用于配合测试待测元器件在恒定工作电流下的气敏特性。
本发明具有如下突出的技术效果:
1,通过智能仪表与计算机的搭配使用,可以实现气敏特性,阻温特性等一系列特性测试的一体化,智能化,记录数据的全自动化,以及数据处理的简便化。
2,通过对真空反应室气体浓度的精确测量,可以更准确地量化所测器件的气敏特性。
3,通过弹簧探针的巧妙使用,解决了元器件测试引电极难且不可靠的实际问题。
附图说明
图1本发明的元器件阻温特性与气敏特性测试***的结构框图;
图2本发明采用的测试探针装置的正视图;
图3本发明采用的测试探针装置的侧视图;
图4本发明测试***另一种实施方式的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
参见图1,本发明的测试***包括两个进气口,进气口1用于通入检测气体;进气口2,用于通入载气;精确质量流量计3;质量流量计4;混气室5;与混气室5相连的带盖子的真空反应室;真空反应室里设置有气体检测仪、加热铝板(或称为控温板)、用于测量加热铝板温度的热电偶、测试探针装置(也可称为接触电极装置);根据热电偶测量的温度进行温度调节的PID智能温度控制器(带有串行通信接口);数字万用表;计算机;与真空反应室通过阀门相连的抽气泵;测量真空反应室压力的压力表或真空表。
测试时,先关闭阀门6,7,8,9,打开阀门10,11.用真空泵对混气室5和真空反应室进行抽真空。达到所需要真空值时关闭阀门10,11,打开阀门6,7,8,9。根据测试需要,利用质量流量计将特定比例的气体通入混气室进行预混合。待混合充分后打开阀门11,将气体通入真空反应室,利用气体检测仪实时测出反应室的气体含量。
参见图2和图3,将元器件27放置于探针臂23下方的加热板26表面,调节探针臂23间距使之与器件电极间距相匹配,并将铁夹22向下移动,直至探针25接触电极的表面。通过对PID智能温度控制器的编程与设定,对元器件27进行精确加热。并将温度-时间值传入计算机。
两个探针座24通过一个安装在反应室内壁上的接线端与外界相连。并分别接在数字万用表的地线和电阻测试端。数字万用表与计算机相连。可以实时记录电阻-时间值,观测电阻-时间曲线。
真空反应室上部分为法兰连接的反应室盖。真空反应室规格为:直径200mm,高150mm。
加热板的最大功率为400w,可靠加热范围0-350℃。规格为:长95mm,宽95mm,高12mm。
PID温度控制器精度0.5级,400段曲线可编程,带串行接口与接口软件。
数字万用表(DMM)电阻档量程0-99兆欧。精度误差0.025%,带串行接口与接口软件。
气体检测仪可以自由更换测试探头以用于不同气体的参数测试。
探针型号为P100-J,接触电阻为50毫欧。
下面具体说明如何使用本发明的测试***。
1,分别将反应气和载气接到进气口1和进气口2。
2,用真空泵对气体反应室和混气室抽真空到所需的真空度。压力表用于显示反应室的真空度。
3,根据所需的反应气体浓度计算反应气体和载气的比例。利用质量流量计将两种气体通入混气室混合,再通入反应室直至压力表显示值达到所需的压强。
4,利用气体浓度检测仪(加拿大约克公司的GAXT系列高精度防水单一气体检测仪)读出反应室里气体的确切浓度。这一点是本发明的独创部分。在反应室气敏器件附近直接检测出气体的浓度。避免了周边一切实验条件的限制和干扰,降低了对该***内其余设备的精度的要求,如不必要安装多级真空泵以保证真空反应室抽到很高的真空,节约了实验时间;不必要购买昂贵的精确质量流量计等。并且,此方法测出的浓度是直接的,通过前端计算的浓度只能是近似值。同时,配合压力表,此气体浓度检测仪能更直观地判断实验装置是否漏气。
以上是一套新型的气体注入***解决方案。
5,在反应室的壁上有6个双端接线柱。这6个接线柱内部一端分别接加热板正负极,热电偶正负极。探针座(2根)。外部一端对应接PID智能温度控制器的继电器输出正负极。热电偶输入正负极。数字万用表的地线和电阻档。
6,真空反应室的内部:测试前进行元器件的安装,首先打开万用表,然后将器件放在探针下方适当处。根据器件上的电极间距调整探针臂的间距。将铁夹向下移动,同时观察万用表示数,至万用表示数变为有限值,停止移动铁夹。此接线方法是在该领域的首创。该发明巧妙利用国内已经成熟的PCB探针,将原本需要焊接金属线才能保证可靠的接触方法加以简化,并且理论实践证明探针接触是电学可靠的。(如已广泛用于科学实验的四探针测试仪就采用类似探针接触。)该部分的详细构成见附图2,测试探针装置包括:铁架台21;铁夹22;探针臂23;探针座24;弹簧探针25。探针臂23是一个臂距可调的机械装置,左右臂间的间距灵活可调,调节范围1-15mm,可以适应集成电路工艺下的大多数器件。探针座24安装在弹簧探针臂23的下端,弹簧探针25插在探针座23中。若长期使用使探针失去弹性。亦可方便地更换弹簧探针25以保证高可靠的电学接触。
7,测试气敏特性时,先将反应室抽真空,然后将PID温度控制器调到适宜温度。待温度稳定后,开启万用表,并以1sa/s的采样速率向计算机中不间断传输电学量,此时按照步骤3向反应室中通入适量气体,实时地绘出气敏特性曲线图。待反应稳定后,用真空泵抽出气体,并通入载气,测试器件的气敏恢复特性。然后将所有实验数据完整保存于计算机中,方便进一步处理。
8,测试阻温特性时,根据测试需要设定PID温度控制器的升温曲线以及升温阈值。并连接PID温度控制器到计算机,输出温度-时间值(1sa/s)。同时打开数字万用表并连接到计算机,输出电阻-时间值(1sa/s)。实验完毕后,将两个文件保存成电子表格文件,利用表格软件可以很方便地得出电阻-温度值与相应曲线,这是本发明的第三个亮点。PID智能温度控制器(日本岛电fp-23)控制的精度高,可设置各种形状的升温曲线。数字万用表为采样率5sa/s的高精度万用表(优利得ut-70d)。
9,测试功能扩展
基于器件的电极已可靠地引出到反应室外的接线端,因此可以方便灵活地配合其它仪器测试器件的其它特性。例如,配合阴阳极极化仪可以测试器件的I-V特性,配合恒流稳流源可以测试器件恒定工作电流的气敏特性,等等,参见图4.
Claims (5)
1.一种元器件阻温特性与气敏特性测试***,包括两个进气口,混气室、真空反应室、气体浓度测试仪、测试探针装置、控温板、温度控制器和计算机,两个进气口分别通过阀门与混气室相连,在两个进气口处分别设置有流量计,混气室通过阀门与真空反应室相连,抽气泵通过阀门与真空反应室相连,在真空反应室内固定有用于加热待测元器件的控温板、在靠近控温板的位置设置有气体浓度测试仪,在真空反应室内还固定有测试探针装置,控温板受与计算机相连的温度控制器的控制,测试探针装置的两个探针用作待测元器件的接触电极,并与万用表相连,万用表与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的元器件阻温特性与气敏特性测试***,其特征在于,所述的测试探针装置包括架台、设置在架台上的夹持机构、受夹持机构固定的两个探针臂、分别通过探针座固定在探针臂上的两个弹簧探针。
3.根据权利要求2所述的元器件阻温特性与气敏特性测试***,其特征在于,所述的探针臂是一个臂距可调的机械装置。
4.根据权利要求1所述的元器件阻温特性与气敏特性测试***,其特征在于,所述的测试***还包括阴阳极化仪,用于配合测试待测元器件的伏安特性。
5.根据权利要求1所述的元器件阻温特性与气敏特性测试***,其特征在于,所述的测试***还包括恒流稳流源,用于配合测试待测元器件在恒定工作电流下的气敏特性。
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