CN101487812A - 一种元器件阻温特性与气敏特性测试*** - Google Patents

一种元器件阻温特性与气敏特性测试*** Download PDF

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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

一种元器件阻温特性与气敏特性测试***
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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