CN206114577U - 一种气敏材料性能测试室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气敏材料性能测试室，所述测试室包括上盖板(1)和底板(4)，上盖板(1)和底板(4)间形成一个测试空腔，且上盖板(1)和底板(4)间使用密封圈进行密封，所述测试空腔内设有加热板(5)、温度传感器(9)、瓷片(7)和金属探针(6)，其中，加热板(5)安装在底板(4)中，加热板(5)下安装有温度传感器(9)，加热板(5)和温度传感器(9)连接到测试空腔外部的温度控制器上，加热板(5)上放置有瓷片(7)，瓷片(7)上载有气敏材料，金属测试探针(6)压在瓷片(7)的电极(10)上并将信号引出到外部的测试仪器中。本实用新型提供的测试室构造简单，能够快速获得气敏材料的性能测试结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及气敏材料测试技术领域，尤其涉及一种气敏材料性能测试室。
背景技术
传感器是将感受到的物理、化学信息等按一定规律变换成为电信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的器件。气敏传感器是传感器中主要的一类传感器，在现代工业生产及社会生活中扮演着主要角色。气敏传感器根据机理、用途、工艺等有众多的产品分类，目前产量较大的有金属氧化物半导体式广谱型、催化式可燃气体、半导体红外式、汽车用高温离子氧传感器等，其中如金属氧化物半导体式广谱型、催化式可燃气体等多种类型传感器仍使用传统的粉末混合烧结工艺进行生产和应用，其气敏性能的好坏也要到最终的传感器成品阶段才能进行检测和评价。
传统工艺的气敏传感器加工工艺，从气敏材料到做成气敏传感器要经过很多道程序，气敏材料制备--准备载体和电极引线——涂覆气敏材料——烧结——转载器件支架——器件老化——性能检测，如果是进行器件生产，这是必须要走的流程，但对于考察气敏材料的气敏特性或工艺特性，要等到做成传感器器件并对其进行完整性能测试过后才能知道，这个过程就显得有点漫长。而且由于传感器成品除了受到材料自身特性的影响，还会受到生产和装配过程中其它工艺因素的影响，最终结果不能直接反应材料本身的气敏特性，因而有必要使用一种便捷手段能方便地进行气敏材料的特性测量。
对气敏元器件的测量，需将其置于密闭容器中，并在密闭容器中通入已知浓度的测试目标气体，读取传感器的输出结果，如“气体报警器校验箱”(CN201420240189.7)、“防疫用气体采样检测装置”(CN200920239220.4)、“一种可用于NOX传感器测试的模拟排气管装置”(CN201420774482.1)等所述的气敏检测气室，气敏检测气室根据使用目的和要求的不同，会具有不同的结构和功能。
申请号为CN201120561722.6的中国专利公开了一种气敏特性动态测试***测试室，以解决动态测试室内进出气流容易发生堵塞、测试室内剩余气体不能尽快排出等问题。它包括上盖、主腔体、下盖、支架，测试室主体，所述支架上设有下盖，所述上盖与下盖之间设有测试室主体，所述测试室主体的上顶面和下底面分别设有密封槽，所述测试室主体的两侧壁分别设有进气口和出气口，所述进气口和出气口分别与主腔体相通。该专利只对测试室密封结构进行改进，但是并未对测试主体中的测试元件进行改进。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种气敏材料性能测试室，所述测试室结构简单，能够迅速检测气敏材料的性能，不需等到气敏传感器完全生产结束再检测，提高测试效率，且测试结果更加准确。
本实用新型的技术方案如下：一种气敏材料性能测试室，所述测试室包括上盖板1和底板4，所述上盖板1和底板4之间形成一个测试空腔，且上盖板1和底板4接口处使用密封圈进行密封，所述测试空腔内设有加热板5、温度传感器9、瓷片7和金属探针6，其中，所述加热板5安装在底板4中，加热板5下安装有温度传感器9，加热板5和温度传感器9连接到测试空腔外部的温度控制器上，根据测试需要调节到所需工作温度，加热板5上放置有瓷片7，瓷片7上载有气敏材料，金属测试探针6压在瓷片7的电极10上并将信号引出到外部的测试仪器中。
所述加热板5与底板4之间设有隔热板8。
所述上盖板1一侧设有进气接口2，另一侧设有出气接口3，使测试气体可以流过涂覆有气敏材料的瓷片表面。所述气敏材料性能测试室由上下盖组成并密封，通过进气接口和出口出气接口通入所需气体，测试信号和加热板引出至测试室外分别连接测量仪器和温度控制器。
所述瓷片7厚度不超过1mm；所述瓷片7单元为一通道或两通道；气敏材料所使用的测试瓷片，根据需要也可能是其它材料，比如硅片、碳化硅片等，主要取决于制作气敏材料和结构的工艺要求。
电极可以按需加工为多种形状，作为优选，所述电极10为端电极或叉指电极，即将瓷片设计成端电极瓷片或叉指电极瓷片。
所述电极10的材料为金、银、钌、铂或其合金，其他耐高温的材料也可。
由于气敏材料种类较多，如无特殊说明，本实用新型主要指采用粉末烧结工艺的SnO2、ZnO、MgO等金属氧化物半导体材料。
本实用新型的机理如下：将气敏材料直接涂敷在一块带电极的瓷片上，将瓷片放到气敏材料测试用气室中，用金属探针压接瓷片上的电极以便引出气敏材料的响应信号，温度控制器控制加热板将瓷片加热到所需的工作温度，通过记录响应信号的变化可以直接知道该材料的气敏特性。通过调节气体组分和浓度变化、工作温度等参数可以快速地完成气敏材料特性的测量。瓷片在没有涂覆气敏材料时，电极间为绝缘状态，涂覆气敏材料后，气敏材料在达到某一温度后其由绝缘态进入半导态，其电阻率会发生显著变化，此时外部检测仪表可以明确地看到此变化。由于气敏材料在半导态下对气氛变化十分敏感，在通入不同气体种类、浓度的情况下，材料的电阻率也会随其变化，变化的大小即反应了其灵敏度的高低，从而达到气敏特性检测的目的。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的测试室构造简单，能够快速获得气敏材料的性能测试结果。
附图说明
图1为气敏材料性能测试室的结构示意图；
图2为端电极型测试瓷片的结构示意图；
图3为叉指型测试瓷片的结构示意图；
图中标记：1-上盖板，2-进气接口，3-出气接口，4-盖板，5-加热板，6-金属测试探针，7-瓷片，8-隔热板，10-电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
气敏材料性能测试室结构如图1所示，测试室由上盖板1和底板4组成，两者均采用铝合金材料加工而成，上盖板1和底板4通过螺丝及密封圈形成一个封闭腔体，图1中上盖板1和底板4处于分离状态。上盖板1两端加工有气体进气接口2和出气接口3，进气接口2和出气接口3分别通过螺纹接头与外部气管连接，用于通入和排出已知浓度的测试气体。底板4中安装有加热板5，加热板5下面通过隔热板8和底板4隔热并固定，加热板5下安装有温度传感器9，加热板5和温度传感器9连接到外部的温度控制器上，根据测试需要调节到所需工作温度上，温度范围可控制在室温到500℃之间，载有气敏材料的瓷片7置于加热板5上，用金属测试探针6压在瓷片7的电极10上并将信号引出到测试仪器中。电极10可以设计为端电极，如图2所示，也可设计为叉指电极，如图3所示，电极10的材料为金、银、钌、铂或其合金等。
所述气敏材料性能测试室的应用过程如下：
使用SnO2为主的气敏材料涂敷在如图2的端电极测试瓷片中，先将气敏材料加入去离子水搅拌成为浆状，并均匀涂覆在瓷片上，涂覆时气敏材料要覆盖住两端的电极。将瓷片在烘箱中加低温先烘干，然后再使用马弗炉中加热到550℃，保温30分钟进行材料烧结。烧结后的瓷片放入气室中的加热板上，将金属测试探针分别压在瓷片端电极上，外部将信号接到基于计算机的信号数据采集记录仪上。盖上测试室上盖板密封，并将加热板加热到300℃，将预先混合好的不同浓度的甲烷混合气体通入气室，计算机上记录下这一过程的气敏材料变化结果，通过结果便可计算出灵敏度、响应时间、恢复时间等气敏材料的特性参数。
对以ZnO主的气敏材料，添加有重量百分比含量1％以下SnO2、PdO、In2O3等辅料的气敏材料，由于ZnO本体电阻率较大，使用如图3的叉指型瓷片进行测量，由于叉指结构成倍地增加了两电极间的接触面积适宜于测试高电阻率的气敏材料。待测气敏材料的前期准备和制备过程同前例，烧结后的瓷片放入气室中的加热板后，由于ZnO的半导体化转化温度较高，将其工作温度加热到450℃进行后续气敏特性测量，在没有计算机数据采集记录仪的情况下，外部也可接一数字万用表作为测量仪器，切换到电阻测量档位，直接读取结果。
Claims (7)
1.一种气敏材料性能测试室，所述测试室包括上盖板(1)和底板(4)，所述上盖板(1)和底板(4)之间形成一个测试空腔，且上盖板(1)和底板(4)接口处使用密封圈进行密封，其特征在于，所述测试空腔内设有加热板(5)、温度传感器(9)、瓷片(7)和金属探针(6)，其中，所述加热板(5)安装在底板(4)上，加热板(5)下安装有温度传感器(9)，加热板(5)和温度传感器(9)连接到测试空腔外部的温度控制器上，加热板(5)上放置有瓷片(7)，瓷片(7)上载有气敏材料，金属测试探针(6)压在瓷片(7)的电极(10)上将信号引出到外部的测试仪器中。
2.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述加热板(5)与底板(4)之间设有隔热板(8)。
3.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述上盖板(1)一侧设有进气接口(2)，另一侧设有出气接口(3)。
4.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述瓷片(7)厚度不超过1mm。
5.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述瓷片(7)单元为一通道或两通道。
6.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述电极(10)为端电极或叉指电极。
7.如权利要求1所述的气敏材料性能测试室，其特征在于，所述电极(10)的材料为金、银、钌或铂。
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