一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置的製作方法

2023-04-23 01:07:01

本實用新型涉及一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置，屬於物理測量技術領域。

背景技術：

化學電阻型氣敏傳感器屬於半導體氣敏傳感器的一種，在化學電阻型傳感器所處的環境氣氛中通入被檢測的氣體，當其濃度達到一定值時，由於表面的氣體吸附，引起其電導率的變化，利用這種電信號，可以對不同氣體進行檢漏、防災報警及測量。例如，n型半導體檢測還原性氣體時，經過反應後，氣體被氧化，電子注入n型半導體中，使其電阻降低，通過電阻的變化來監測被檢測氣體的濃度變化。

化學電阻型氣敏傳感器性能的表徵主要有靜態法和動態法兩種。靜態法主要通過注入被檢測氣體並迅速擴散實現特定氣氛的模擬，缺點是溼度受環境影響大，被檢測氣濃度控制精度較差；動態法主要藉助質量流量計精準控制氣流配比，最低濃度可低至1ppb(±10％，體積濃度1ppb＝1×10-9m3/m3)，缺點是密封難度大，且一次只能測試一個樣品。因此，發展一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置十分必要。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置。本實用新型的目的通過以下技術方案實現。

一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置，包括樣品臺、電極引出裝置和氣氛保持單元，氣氛保持單元將整個測試裝置置於所需氣氛中，電極引出裝置將樣品與外部測試儀表構成通路。測試時，將樣品置於樣品臺上，通過氣氛保持單元使整個測試裝置處於所需氣氛中，電極引出裝置使樣品與外部測試儀表(例如數字源表Keithley 2601)構成通路，實現對氣敏傳感器的性能測試。

進一步地，所述氣氛保持單元包括密閉容器，密閉容器上的進氣管路及閥門、出氣管路及閥門、壓力表和氣體抽吸裝置。

進一步地，所述氣氛保持單元包括密閉容器，密閉容器上的兩個進氣管及閥門、一個出氣管及閥門、一個真空表和真空泵。

將樣品臺的電極引出實現與樣品與外部測試儀表構成通路，同時實現測試裝置的密封，是本發明的關鍵。為此，發明人對樣品承載單元和氣氛保持單元做了精心設計，以實現上述目標。

氣氛保持單元的密閉容器包括一端封閉的石英管以及密閉石英管開口端的密封件，密封件分為兩部分：密封件a和密封件b，密封件a和密封件b通過管口螺紋和橡膠圈在石英管外側壓緊密封，密封件b分為內件和外件兩部分，內件和外件採用不鏽鋼件機械連接，內件與進氣管路、出氣管路和壓力表連接並開有電極孔，外件上開有電極轉接口；樣品臺通過焊接與密封件b連接，樣品臺上的樣品電極引出後通過密封件b內件上的電極孔引出並用環氧樹脂密封，引出的電極線通過密封件b外件上的電極轉接口與數字源表連接。

進一步地，電極轉接口個數是數字源表電極個數的n倍，n為自然數，可以實現同時測量n個樣品。

進一步地，石英管外層包裹一層金屬網，形成整個裝置的金屬環繞，實現法拉第籠的電磁屏蔽功能，利於nA及以下的精細電流測量。

本實用新型具有以下優點：本裝置使用氣氛可控，與溼度發生罐、標準氣配合能實現不同氣氛的調節，與真空泵配合可實現真空氣氛，利於化學電阻型氣敏傳感器的性能表徵。通過改變電極個數，本裝置可同時實現多組化學電阻型氣敏傳感器的測試。本裝置能實現法拉第籠屏蔽電磁幹擾，實現納安及以下的精細電流測量。本裝置採用焊接密封與環氧樹脂密封，可耐真空，耐壓1MPa以上。本裝置所用石英管材質、不鏽鋼、橡膠圈與環氧樹脂灌封配合使用，中心樣品臺最高可實現耐溫1000℃。

附圖說明

圖1是本實用新型的氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置截面圖。

圖2是密封件b內件右視圖。

圖3是密封件b外件右視圖。

附圖標記：1-石英管，2-橡膠圈，3-密封件a，4-密封件b，5-電極孔，6-出氣管，7-樣品臺，8-密封件b內件，9-密封件b外件，10-電極轉接口，11-出氣管出口。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。

一種氣氛可控多器件化學電阻型氣敏傳感器密封測試裝置，包括樣品臺7、電極引出裝置和氣氛保持單元，氣氛保持單元使整個測試裝置處於所需氣氛中，電極引出裝置使樣品與外部測試儀表構成通路。測試時，將樣品置於樣品臺7上，通過氣氛保持單元使整個測試裝置處於所需氣氛中，電極引出裝置使樣品與外部測試儀表(例如數字源表Keithley 2601)構成通路，實現對氣敏傳感器的性能測試。

氣氛保持單元的密閉容器包括一端封閉的石英管1以及密閉石英管開口端的密封件，密封件分為兩部分：密封件a3和密封件b4，密封件a3和密封件b4通過管口螺紋和橡膠圈2在石英管1外側壓緊密封，密封件b4分為內件和外件兩部分，內件和外件採用不鏽鋼件機械連接，內件與進氣管路6、出氣管路和壓力表連接並開有電極孔5，外件上開有電極轉接口10；樣品臺7通過焊接與密封件b4連接，樣品臺7上的樣品電極引出後通過密封件b4內件上的電極孔5引出並用環氧樹脂密封，引出的電極線通過密封件b4外件上的電極轉接口10與數字源表連接。

實施例1

在預製Ag電極的藍寶石基片上製備不同直徑的ZnO納米線陣列薄膜。將直徑為50-70、100-150和200-250nm的ZnO氣敏傳感器固定於水平樣品臺上，通過引出Au線與各自電極連接。然後將含樣品臺的密封件與石英管密封固定，電極接頭與數字源表相連，通過質量流量計調節乾燥的合成空氣、標準氣(如1-1000ppm的苯分散於合成空氣中)和溼度發生罐空氣流量實現不同氣體(苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲醛等)，不同濃度(10ppb-1000ppm)，不同溼度(0-100％RH)的控制，通過管式爐控制不同溫度(25-600℃)，實現多個ZnO氣敏傳感器性能隨氣體種類、氣體濃度、溼度和溫度變化的測試。

實施例2

在預製Au叉指電極的氧化鋁基片上製備不同厚度的SnO2納米棒陣列薄膜。將厚度約為1、2和5微米的SnO2氣敏傳感器固定於水平樣品臺上，通過引出Au線與各自電極連接。然後將含樣品臺的密封件與石英管密封固定，電極接頭與數字源表相連，通過質量流量計調節乾燥的合成空氣、標準氣(如1-1000ppm的苯分散於合成空氣中)和溼度發生罐空氣流量實現不同氣體(苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲醛等)，不同濃度(10ppb-1000ppm)，不同溼度(0-100％RH)的控制，通過管式爐控制不同溫度(25-600℃)，實現多個SnO2氣敏傳感器性能隨氣體種類、氣體濃度、溼度和溫度變化的測試。

實施例3

在預製Ag-Pd叉指電極的氧化鋁基片上滴加HKUST-1製備薄膜(HKUST-1為銅離子與均苯三甲酸配位所得金屬有機框架材料)。將顆粒尺寸約為50、100和500nm的HKUST-1溼敏傳感器固定於水平樣品臺上，通過引出Au線與各自電極連接。然後將含樣品臺的密封件與石英管密封固定，電極接頭與數字源表相連，通過質量流量計調節乾燥的合成空氣、和溼度發生罐空氣流量實現不同溼度(0-100％RH)的控制，通過管式爐控制不同溫度(25-600℃)，實現多個HKUST-1溼敏傳感器性能隨溼度和溫度變化的測試。

實施例4

在預製Ag-Pd叉指電極的氧化鋁基片上滴加M-CAT-1製備薄膜(M-CAT-1為金屬離子與六羥基苯並菲配位所得金屬有機框架材料，金屬離子為銅、鈷和鎳)。將顆粒尺寸約為50、100和500nm的M-CAT-1溼敏傳感器固定於水平樣品臺上，通過引出Au線與各自電極連接。然後將含樣品臺的密封件與石英管密封固定，電極接頭與數字源表相連，通過質量流量計調節乾燥的合成空氣、標準氣和溼度發生罐空氣流量實現不同氣體(苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲醛等)，不同濃度(10ppb-1000ppm)，不同溼度(0-100％RH)的控制，通過管式爐控制不同溫度(25-600℃)，實現多個M-CAT-1溼敏傳感器性能隨溼度和溫度變化的測試。

實施例5

在預製Ag電極的藍寶石基片上製備不同鞘層厚度的ZnO@ZIF-CoZn核殼結構納米線陣列薄膜(ZnO直徑50-70nm，ZIF-CoZn為鋅離子、鈷離子與二甲基咪唑配位所得的雙金屬金屬有機框架材料)。將鞘層厚度為5、15和100nm的ZnO@ZIF-CoZn氣敏傳感器固定於水平樣品臺上，通過引出Au線與各自電極連接。然後將含樣品臺的密封件與石英管密封固定，電極接頭與數字源表相連，通過質量流量計調節乾燥的合成空氣、標準氣和溼度發生罐空氣流量實現不同氣體(苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲醛等)，不同濃度(10ppb-1000ppm)，不同溼度(0-100％RH)的控制，通過管式爐控制不同溫度(25-300℃)，實現多個ZnO@ZIF-CoZn氣敏傳感器性能隨氣體種類、氣體濃度、溼度和溫度變化的測試。