一種元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統的製作方法
2023-10-11 15:16:09 1
專利名稱：一種元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣敏傳感器特性測試裝置。
背景技術：
氣敏傳感器的阻溫特性測試裝置通常包括兩個主要部分加熱部分和電阻測試部分。
目前市場上的主要測試儀器(如杭州精科儀器有限公司的FQJ/2型非平衡電橋加熱裝置)
都需要人工計數。由於人的主觀性和反應的滯後性，使採樣不準確且採樣點偏少。而且此類設備不能精確控制升溫速度，限制了設備的使用範圍。
氣敏特性測試裝置包括三個主要部分進氣部分，電學性能測試部分，加熱部分。
(1) 目前國內有兩種進氣方法 一種是根據反應室的體積計算進氣量，用微量進樣器注入檢測氣體，通過擴散或藉助風扇使氣體均勻充滿反應室。(參見論文，Hui juan Xia，Yan Wang, Fanhong Kong, Shurong Wang, Baolin Zhu, Xianzhi Guo，Jun Zhang， Yanmei沐ang, Shihua沐u， Au—doped沐03—based sensor for N02 detection at low operatingtemperature, Sensors and Actuators B 134 (2008) 133 - 139.)另一種是先將反應室抽真空，再直接注入預先用質量流量計混合好的氣體到反應室。(參見專利，200710063698.1)。由於氣體源純度的限制，微量進樣器(質量流量計)的精度限制，整個裝置的氣密性限制以及單級真空泵所能達到的最大真空度限制，最終反應室內氣體的濃度與前端理論計算得到的濃度有偏差，故此類檢測氣體的注入方法需要改進。
(2) 測試電學性能需要將元器件的兩個電極引出。目前一般採用焊接金屬線或者壓片接觸的方式。焊接金屬線步驟複雜，同時元器件的電阻對電極接觸質量非常敏感，焊點的好壞直接影響到電學性能的測試。普通的壓力式更不能保證良好的電接觸。
(3) 目前，對元器件的阻溫特性和氣敏特性的測量，需要採用兩套單獨的裝置測試裝置，測試既不方便，成本又高。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提供一種更準確地控制並能實時測出反應室檢測氣體的含量(ppm級)，電極接觸更為可靠，且將阻溫特性測試與氣敏特性測試兩種功能集成於同一裝置，實現數據記錄的全自動化的氣敏傳感器特性測試裝置。
為此，本發明採用如下的技術方案-
一種元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，包括兩個進氣口，混氣室、真空反應室、
3氣體濃度測試儀、測試探針裝置、控溫板、溫度控制器和計算機，兩個進氣口分別通過 閥門與混氣室相連，在兩個進氣口處分別設置有流量計，混氣室通過閥門與真空反應室 相連，抽氣泵通過閥門與真空反應室相連，在真空反應室內固定有用於加熱待測元器件 的控溫板、在靠近控溫板的位置設置有氣體濃度測試儀，在真空反應室內還固定有測試 探針裝置，控溫板受與計算機相連的溫度控制器的控制，測試探針裝置的兩個探針用作 待測元器件的接觸電極，並與萬用表相連，萬用表與計算機相連。
作為優選實施方式，本發明的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，所述的測試探 針裝置包括架臺、設置在架臺上的夾持機構、受夾持機構固定的兩個探針臂、分別通過 探針座固定在探針臂上的兩個彈簧探針；所述的探針臂是一個臂距可調的機械裝置；所 述的測試系統還包括陰陽極化儀，用於配合測試待測元器件的伏安特性；所述的測試系 統還包括恆流穩流源，用於配合測試待測元器件在恆定工作電流下的氣敏特性。
本發明具有如下突出的技術效果
1，通過智能儀表與計算機的搭配使用，可以實現氣敏特性，阻溫特性等一系列特性 測試的一體化，智能化，記錄數據的全自動化，以及數據處理的簡便化。
2，通過對真空反應室氣體濃度的精確測量，可以更準確地量化所測器件的氣敏特性。 3，通過彈簧探針的巧妙使用，解決了元器件測試引電極難且不可靠的實際問題。
圖1本發明的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統的結構框圖2本發明採用的測試探針裝置的正視圖3本發明採用的測試探針裝置的側視圖4本發明測試系統另一種實施方式的結構框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳述。
參見圖l，本發明的測試系統包括兩個進氣口，進氣口 l用於通入檢測氣體；進氣口 2，用於通入載氣；精確質量流量計3;質量流量計4;混氣室5;與混氣室5相連的帶蓋 子的真空反應室；真空反應室裡設置有氣體檢測儀、加熱鋁板(或稱為控溫板)、用於 測量加熱鋁板溫度的熱電偶、測試探針裝置(也可稱為接觸電極裝置)；根據熱電偶測 量的溫度進行溫度調節的PID智能溫度控制器(帶有串行通信接口)；數字萬用表；計 算機；與真空反應室通過閥門相連的抽氣泵；測量真空反應室壓力的壓力表或真空表。
測試時，先關閉閥門6， 7， 8， 9，打開閥門10， 11.用真空泵對混氣室5和真空反 應室進行抽真空。達到所需要真空值時關閉閥門10， 11，打開閥門6， 7， 8， 9。根據測 試需要，利用質量流量計將特定比例的氣體通入混氣室進行預混合。待混合充分後打開 閥門ll，將氣體通入真空反應室，利用氣體檢測儀實時測出反應室的氣體含量。參見圖2和圖3，將元器件27放置於探針臂23下方的加熱板26表面，調節探針臂23間距使之與器件電極間距相匹配，並將鐵夾22向下移動，直至探針25接觸電極的表面。通過對PID智能溫度控制器的編程與設定，對元器件27進行精確加熱。並將溫度-時間值傳入計算機。
兩個探針座24通過一個安裝在反應室內壁上的接線端與外界相連。並分別接在數字萬用表的地線和電阻測試端。數字萬用表與計算機相連。可以實時記錄電阻-時間值，觀測電阻-時間曲線。
真空反應室上部分為法蘭連接的反應室蓋。真空反應室規格為直徑200mm，高150ram。加熱板的最大功率為400w，可靠加熱範圍0-350° C。規格為長95mm，寬95ram，高12mrn。
PID溫度控制器精度0.5級，400段曲線可編程，帶串行接口與接口軟體。數字萬用表(DMM)電阻檔量程0-99兆歐。精度誤差0.025%，帶串行接口與接口軟體。
氣體檢測儀可以自由更換測試探頭以用於不同氣體的參數測試。探針型號為P100-J，接觸電阻為50毫歐。下面具體說明如何使用本發明的測試系統。
1，分別將反應氣和載氣接到進氣口 1和進氣口 2。
2，用真空泵對氣體反應室和混氣室抽真空到所需的真空度。壓力表用於顯示反應室的真空度。
3，根據所需的反應氣體濃度計算反應氣體和載氣的比例。利用質量流量計將兩種氣體通入混氣室混合，再通入反應室直至壓力表顯示值達到所需的壓強。
4，利用氣體濃度檢測儀(加拿大約克公司的GAXT系列高精度防水單一氣體檢測儀)讀出反應室裡氣體的確切濃度。這一點是本發明的獨創部分。在反應室氣敏器件附近直接檢測出氣體的濃度。避免了周邊一切實驗條件的限制和幹擾，降低了對該系統內其餘設備的精度的要求，如不必要安裝多級真空泵以保證真空反應室抽到很高的真空，節約了實驗時間；不必要購買昂貴的精確質量流量計等。並且，此方法測出的濃度是直接的，通過前端計算的濃度只能是近似值。同時，配合壓力表，此氣體濃度檢測儀能更直觀地判斷實驗裝置是否漏氣。 ，
以上是一套新型的氣體注入系統解決方案。
5，在反應室的壁上有6個雙端接線柱。這6個接線柱內部一端分別接加熱板正負極，熱電偶正負極。探針座(2根)。外部一端對應接PID智能溫度控制器的繼電器輸出正負極。熱電偶輸入正負極。數字萬用表的地線和電阻檔。
6，真空反應室的內部測試前進行元器件的安裝，首先打開萬用表，然後將器件放在探針下方適當處。根據器件上的電極間距調整探針臂的間距。將鐵夾向下移動，同時觀察萬用表示數，至萬用表示數變為有限值，停止移動鐵夾。此接線方法是在該領域的
5首創。該發明巧妙利用國內己經成熟的PCB探針，將原本需要焊接金屬線才能保證可靠
的接觸方法加以簡化，並且理論實踐證明探針接觸是電學可靠的。(如已廣泛用於科學
實驗的四探針測試儀就採用類似探針接觸。)該部分的詳細構成見附圖2，測試探針裝置 包括鐵架臺21;鐵夾22;探針臂23;探針座24;彈簧探針25。探針臂23是一個臂距 可調的機械裝置，左右臂間的間距靈活可調，調節範圍1-15mm，可以適應集成電路工藝 下的大多數器件。探針座24安裝在彈簧探針臂23的下端，彈簧探針25插在探針座23 中。若長期使用使探針失去彈性。亦可方便地更換彈簧探針25以保證高可靠的電學接觸。
7，測試氣敏特性時，先將反應室抽真空，然後將PID溫度控制器調到適宜溫度。待 溫度穩定後，開啟萬用表，並以lsa/s的採樣速率向計算機中不間斷傳輸電學量，此時 按照步驟3向反應室中通入適量氣體，實時地繪出氣敏特性曲線圖。待反應穩定後，用 真空泵抽出氣體，並通入載氣，測試器件的氣敏恢復特性。然後將所有實驗數據完整保 存於計算機中，方便進一步處理。
8，測試阻溫特性時，根據測試需要設定PID溫度控制器的升溫曲線以及升溫閾值。 並連摔PID溫度控制器到計算機，輸出溫度-時間值(lsa/s)。同時打開數字萬用表並 連接到計算機，輸出電阻-時間值(lsa/s)。實驗完畢後，將兩個文件保存成電子表格 文件，利用表格軟體可以很方便地得出電阻-溫度值與相應曲線，這是本發明的第三個亮 點。PID智能溫度控制器(日本島電fp-23)控制的精度高，可設置各種形狀的升溫曲線。 數字萬用表為採樣率5sa/s的高精度萬用表(優利得ut-70d)。
9，測試功能擴展
基於器件的電極已可靠地引出到反應室外的接線端，因此可以方便靈活地配合其它 儀器測試器件的其它特性。例如，配合陰陽極極化儀可以測試器件的i-v特性，配合恆 流穩流源可以測試器件恆定工作電流的氣敏特性，等等，參見圖4.
權利要求
1. 一種元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，包括兩個進氣口，混氣室、真空反應室、氣體濃度測試儀、測試探針裝置、控溫板、溫度控制器和計算機，兩個進氣口分別通過閥門與混氣室相連，在兩個進氣口處分別設置有流量計，混氣室通過閥門與真空反應室相連，抽氣泵通過閥門與真空反應室相連，在真空反應室內固定有用於加熱待測元器件的控溫板、在靠近控溫板的位置設置有氣體濃度測試儀，在真空反應室內還固定有測試探針裝置，控溫板受與計算機相連的溫度控制器的控制，測試探針裝置的兩個探針用作待測元器件的接觸電極，並與萬用表相連，萬用表與計算機相連。
2. 根據權利要求1所述的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，其特徵在於，所述的測試探針裝置包括架臺、設置在架臺上的夾持機構、受夾持機構固定的兩個探針臂、分別通過探針座固定在探針臂上的兩個彈簧探針。
3. 根據權利要求2所述的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，其特徵在於，所述的探針臂是一個臂距可調的機械裝置。
4. 根據權利要求1所述的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，其特徵在於，所述的測試系統還包括陰陽極化儀，用於配合測試待測元器件的伏安特性。
5. 根據權利要求1所述的元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，其特徵在於，所述的測試系統還包括恆流穩流源，用於配合測試待測元器件在恆定工作電流下的氣敏特性。
全文摘要
本發明涉及一種元器件阻溫特性與氣敏特性測試系統，包括兩個進氣口，混氣室、真空反應室、氣體濃度測試儀、測試探針裝置、控溫板、溫度控制器和計算機，兩個進氣口分別通過閥門與混氣室相連，在兩個進氣口處分別設置有流量計，混氣室通過閥門與真空反應室相連，抽氣泵通過閥門與真空反應室相連，在真空反應室內固定有用於加熱待測元器件的控溫板、在靠近控溫板的位置設置有氣體濃度測試儀，在真空反應室內還固定有測試探針裝置，控溫板受與計算機相連的溫度控制器的控制，測試探針裝置的兩個探針用作待測元器件的接觸電極，並與萬用表相連，萬用表與計算機相連。本發明能夠更準確地控制並能實時測出反應室檢測氣體的含量，電極接觸更為可靠，且將阻溫特性測試與氣敏特性測試兩種功能集成於同一裝置，能夠實現數據記錄的全自動化。
文檔編號G01N27/04GK101487812SQ20091006775
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者劉子鶴, 樺 華, 王昭昊, 明 胡 申請人:天津大學