一种气敏元件特性检测系统及其检测方法

1.本发明涉及气敏元件检测技术领域，特别是涉及一种气敏元件特性检测系统及其检测方法。


背景技术：

2.气体传感器被广泛应用于环境治理、生产安全和国防军工等领域，半导体气体传感器因其灵敏度高、稳定性好、成本低、响应恢复时间短、元件结构和检测电路简单等优点，得到高度关注和快速发展应用，气体传感器和气敏原材料的性能检测在气敏检测系统开展，气敏检测分为静态检测和动态检测两种，静态检测系统因其结构简单、操作方便、制造成本低等优点得到广泛应用。但目前市场销售的静态检测装置仍存在一些问题，具体表现在以下几个方面：
3.(1)配气腔体积固定不变，难以实现低浓度气体的高精度配置，气体浓度的配置仅依赖改变注射器进样量控制配气腔内被检测气体的浓度，但受限于注射器最小量程制约，以及伴随进样量减小误差增加的影响，低浓度气体难以实现高精度配置；
4.(2)混气过程和气体响应过程同时进行，导致气敏元件的响应时间检测结果受混气过程的影响，传统检测装置的操作步骤是在气敏响应特性检测前，首先将气敏元件安装到配气腔内的传感器测试座，随后封闭配气腔，用进样器或注射器将被检测气体或挥发性液体注入配气腔，开启风扇和加热台，随后，仓内被检测气体和背景气体需要一定时间才能混合均匀，气敏元件响应开始时间从注射器向配气腔内注入被检测气体或挥发性液体那一刻就开始计时，因此，配气腔内气体的混气开始时间和气敏元件响应开始时间同时开始，由于混气过程中仓内气体不均匀，气敏元件检测到的气体浓度并非是目标浓度，由此导致气敏元件的响应时间受混气过程的影响而难以精确测定，尤其是气敏元件响应时间小于仓内气体混匀时间的情况下，混气过程对气敏元件响应时间的影响更大；
5.(3)被检测气体种类受限，易燃、易爆和有毒气体难以开展检测，常规气敏恢复特性检测过程中，配气腔罩被直接取走，被检测气体直接排放到空气中，易燃、易爆和有毒气体会危害到检测人员的人身安全，同时会造成环境污染，因此此种检测装置一般只适用于检测常规无毒、无害和无污染气体。
6.因此，亟需一种能够精准配置低浓度混合气体，不受混气过程影响，被检测气体种类更加广泛的高精度气敏元件特性检测系统。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种气敏元件特性检测系统及其检测方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过更换不同容积的配气腔罩实现精准配置低浓度混合气体；设置升降机构，待配气腔内背景气与被检测气混合完成后，再通过升降机构带动竖向运动杆将气敏元件送入配气腔内，使气敏元件的响应特性检测不受混气过程的影响，提高检测精度；通过从配气腔罩内抽出气敏元件实现气敏恢复特性检测，无需打开配气腔罩，且通过尾气处理
器对有毒有害气体进行处理，使本装置可被检测气体的种类更加广泛。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种气敏元件特性检测系统，包括检测单元，所述检测单元包括配气腔、升降机构、气敏元件以及竖向运动杆，所述配气腔底部设置有所述升降机构，所述竖向运动杆与所述升降机构的升降端连接，且所述竖向运动杆的自由端朝向所述配气腔设置，所述竖向运动杆自由端设置有传感器测试座，所述气敏元件插置在所述传感器测试座上，所述配气腔设置有供所述竖向运动杆携带所述气敏元件进入所述配气腔内部的通口，所述通口尺寸不小于所述竖向运动杆的尺寸，所述通口处设置有在配气过程中封堵所述通口的封堵塞。
9.优选的，所述通口的内壁面上设置有环形密封圈，所述密封圈的内缘尺寸小于所述竖向运动杆的尺寸，且大于所述气敏元件的尺寸。
10.优选的，所述升降机构包括若干个竖向导向杆以及滑动底座，所述滑动底座对应所述竖向导向杆的位置设置有滑动孔，且所述滑动孔的内径与所述竖向导向杆的外径相同，所述滑动底座上设置有用于锁紧其相对所述竖向导向杆位置的锁紧件，所述竖向导向杆表面光滑设置。
11.优选的，所述检测单元还包括检测平台以及配气腔罩，所述配气腔罩罩设在所述检测平台的上表面，且所述配气腔罩的内腔为所述配气腔，所述检测平台对应所述配气腔罩的内腔的位置设置有用于充入背景气以及被检测气的进气阀。
12.优选的，所述检测平台上设置有风扇，所述风扇位于所述配气腔罩内，所述检测平台的底部设置有用于与外界电源连接的接线柱，所述风扇与所述接线柱电连接。
13.优选的，所述检测平台上设置有位于所述配气腔罩内的加热挥发板以及供注射针头将挥发性检测物滴注在所述加热挥发板上的注射孔，所述注射孔靠近所述配气腔罩的内腔的一端设置有可供注射针头穿过的密封垫，且所述注射孔远离所述配气腔罩的内腔的一端通过螺纹与密封盖连接。
14.优选的，所述配气腔罩与所述检测平台上表面间设置有橡胶密封垫，所述橡胶密封垫对应所述进气阀以及所述通口的位置设置有避让孔。
15.优选的，所述检测平台上设置有下压机构，所述下压机构包括设置在所述检测平台两侧的竖向螺杆以及压板，所述压板架设在两个所述竖向螺杆之间，且上下滑动设置在所述竖向螺杆上，所述压板的中部对应所述配气腔罩设置，所述竖向螺杆的顶部螺纹连接有用于控制所述压板对所述配气腔罩压紧力的羊角螺帽。
16.优选的，所述气敏元件特性检测系统还包括排气单元，所述排气单元包括真空泵以及尾气处理器，所述尾气处理器通过所述真空泵与所述配气腔连通。
17.本发明还提供一种上述气敏元件特性检测系统的检测方法，包括以下步骤：
18.s1：通过升降机构控制气敏元件位于配气腔外，开启气敏信号采集器，气敏元件在大气中进行初始化，直至电压信号稳定；
19.s2：选择合适容积的配气腔罩，安装密封后，向配气腔内供入被检测气体或挥发液体，气体直接注射到配气腔内，挥发性液体滴注到加热挥发板上，并开启挥发板电源，开启风扇加速背景气与被检测气混合，待混合均匀后，关闭挥发板电源和风扇电源；
20.s3：待气配气腔内气体静止后，拔掉封堵塞，控制升降机构通过竖向运动杆将气敏元件送入配气腔内，开展气敏元件响应特性检测；
21.s4：待气敏元件响应信号稳定后，控制升降机构通过竖向运动杆将气敏元件拉出配气腔，并将封堵塞塞回通口，将气敏元件暴露在大气中，开展气敏元件恢复特性检测；
22.s5：利用真空泵将配气腔内残余气体抽出，并排向尾气处理器内进行处理。
23.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
24.1、本发明中竖向运动杆以及气敏元件初始状态下并未处于配气腔内，待配气腔内背景气与被检测气混合均匀后，通过控制升降机构带动竖向运动杆运动，进而带动气敏元件通过通口进入到配气腔内进行检测，避免了被检测气与背景气混合过程对气敏元件响应特性检测的影响，提高了检测精度。
25.2、本发明中可以更换不同容积的配气腔罩，在被检测气注入量一定的情况下，通过更换更大容积的配气腔罩可以实现配置更低浓度的混合气体，而且不会受到进样量减小误差增加的影响，提高了混合气体配置的精准度。
26.3、本发明中当竖向活动杆携带气敏元件进入配气腔的过程中，环形密封圈会时刻紧贴竖向活动杆的外壁面，提供良好的密封效果。
27.4、本发明中通过将气敏元件从配气腔罩内抽出即可进行气敏恢复特性检测，无需打开配气腔罩，而配气腔罩内部的气体可由真空泵抽至尾气处理器内处理，实现被检测气体闭环使用，因此，本装置可以对易燃、易爆、有毒气体开展气敏检测，使气敏检测种类更加广泛。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明气敏元件特性检测系统的结构示意图；
30.图2为本发明利用注射器滴注挥发性液体时的结构示意图；
31.图3为本发明配气腔罩内各零件的俯视分布图；
32.图4为本发明配气腔罩及相关组件俯视图；
33.其中，1、气敏元件；2、竖向运动杆；3、通口；4、封堵塞；5、加热电源；6、气敏信号采集器；7、竖向导向杆；8、滑动底座；9、检测平台；10、配气腔罩；11、进气阀；12、风扇；13、接线柱；14、加热挥发板；15、注射孔；16、密封垫；17、密封盖；18、橡胶密封垫；19、竖向螺杆；20、压板；21、羊角螺帽；22、真空泵；23、尾气处理器；24、挥发板电源；25、风扇电源；26、注射器；27、防滑缓冲垫。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种气敏元件特性检测系统及其检测方法，以解决现有技术
存在的问题，通过更换不同容积的配气腔罩实现精准配置低浓度混合气体；设置升降机构，待配气腔内背景气与被检测气混合完成后，再通过升降机构带动竖向运动杆将气敏元件送入配气腔内，使气敏元件的响应特性检测不受混气过程的影响，提高检测精度；通过从配气腔罩内抽出气敏元件实现气敏恢复特性检测，无需打开配气腔罩，且通过尾气处理器对有毒有害气体进行处理，使本装置可被检测气体的种类更加广泛。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.请参考如图1～3所示，提供一种气敏元件特性检测系统，包括检测单元，检测单元包括配气腔、升降机构、气敏元件1以及竖向运动杆2，竖向运动杆2为圆柱形结构，配气腔底部设置有升降机构，竖向运动杆2与升降机构的升降端连接，且竖向运动杆2的自由端朝向配气腔设置，竖向运动杆2自由端设置有传感器测试座，气敏元件1插置在传感器测试座上，配气腔设置有供竖向运动杆2携带气敏元件1进入配气腔内部的通口3，通口3尺寸不小于竖向运动杆2的尺寸(该尺寸指代直径)，为了避免竖向运动杆2穿过通孔时通孔内壁磨损气敏元件1，气敏元件1沿竖向运动杆2轴向上的最大截面被竖向运动杆2的轴向截面所覆盖，气敏元件1可以设置在竖向运动杆2自由端的中部，通口3处设置有在配气过程中封堵通口3的封堵塞4，竖向运动杆2以及气敏元件1初始状态下并未处于配气腔内，待配气腔内背景气与被检测气混合均匀后，通过控制升降机构带动竖向运动杆2运动，进而带动气敏元件1通过通口3进入到配气腔内进行检测，避免了被检测气与背景气混合过程对气敏元件1响应特性检测的影响，提高了检测精度，而且封堵塞4的设置使得配气腔内背景气与被检测气混合过程中不与外界相连通，避免了外界大气对背景气与被检测气混合的影响。
38.竖向运动杆2可为中空设置，气敏元件1的两根导线分别穿过中空通道后与外界的加热电源5以及气敏信号采集器6连接。
39.由于竖向运动杆2需要穿过通孔，在加工时会预留一定的配合间隙使其能够穿过通口3，为了避免外界空气通过该间隙进入到配气腔中，在通口3的内壁面上设置有环形密封圈，密封圈的内缘尺寸小于竖向运动杆的尺寸(该尺寸指代直径)，且大于气敏元件1的尺寸，即气敏元件1在穿过密封圈时不与密封圈产生摩擦，避免气敏元件1损坏，当竖向活动杆2携带气敏元件1进入配气腔的过程中，环形密封圈会时刻紧贴竖向活动杆的外壁面，提供良好的密封效果。
40.升降机构包括若干个竖向导向杆7以及滑动底座8，滑动底座8对应竖向导向杆7的位置设置有滑动孔，且滑动孔的内径与竖向导向杆7的外径相同，滑动底座8上设置有用于锁紧其相对竖向导向杆7位置的锁紧件，锁紧件可为锁紧螺栓，竖向导向杆7表面光滑设置，使得在手动控制滑动底座8运动时更为顺畅，可以节省竖向运动杆2进入到配气腔内的时间，减小配气腔与外界大气接触的时间。
41.通过在配气腔内设置压力检测表，控制配气腔内的混合气体的压强为大气压，这样在封堵塞4打开时，配气腔内气体与外界大气不会出现强烈的气流交换。
42.检测单元还包括检测平台9以及配气腔罩10，配气腔罩10罩设在检测平台9的上表面，且配气腔罩10的内腔为配气腔，检测平台9对应配气腔罩10的内腔的位置设置有用于充入背景气以及被检测气的进气阀11。
43.可以设置配气腔罩10为透明材质，例如玻璃，这样使得内部检测可视化。
44.可以更换不同容积的配气腔罩10，在被检测气注入量一定的情况下，通过更换更大容积的配气腔罩10可以实现配置更低浓度的检测混合气体，而且无需输入注射器最小量程的被检测气，不会受到进样量减小误差增加的影响，提高检测混合气体配置的精准度。
45.在更换不同容积配气腔罩10的基础上，需要将检测平台9的支撑面设置较大，足以容纳不同大小配气腔罩10的罩设。
46.为了加快配气腔内背景气与被检测气的混合速率，检测平台9上设置有风扇12，风扇12位于配气腔罩10内，检测平台9的底部设置有用于与外界风扇电源25连接的接线柱13，风扇12与接线柱13电连接。
47.检测平台9上设置有位于配气腔罩10内的加热挥发板14以及供注射针头将挥发性检测物滴注在加热挥发板14上的注射孔15，注射孔15靠近配气腔罩10的内腔的一端设置有可供注射针头穿过的密封垫16，密封垫16的下表面与检测平台9上表面胶接，且注射孔15远离配气腔罩10的内腔的一端通过螺纹与密封盖17连接，具体的连接方式可为：可在检测平台9的下表面对应注射孔15的位置设置环形螺纹筒，环形螺纹筒的外壁上设置螺纹，密封盖17内底壁上设置有密封环或者密封垫片，密封盖17与环形螺纹筒螺纹连接；或者将密封盖17设置为截面为凸形的柱形结构，直径较小的一端外壁上设置有外螺纹，注射孔15的内壁上设置内螺纹，密封盖17直接与注射孔15螺纹连接，直径较小一端与直径较大一端中间的梯面上环设有密封环，实现对注射孔15的密封，密封垫16以及密封盖17的设置可以保证在注射孔15不使用时具有良好的密封性能，可以通过注射孔15向加热挥发板14上滴注挥发性液体(例如酒精)，使得本装置能够对目标物为挥发性液体的气敏元件1进行检测，提高了装置的适用范围。
48.加热挥发板14与外界挥发板电源24通过导线连接。
49.为了避免配气腔罩10与检测平台9上表面间存在间隙而导致配气腔罩10内腔与外界大气相连通，配气腔罩10与检测平台9上表面间设置有橡胶密封垫18，为配气腔罩10与检测平台9上表面间提供良好的密封效果，橡胶密封垫18对应进气阀11以及通口3的位置设置有避让孔。
50.当设置橡胶密封垫18时，密封垫16的下表面与所述橡胶密封垫18上表面胶接。
51.为了增强配气腔罩10与检测平台9上表面间的密封效果，检测平台9上设置有下压机构，下压机构包括设置在检测平台9两侧的竖向螺杆19以及压板20，压板20架设在两个竖向螺杆19之间，且上下滑动设置在竖向螺杆19上，压板20的中部对应配气腔罩10设置，竖向螺杆19的顶部螺纹连接有用于控制压板20对配气腔罩10压紧力的羊角螺帽21，通过向下拧动羊角螺帽21，增强配气腔罩10向下的挤压力，进而挤压橡胶密封垫18提高密封性能。
52.压板20下表面设置有防滑缓冲垫27，避免与配气腔罩10的硬性挤压。
53.压板20可设置为长条形结构，减少对空间的占用。
54.气敏元件1特性检测系统还包括排气单元，排气单元包括真空泵22以及尾气处理器23，尾气处理器23通过真空泵22与配气腔连通，通过将气敏元件1从配气腔罩10内抽出即可进行气敏恢复特性检测，无需打开配气腔罩10，而配气腔罩10内部的气体可由真空泵22抽至尾气处理器23内处理，实现被检测气体闭环使用，因此，本装置可以对易燃、易爆、有毒气体开展气敏检测，使气敏检测种类更加广泛。
55.本发明还提供一种气敏元件1特性检测系统的检测方法，包括以下步骤：
56.s1：通过升降机构控制气敏元件1位于配气腔外，开启气敏信号采集器6，气敏元件1在大气中初始化，直至电压信号稳定；
57.s2：选择合适容积的配气腔罩10，安装密封后(内部已经包含外界环境中的空气，空气即作为背景气)，通过进气阀11或注射孔15向配气腔内供入被检测气，开启风扇12加速背景气与被检测气的混合；如果目标物为挥发性液体，打开密封盖17，将注射器26的注射针头穿过注射孔15以及密封垫16后，推动注射器26的推杆，将挥发性液体滴注在加热挥发板14上，同时启动加热挥发板14进行加热挥发，启动风扇12加速背景气与挥发后的被检测气的混合；待混合均匀后，关闭挥发板电源24和风扇电源25；
58.s3：待气敏元件1信号稳定且配气腔内气体静止后，拔掉封堵塞4，手动迅速控制升降机构的滑动底座8向上运动，通过竖向运动杆将气敏元件1送入配气腔内，开展气敏元件1响应特性检测；
59.s4：待气敏元件1响应信号稳定后，手动迅速控制升降机构的滑动底座8向下运动，通过竖向运动杆将气敏元件1拉出配气腔，并将封堵塞4塞回通口3，将气敏元件1暴露在大气中，开展气敏元件1恢复特性检测，此时得到气敏元件1的响应-恢复特性曲线；
60.s5：利用真空泵22将配气腔内残余气体抽出，并排向尾气处理器23内进行处理，抽真空完成后，向配气腔内通入背景气，待背景气充满配气腔后，再次打开真空泵22对配气腔进行抽真空，实现对配气腔内的清洗。
61.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
62.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
63.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。