技术摘要：
本发明属于动态气体检测装置技术领域，具体涉及一种自动化气敏特性动态测试装置，气瓶内装有背景气体，反应室装置内放置被测试气体传感器，气瓶出口与反应室装置进口之间连通背景气体管路，反应室装置的出口与尾气装置连接，背景气体管路上安装第一气体流量控制器和第  全部
背景技术：
近年来，随着物联网的快速发展，对气体传感器的要求也不断提高。气体传感器是 一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，可以用来识别气体种类和检测气体 浓度，被广泛的应用在环境工业、医疗疾病、食品农业、汽车航天、军事等领域。目前，高性能 的气体传感器研究也取得了很大的进步，气体传感器的高精度、在线监测性能、可选择性及 稳定性都得到了很大程度上的提升。气体传感器的分类方式有多种，按照转换形式的不同 可分为以下几类：化学电阻传感器、石英晶体微天平、电化学气体传感器、光学气体传感器、 量热气体传感器、磁体气体传感器。化学电阻型传感器主要是测量传感材料暴露在待测气 体的环境中时会引起电阻的变化；石英晶体微天平型气体传感器是一种质量型传感器，敏 感材料在吸收和解吸气体时的质量变化引起材料性质的变化；磁性气体传感器是一种根据 气体磁性性质变化来检测的气体传感器；固态电化学气体传感器是通过选择不同传导离子 的固体电解质来测量不同的气体；场效应晶体管型气体传感器是一种控制载流子从源到漏 的装置，气体分子会改变导电通道的性质从而改变电特性。总之，气体传感器是将某种信号 按照一定的规律转换成另外一种可以读取衡量的有用信号的器件或装置，是一种获取信息 的工具。传感技术是一项快速发展的高技术，是现代微电子技术、生物工程技术等多学科高 新技术结合的产物，为连续化、自动化、在线化开辟了广阔的前景。 气敏传感器气敏特性测试方法主要分为静态测试方法和动态测试方法。关于气敏 特性测试系统的研究主要包括两大类，一种是科研课题组所针对自己的学科方向自行设计 制作；二是仅有少数企业针对用户需求在通用模型的基础上进行改造升级，但是会受到客 户需求的限制而不能批量生产。中国科学院合肥智能机械研究所早期自行设计和制作的气 敏元件测试装置，主要是测试箱体的设计、测试电路的优化和采集数据的处理上做了很大 的研究，以便于更加精确的表达气敏传感器的性能。郑州巧盛电子科技有限公司自行研发 的WS-30A、WS-60A气敏元件测试系统，该测试系统具有智能化程度高、操作方便、测试通道 多、数据采集和处理能力强等特点，但是该系统是一套静态配气的方式，不能满足实时改变 被测气体浓度的传感器性能测试，并且成本昂贵。总之，对气体传感器气敏特性测试方法的 研究进展缓慢，远远达不到高性能气体传感器的测试要求。因此，在原有的测试装置基础上 进行完善和改进，研究和设计具有高可靠性、高测试精度、更多测试功能和高智能化新型气 体检测装置是需要解决的难题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有装置的困难和不足而提供了一种自动化 气敏特性动态测试装置，实现了自动化配气、多通道、高精度和高可靠性的动态测试系统的 4 CN 111579718 A 说　明　书 2/7 页 目的， 同时该装置成本低、绿色环保、操作简单、性能优异。 为解决本发明的技术问题采用如下技术方案： 一种自动化气敏特性动态测试装置，包括气瓶或者气体发生器和反应室装置，所述气 瓶内装有背景气体，所述反应室装置内放置被测试气体传感器，所述气瓶出口与反应室装 置进口之间连通背景气体管路，所述反应室装置的出口与尾气装置连接，所述背景气体管 路上安装第一气体流量控制器和第五电磁阀、第六电磁阀，所述背景气体管路上连通测试 气体管路，所述测试气体管路进口位于第一气体流量控制器与气瓶之间，所述测试气体管 路上依次设置第二气体流量控制器、第九电磁阀、单向阀、鼓泡系统、第十电磁阀、第四电磁 阀，所述鼓泡系统用于鼓入测试气体，所述测试气体管路出口位于第五电磁阀、第六电磁阀 之间，所述第十电磁阀和第四电磁阀之间的管路上连通恢复管路，所述恢复管路上设置第 三电磁阀，所述第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第九电磁阀、第十电磁 阀、第一气体流量控制器、第二气体流量控制器通过PLC与总控制系统连接。 上述自动化气敏特性动态测试装置还包括背景气体管路上连通的清洗气体管路， 所述清洗气体管路进口位于第一气体流量控制器与第五电磁阀之间，所述清洗气体管路上 设置加热袋，所述加热袋位于第一气体流量控制器和第四电磁阀之间，所述加热袋的两侧 管路上设置第一电磁阀和第二电磁阀，所述清洗气体管路出口位于第四电磁阀与第十电磁 阀之间，所述反应室装置的出口分为两路，一路通过第七电磁阀与尾气装置连接，另一路通 过第八电磁阀与泵连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀也通过PLC 与总控制系统连接。 所述测试气体管路为6路，每一路都包括第十电磁阀、鼓泡系统、一个单向阀、第九 电磁阀、及一个量程的第二气体流量控制器，其中第二气体流量控制器的量程分别为 2000mL/min，1000mL/min，500mL/min，200mL/min，50mL/min，10mL/min。 所述反应室装置为密闭气室，所述反应室装置的材质为聚四氟乙烯，所述反应室 装置由紧固元件配合构成密闭的反应测试腔，所述反应测试腔两侧设有进气口和出气口， 所述反应测试腔中设计了多对电极用于安装被测试气体传感器。 所述反应测试腔进气口和出气口均设有导流结构。 所述反应室设有加热装置，实现对被测试气体传感器加热到所需的工作温度。 所述鼓泡系统包括鼓泡器和管路，所述鼓泡器为玻璃材质，所述鼓泡器）包括主 管，所述主管的内下部装有待测VOC的纯液体，所述主管的上部设有鼓泡器出气口，所述主 管内插入长管，所述长管的上端为鼓泡器进气口，所述长管的下部装有砂芯且插入待测VOC 的纯液体中，所述砂芯上方的长管内一个空心玻璃球，所述空心玻璃球上下两侧的长管上 设有夹口。 所述鼓泡器出气口和鼓泡器进气口设有均设有螺纹接口。 所述背景气体管路、测试气体管路、恢复管路、清洗气体管路的管路均为316材质 的钢管。 本发明是一种自动化气敏特性动态测试装置，主要用来模拟实际环境中的动态气 体环境， 所述气源是根据不同传感器的种类及类型来进行切换选择，例如易氧化或者需要惰性 5 CN 111579718 A 说　明　书 3/7 页 气体保护的敏感材料，一般选择使用惰性气体作为背景气体。背景气体是由气瓶或者气体 发生器供给，气流输出稳定。其中动态气敏测试装置的气路是由316材质的钢管搭建，气路 的组成部分主要包括电磁阀、单向阀、气体流量控制器、加热装置和316材质的不锈钢卡套。 316材质的不锈钢卡套是连接各种不同气路的汇合接口处，该卡套耐酸碱耐腐蚀，不易变形 和漏气。电磁阀是用来控制气体的自动化基础元件，配合可编程逻辑控制器PLC可实现自动 化控制、顺序控制、定时等操作命令。单向阀是用来控制气体流向的工具。气体流量控制器 MFC是精准配制待测气体浓度的重要控制器，量程的选择是根据待测气体的浓度范围而定。 加热装置的设计是为了清洗的时候将管路加热，使得气体扩散更快，带走残余气体更充分。 测试气体管路设计了6路，气体流量控制器MFC的量程分别为2000mL/min，1000mL/ min，500mL/min，200mL/min，50mL/min，10mL/min，精度为1.5%F.S，每一路都包括第十电磁 阀、第九电磁阀、一个单向阀及一个量程的第二气体流量控制器MFC，可以实现一种气体的 低、中、高三种不同浓度范围的配气，也可以对不同待测气体的混合配气。基于MFCs通信协 议，可实现对每路流量计的自动控制和流量设定显示，提高了装置的自动化程度。防止倒吸 的玻璃材质的鼓泡器装置是防止液体倒吸到气路中，在鼓泡器装置的管路中设计了一个阻 碍液体上升的空心玻璃球；玻璃鼓泡器的进气、出气端和气路的连接处设计了螺纹接口，密 封性很好；玻璃鼓泡器在工作时，将它们放置在水浴锅内，实时监控测试温度，而且水浴锅 可以升温或连接循环水装置降温，实现对温度的调节和控制。待测液体装入鼓泡管里，没过 砂芯部分，背景气体从长管口进入，对液体进行鼓泡。如果出气口的压力比进气口的大或者 系统存在漏气的情况下，迫使液体回流进入气管中，在砂芯上方放置了一个空心玻璃球，当 液体倒吸至玻璃球位置时，迫使玻璃球顶到夹口处，从而阻断液体继续上升。反应测试腔的 进气口和出气口均设有锥形分布的导流结构，保证气流通畅，能形成均匀的气体层流和稳 定的温度场分布，避免涡流漩涡等现象的产生，反应测试腔内反应后的气体能够尽快排出， 保证反应测试腔内气体浓度不受测试过程影响而发生变化等要求而设计的测试腔体。反应 测试腔的材质是聚四氟乙烯材质，耐酸碱耐腐蚀耐高温，反应测试腔中设计了多对电极（大 于20对），可以实现被测试气体传感器阵列的测试，大大的提高了被测试气体传感器的测试 效率。电极与电阻采集板连接，输出被测试气体传感器的测试数据。清洗装置由两个部分组 成，一个是气路中的加热装置，一个是连接在被测试气体传感器末端的泵。测试结束后，将 泵和加热装置打开，泵抽走整个系统中的残余气体，加热装置加热管路，增加气体的挥发以 便抽走，彻底清洗系统。加热装置是一种加热带，加热温度在50℃左右。单向阀为了防止气 体流向有错误，用单向阀控制不同位置的气体流向。总控制系统通过控制每个位置电磁阀 的开关、气体流量控制器的流量大小、每种气体流量控制器的切换来实现整个系统的自动 化操作。 本发明是一种高精度、自动化、多通路的气敏特性动态测试装置，能够满足不同被 测试气体传感器在不同气体、不同浓度条件下的自动化测试要求，并可以高效率的清洗整 个气路，适合高性能气体传感器的性能测试和研究开发，具有广阔的应用前景。1、本发明通 过严格控制被测气体的流量从而精准的实现动态气敏测试的高精度测试，所设计的多路配 气系统可以实现混合气体检测，提高了动态气敏传感检测系统的功能。2、本发明的被测试 气体传感器内的多对电极设计实现了多通道气敏传感器的测试提高了测试效率，并且可实 时控制和监测测试温度，严格控制测试条件。3、本发明的防倒吸的鼓泡气装置降低了对系 6 CN 111579718 A 说　明　书 4/7 页 统的污染。4、本发明的测试系统可能会涉及到有毒气体，所以整个装置所采用的316不锈钢 材质的管路，密封性很好，并对尾气进行了妥善的处理，降低了危害和污染，绿色环保。5、所 设计的清洗装置，可以彻底的清洗系统，避免残余气体的影响，提高了可信度。6、本发明将 各路电磁阀和气体流量控制器硬件通过PLC与总控制系统连接，将整个气敏特性动态装置 自动化，节省了人力和物力，实用方便。 附图说明 图1为本发明气敏动态测试装置示意图； 图2为本发明玻璃鼓泡器示意图； 图3为本发明鼓泡器装置示意图； 图4为本发反应装置示意图； 图5为本发反应测试腔平面图。