一種氣體傳感器綜合測試儀及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體傳感器測試技術(shù)，具體涉及一種氣體傳感器綜合測試儀，本發(fā)明適用于電阻式、MOS 二極管式、結(jié)型二極管式、場效應(yīng)管式、原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式等氣體傳感器的性能測試評(píng)價(jià)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器是一種能將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控和報(bào)警。還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制、報(bào)警系統(tǒng)。目前，研發(fā)和流行于市場的以化學(xué)方法工作的氣體傳感器大致分為四類:(1)半導(dǎo)體式氣體傳感器，其工作原理是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料，在一定溫度下，電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化；(2)催化燃燒式氣體傳感器，其工作原理是可燃性氣體在表面催化燃燒，燃燒使溫度升高，傳感器電阻發(fā)生變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)；(3)熱導(dǎo)池式氣體傳感器，每一種氣體，都有自己特定的熱導(dǎo)率，當(dāng)兩個(gè)和多個(gè)氣體的熱導(dǎo)率差別較大時(shí)，可以利用熱導(dǎo)元件，分辨其中一個(gè)組分的含量；(4)電化學(xué)式氣體傳感器，傳感器構(gòu)造成原電池或電解池，氣體在傳感器中發(fā)生電化學(xué)氧化或者還原反應(yīng)，利用這些反應(yīng)，產(chǎn)生電流或電動(dòng)勢，或使電極的平衡電位發(fā)生變化，這些電信號(hào)變化值與氣體濃度存在函數(shù)關(guān)系?？偟恼f來，氣體傳感器一般工作原理是在待測氣體中，氣體分子與氣敏材料表面發(fā)生吸附、脫附、催化燃燒、氧化還原等相互作用，改變材料的電化學(xué)性質(zhì)，使氣體傳感器的電阻，電容，電動(dòng)勢，電流和電壓等電信號(hào)的某一種發(fā)生顯著變化而實(shí)現(xiàn)檢測。
[0003]氣體傳感器測試系統(tǒng)是研究氣體傳感器的重要設(shè)備。多種基于不同原理的氣體傳感器測試系統(tǒng)在被使用。這些氣體傳感器測試系統(tǒng)各有許多優(yōu)點(diǎn)，但存在兩個(gè)共同的突出問題，一是供電電路，溫控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集部分都是分散獨(dú)立。這使得整個(gè)氣體傳感器測試系統(tǒng)十分龐雜，觀察和操作十分不便；二是設(shè)備通用性不強(qiáng)，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種氣體傳感器綜合測試儀，將氣體傳感器測試系統(tǒng)中的供電電路，溫控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集部分集成到一臺(tái)儀器中，以解決目前氣體傳感器測試系統(tǒng)十分龐雜的問題，提高氣體傳感器測試設(shè)備的通用性和傳感器的研發(fā)效率。
[0005]本發(fā)明提供的一種氣體傳感器綜合測試儀，其特征在于:包括直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字顯示溫度控制模塊，可調(diào)取樣電阻器，測量方式轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)采集電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元，數(shù)據(jù)顯示器，連接計(jì)算機(jī)的USB數(shù)據(jù)接口，電源開關(guān)以及測量方法。
[0006]所述的直流穩(wěn)壓電源包括多路輸出數(shù)字顯示直流穩(wěn)壓電源和所述測試儀內(nèi)部各工作模塊所需直流穩(wěn)壓電源。
[0007]所述的多路輸出數(shù)字顯示直流穩(wěn)壓電源包括0-30V的可調(diào)直流加熱電源和0-30V的可調(diào)直流工作電源。
[0008]所述的0-30V的可調(diào)直流加熱電源包括整流電路，數(shù)字顯示裝置，輸出電壓調(diào)節(jié)器，電路開關(guān)，輸出插接頭和加熱器。
[0009]所述的0-30V的可調(diào)直流工作電源包括整流電路，數(shù)字顯示裝置，輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出插接頭和電路開關(guān)。
[0010]所述數(shù)顯溫度控制模塊包括數(shù)字溫度顯示器，溫度控制器和熱電偶。
[0011]所述可調(diào)取樣電阻器包括兩個(gè)串聯(lián)的電阻組，每組分為十檔，每組的第一檔電線連通，其余九檔，每一檔有一個(gè)阻值不同的電阻，其中一組的每一檔電阻各自獨(dú)立，另一組各檔電阻串聯(lián)，阻值具有加和性，兩組電阻可任意組合，電阻器的總阻值等于兩組組合電阻的阻值之和，電阻器的總阻值0-400 ΜΩ。
[0012]所述的測量方式轉(zhuǎn)換器包括電壓測量方式轉(zhuǎn)換，電流測量方式轉(zhuǎn)換，電阻測量方式轉(zhuǎn)換和電容測量方式轉(zhuǎn)換。
[0013]所述數(shù)據(jù)采集電路包括取樣電阻兩端輸出電壓采集電路，傳感器電流信號(hào)采集電路，傳感器電阻信號(hào)采集電路，傳感器電容信號(hào)采集電路和電路開關(guān)。
[0014]所述測量方法包括氣體傳感器工作電路中取樣電阻兩端輸出電壓的測量方法，氣體傳感器電流的測量方法，氣體傳感器電阻的測量方法，氣體傳感器電容的測量方法，氣體傳感器兩端電壓的測量方法。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例測試儀各電路模塊框圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1測試原理示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例接線面板示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例控制面板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不局限于此。
[0020]本發(fā)明可與各種常用的配氣系統(tǒng)配合使用，實(shí)現(xiàn)不同工作方式的氣體傳感器，在不同相對(duì)濕度，不同溫度包括常溫，連續(xù)高溫和間歇式高溫的響應(yīng)特性測試。
[0021]如圖1所示，所述氣體傳感器綜合測試儀13包括:采集電路3，由取樣電阻兩端的輸出電壓的采集電路，傳感器電流信號(hào)采集電路，傳感器電阻信號(hào)采集電路和傳感器電容信號(hào)采集電路構(gòu)成；測量方式轉(zhuǎn)換器2，所述轉(zhuǎn)換器可根據(jù)傳感器I的構(gòu)造和工作原理，選定數(shù)據(jù)采集電路3中相適應(yīng)的測量電路，采集所述傳感器I的特性信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換模塊4，將所述采集電路3收集到的測量信號(hào)轉(zhuǎn)換成全數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊7，對(duì)全數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理；數(shù)據(jù)顯示器10，將處理后的結(jié)果以數(shù)字方式顯示；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元11，保存所述數(shù)據(jù)處理模塊7處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)；USB數(shù)據(jù)接口 8，連通外部計(jì)算機(jī)12，將經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換后的測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊7處理后的數(shù)據(jù)，或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元11中保存的數(shù)據(jù)傳輸給外部計(jì)算機(jī)12，作進(jìn)一步的處理，也可傳輸外部計(jì)算機(jī)13的指令，由外部計(jì)算機(jī)13替代所述數(shù)據(jù)處理模塊7，數(shù)據(jù)顯示器10和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元11，直接處理所述傳感器I的特性數(shù)據(jù)；取樣電阻器5，通過導(dǎo)線串聯(lián)所述傳感器1，測量所述取樣電阻器5兩端的輸出電壓，可以得到特定傳感器的特性數(shù)據(jù)；直流電源6，由0-30V的數(shù)字顯示可調(diào)直流加熱電源、0-30V的數(shù)字顯示可調(diào)直流工作電源和所述測試儀內(nèi)部各工作模塊所需直流穩(wěn)壓電源三部分組成，所述可調(diào)直流加熱電源包括整流電路、數(shù)字顯示裝置、輸出電壓調(diào)節(jié)器、電路開關(guān)、輸出插接頭和加熱器，用于改變所述傳感器I的工作溫度，所述可調(diào)直流工作電源包括整流電路，數(shù)字顯示裝置，輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出插接頭和電路開關(guān)，用于供給特定傳感器需要的工作電壓；溫度顯示控制模塊9，包括數(shù)字溫度顯示器，溫度控制器和熱電偶，用以設(shè)定、測量和控制傳感器I的工作溫度。
[0022]未作詳細(xì)說明的部分均可由現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0023]實(shí)施例1。
[0024]本實(shí)施例是所述氣體傳感器綜合測試儀獨(dú)立工作，不與外部計(jì)算機(jī)連接。使用電阻式半導(dǎo)體硫化氫傳感器作為測試對(duì)象，以采集所述取樣電阻器5給定的電阻Rs兩端輸出電壓信號(hào)Vs的方式進(jìn)行測量。
[0025]本實(shí)施例如圖2所示，所述測量方式需由所述直流電源6中的可調(diào)直流工作電源6-1供給工作電壓V。，根據(jù)電阻分壓原理，傳感器內(nèi)部電阻R與取樣電阻兩端輸出電壓Vs有如下關(guān)系:
R= (Vc-Vs)VVs⑴
所述硫化氫傳感器對(duì)硫化氫氣體的響應(yīng)定義為 S=VsH2S/Vsair (2)
式中，S為硫化氫傳感器對(duì)硫化氫氣體的響應(yīng)，Vsau為所述傳感器在空氣中取樣電阻兩端的輸出電壓，Vsh2s為所述傳感器在硫化氫氣體中取樣電阻兩端的輸出電壓。
[0026]本實(shí)施例的具體方法和操作步驟如下。
[0027]1.按圖2所示，將待測硫化氫傳感器I裝在測試室14內(nèi)的傳感器裝置中，關(guān)閉測試室14，連接好配氣系統(tǒng)。
[0028]2.按圖2和3所示，將所述傳感器I的工作電源導(dǎo)線與0-30V數(shù)字顯示可調(diào)直流工作電源6-1的輸出接口 19連接好；將所述傳感器裝置中的加熱片15的導(dǎo)線與0-30V數(shù)字顯示可調(diào)直流加熱電源6-2的輸出接口 17連接好；將所述傳感器裝置中的熱電偶16導(dǎo)線與所述氣體傳感器測試儀中溫度顯示控制模塊的輸入接口 18連接好；將交流電源線插接頭插入電源插口 21 ;打開電源總開關(guān)22。
[0029]3.按圖4所示，將所述測量方式轉(zhuǎn)換器旋鈕2-1旋到DCV區(qū)間的2V檔，打開所述采集電路開關(guān)3-1。此時(shí)，所述氣體傳感器綜合測試儀使用的是取樣電阻兩端輸出電壓采集電路。
[0030]4.打開所述0-30V數(shù)字顯示可調(diào)直流加熱電源開關(guān)6-8，按下所述溫度顯示控制模塊的溫度設(shè)置面板9-1上的設(shè)置鍵，使用功能鍵將傳感器的工作溫度設(shè)置為室溫，旋動(dòng)所述0-30V數(shù)字顯示可調(diào)直流加熱電源的調(diào)節(jié)旋鈕6-7，使所述0-30V數(shù)字顯示可調(diào)直流加熱電源的數(shù)字顯示屏6-3顯示的輸出電壓為0V，按下啟動(dòng)鍵。