[發明專利]一種測試腔結構

無效

• 申請號: 201210157214.0
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN102662033A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 謝光忠;蔣亞東;周泳;杜曉松;李嫻;太惠玲;朱濤;廖劍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術領域

本發明涉及氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種測試腔結構。

背景技術

氣體傳感器在室內空氣質量檢測、工業環境檢測、食品工業檢測、戰場環境預警、反恐預警等領域具有較好的應用前景，與物聯網進行整合之后，可大幅度提高社會生產生活的質量和效率。然而目前傳感器自身的缺陷限制了其大規模應用，其中主要的缺陷有：1、傳感器的響應時間過長；2、傳感器檢測誤差較大，尤其在對低濃度氣體檢測時，直接影響了檢測精度；3、傳感器的檢測極限值過高，不能滿足需求。

目前造成傳感器響應時間過長的主要原因有兩點：一是敏感機理和換能器技術對外界信息量變化的感知過于緩慢；二是測試腔內部充氣容積過大，即測試腔體充氣容積和氣流進出口容積之和過大，導致敏感膜附近的被測氣體濃度變化速度過于緩慢。值得注意的是，傳感器敏感機理和換能器技術的問題有時并不容易解決；因而，傳感器響應時間過長的問題只能通過其他方面改進。

測試腔內部充氣容積大意味著內壁面積大，傳感器內壁對被測氣體的吸附和凝結的量也就很大，因此氣氛中只有部分被測氣體能夠對敏感膜起作用。另外，吸附和凝結的氣體量受環境溫度、濕度和被測氣體濃度等多種因素的影響，后端算法很難剔除其影響。這些因素只能視作隨機誤差，這不僅降低了傳感器的檢測精度，還提高了傳感器的檢測極限值，為避免虛警誤報而不得不提高傳感器的報警閾值，這是以犧牲性能來換取可靠性。上述問題是傳感器實用化的最大的幾個問題。

內壁或者內壁涂覆材料是減少內壁吸附的一個主要的方法。要么選擇合適的內壁材料，要么在內壁上涂覆一層涂層。目前使用的材料中，金屬(主要是金)、玻璃、聚四氟乙烯(特氟龍)對被測氣體的吸附最小。對于常溫為氣體的被測氣體，例如CO₂、CO、O₂、SO₂和H₂S等，只要求內壁或者涂層化學性質惰性，不與被測氣體發生化學反應即可。對于常溫下是蒸汽和遇冷凝結為液滴的被測氣體，例如揮發性有機化合物VOC蒸汽(苯系物、有機氯化物、氟里昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等)，則要求更高。金屬的“冷”表面會凝結一部分進入測試腔中的蒸汽，在ppm甚至ppb級的檢測濃度上，金屬的這種凝結會對結果產生較大的誤差，因而，玻璃和聚四氟乙烯更為適合。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是：現有傳感器測試腔中的氣體傳感器的響應時間較長，傳感器氣體檢測精度較低和檢測極限值較大。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種測試腔結構，包括氣流進口、換能器、內壁介質層、敏感膜、測試腔、氣流出口、氣泵，測試腔和氣泵經毛細管連接，其特征在于，所述測試腔的三維尺寸至少有一維在微米量級，連接外界和測試腔的氣路截面尺寸為微米至毫米量級。

所述測試腔的三維尺寸為2mm×2mm×300um～4mm×4mm×300um，連接外界和測試腔的氣路尺寸為：進氣口0.3mm×0.03mm×200um～0.5mm×0.05mm×300um，出氣口3mm×0.2mm×200um～5mm×0.3mm×300um。

本發明所述換能器為測試腔內壁的一部分并設置于測試腔內。

本發明所述毛細管的材質為硅、二氧化硅、砷化鎵、氮化硅等半導體材料中的一種。

本發明所述測試腔的內壁介質層為表面張力小、化學惰性的材料或者在內壁介質層表面涂覆一層具表面張力小、化學惰性的介質材料。

本發明內壁介質層為金、鉑、鈀、鈦、銠、銥、鋨、釕、聚四氟乙烯、聚對二甲苯、聚丁烯、聚苯乙烯、玻璃、非晶二氧化硅、單晶二氧化硅、硅、氮化硅、氧化鋁、砷化鎵和金屬氧化物中的一種。

本發明內壁介質層表面上涂覆的介質材料為金、鉑、鈀、鈦、銠、銥、鋨、釕、聚四氟乙烯、聚對二甲苯、聚丁烯、聚苯乙烯、玻璃、非晶二氧化硅、單晶二氧化硅、硅、氧化鋁、氮化硅、砷化鎵、金屬氧化物和熔融石英等中的一種。

本發明所述敏感膜為有機聚合物、有機小分子、金屬、金屬氧化物、非金屬氧化物和生物材料中的一種。

本發明所述換能器附帶加熱和溫控功能，為質量型、熱感應型、光學、電導型、電容型、電化學型中的一種。

本發明換能器使用氣泵對外界環境氣體進行采樣。

本發明測試腔的密封方式為是鍵合或為一層介質材料覆蓋整個換能器外圍。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果表現在：