[发明专利]测试碳纳米管传感器气敏温度特性的实验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管传感器的特性测试技术领域，具体涉及用动态法测试碳纳米管传感器气敏温度特性的实验装置及方法。

背景技术

用碳纳米管制作微型气敏传感器，具有响应快、灵敏度高、工作温度低、尺寸小等优点，近年来一些学者将碳纳米管应用到传感器领域特别是用于气体检测，取得了长足的进展。气敏传感器是利用待测气体分子与传感器的气敏层表面发生吸附或化学反应引起电荷转移，进而导致传感器电学特性发生变化来检测气体。

被检测气体与碳纳米管发生吸附或化学反应必须在一定的条件下才能实现，其中与被测气体的接触方式和温度是影响气敏传感器检测性能的主要因素。因此，研究碳纳米管与流动的被测气体的温度特性，从而找出碳纳米管传感器与流动的被测气体的最佳工作温度，使其气敏性达到最佳，提高检测气体的准确度，有非常重要的意义。

现有的碳纳米管传感器气敏特性测试装置，如申请号为200910191139.8的“碳纳米管传感器气敏温度特性测试的实验装置及方法”专利，公开的装置主要包括缸体、真空泵、交流接触器、数显调节仪、电炉、热电阻、阻抗分析仪等；公开的方法是利用该装置，在不同的被检测气体下，测试碳纳米管传感器的气敏温度特性。该专利的主要缺点是：①公开的装置中传感器的温度控制是通过交流接触器的开闭控制电炉的通断及加热时间，该方法控制温度时间较慢，温度控制精度较低；②公开的装置中没有气体流量控制器，对通入装置的被检测气体的流量不可控制；③公开的方法只是对被检测气体为静态时碳纳米管传感器的气敏温度特性进行测试，不能对被检测气体为动态时碳纳米管传感器的气敏温度特性进行测试，准确度差。

发明内容

本发明的目的是针对现有碳纳米管传感器气敏特性测试装置及方法的不足之处，提供一种测试碳纳米管传感器气敏温度特性的实验装置及其方法，具有结构简单、操作方便、能分析流动的被测气体与传感器温度特性对气敏性能的影响、准确度高等特点。

实现本发明目的的技术方案是：一种测量碳纳米管传感器气敏温度特性的实验装置，主要包括石英玻璃管、气体流量计、陶瓷加热片、热电阻探头、交流调压器、数显温度仪、真空泵、阻抗分析仪等。特征是：所述的石英玻璃管的材料为石英玻璃，所述石英玻璃管的形状为壁厚为4mm－6mm、内径为35mm－45mm、长为150mm－200mm的圆柱形。在所述石英玻璃管的两端，分别固接有内径为35mm－45mm、外径为50mm－65mm、厚度为4mm－6mm的石英玻璃法兰。所述石英玻璃法兰通过螺栓和O形密封圈与不锈钢密封片固接，用以使石英玻璃管内形成一个密闭空间，从而使石英玻璃管内的被测气体与外界环境中的干扰气体完全隔离，提高检测精度。在所述石英玻璃管的一侧壁内的中部固接一块长度为10mm－15mm，宽度为10mm－15mm，高度为20mm－25mm的石英玻璃块。在所述石英玻璃块的上面固接一块长度为30mm－35mm，宽度为30mm－35mm，厚度为2mm－3mm的陶瓷加热片（发热功率为250W－350W），用以对待测的碳纳米管传感器加热。在所述陶瓷加热片的下端面的两边，分别设置两个陶瓷加热片的接线柱（简称第一接线柱），在所述石英玻璃管的一侧的不锈钢密封片上并对应于所述陶瓷加热片的第一接线柱处，设置两个穿过所述不锈钢密封片的接线柱（简称第二接线柱），所述的两个陶瓷加热片的第一接线柱与两个所述第二接线柱之间，分别通过导线连接。在两个所述第二接线柱的另一端（即所述不锈钢密封片外侧的一端），分别通过导线与所述交流调压器的副边连接，用以提供加热电源。待测的碳纳米管传感器放置在所述陶瓷加热片的中心处。并在所述的陶瓷加热片上位于被测碳纳米管传感器的一侧固接一热电阻探头，用以监测待测碳纳米管传感器的表面温度。在所述石英玻璃管的一侧的不锈钢密封片上并对应于所述热电阻探头处，设置一穿过所述不锈钢密封片的接线柱（简称第三接线柱），所述的热电阻探头通过导线与所述第三接线柱连接。在所述第三接线柱的另一端（即所述不锈钢密封片外侧的一端）通过导线与所述的数显温度仪的输入端连接，用以显示待测的碳纳米管传感器的表面温度。在所述石英玻璃管的一侧的不锈钢密封片上并位于所述第三接线柱的上方，设置两个穿过所述不锈钢密封片的接线柱（简称第四接线柱）。设置于被测的碳纳米管传感器两端的两个接线柱（简称第五接线柱）分别通过导线分别与两个所述的第四接线柱连接，两个所述第四接线柱的另一端（即所述不锈钢密封片外侧的一端）分别通过导线与所述的阻抗分析仪的输入端连接，用以检测被测碳纳米管传感器的阻抗值。交流220V电源通过导线和开关K，分别与所述的阻抗分析仪的电源端和所述的交流调压器的原边连接，为它们提供电流。所述的交流调压器通过手动调节旋盘而控制副边输出电压，进而控制所述陶瓷加热片的工作电压，从而控制被测碳纳米管传感器的表面温度。在所述石英玻璃管的一端的不锈钢密封片的上部，还设置一孔径为4mm－6mm的通孔，所述的气体流量计的出气端通过进气针阀和导气管与该通孔连通，所述的气体流量计的进气端通过进气导管与被测气体的气瓶连通。所述的气体流量计和进气针阀用以控制和显示被测气体进入所述石英玻璃管的流动速度，以便测试碳纳米管传感器在流动的被测气体下的气敏温度特性。在所述石英玻璃管另一端的不锈钢密封片的中部，设置一孔径为4mm－6mm的通孔，所述的真空泵通过真空泵针阀和导气管与该通孔连通，并在导气管上设置有出气针阀和出气导管。所述的真空泵用于将石英玻璃管抽真空，所述的进气管和出气管通过进出气针阀控制通入石英玻璃管内的被测气体及其流动速度，以便测试碳纳米管传感器对被测气体在一定的流动速度和不同的温度下的气敏温度特性。