多功能原位表征和测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及电子材料及传感器的性能测试装置领域，具体地说是一种多功能原位表征和测试装置。


背景技术：

2.在电子材料及传感器的研究、研发和生产阶段，对其进行原位表征和测试，分析敏感机理，以及需要获取该传感器的各项测试数据对下一步开发传感器、优化传感器具有极大推进作用。若对气体传感器进行原位表征和测试时还需要提供密闭的气体环境，这对原位表征和测试装置提出了更高的要求。
3.目前，市面上现有的气体传感器元件测试装置结构复杂，成本高，特别是在实验室的检测过程中得不到很好的应用；另外的，现有的应用于实验室的检测装置无法满足局部高温原位和快响应参数的测试需求，其次复杂结构造成的大空腔容易导致切换气氛时传感器响应曲线迟滞，并且测试性能比较单一，无法满足更精确的测试需求。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供了一种多功能原位表征及测试装置，可以实现温度、湿度、气体多种环境下的传感器性能检测及原位观察表征功能，并且结构简单，气氛切换方便，控温稳定，空腔体积小，操作便捷，实际应用效果好。
5.本实用新型所采取的一个技术方案是：提供一种多功能原位表征和测试装置，包括安装座和密封盖板，所述安装座上端设有内凹的容置腔，所述容置腔的四周以及底部均设有保温陶瓷板，所有保温陶瓷板围成保温室，所述保温室内设有加热台，所述加热台内部设有加热组件以及温控组件；所述保温室的侧壁上设有至少两个探针，当待检测元件放置在加热台上时，所有探针均抵压在待检测元件的上表面；所述安装座的侧壁上设有与所述保温室连通的进气孔以及出气孔；所述密封盖板可拆卸的连接在安装座的上端，且所述容置腔位于密封盖板所密封的范围内，所述密封盖板上与保温室对应的位置设有透光件。
6.本实用新型的测试与表征装置与现有技术相比具有以下优点：
7.本实用新型公开的测试装置是一台多用原位测试与表征装置，用于检测传感器元件性能，它集温度、湿度、气体控制及传感器性能检测与一体，可以实现传感器元件在高温环境下进行反应动力学过程的原位表征；并且在原位测试腔密封盖板中心为透光件，用于不同波段的光透过，方便实验时使用红外光谱或拉曼光谱等进行加光处理；原位测试腔的高温通过内部加热台来实现，该加热台配合温控装置使用可以实现温度的pid闭环控制，以实现温度的连续调节；加热台的四周由保温陶瓷包覆，可以实现铝材测试腔内部的局部高温；另外的，安装座的内腔结构更加精简，空腔面积更小，在测试时气体切换更加快速、便捷，响应恢复时间更短。另一方面也降低了制作成本，给研究者提供了更多的自主性和便利，节省了研究上的宝贵时间。
8.作为改进的，所述保温陶瓷板为多孔陶瓷材料制成，且所述安装座左右两侧的保温陶瓷板上近保温室的一侧分别设有安装槽，所述安装槽内嵌装有致密陶瓷材料制成的固定陶瓷板，所述固定陶瓷板上设有沿左右方向连通的安装孔，所述探针对称的设置在左右两侧的固定陶瓷板上，且所述探针一端插装在安装孔内，探针的另一端依次穿出保温陶瓷板、安装座与外接的探针引线连接。上述的改进结构中保温陶瓷板采用多孔陶瓷制成，质量轻，保温隔热效果好；另外的，由于安装探针需要打孔，为了保证结构强度，所以选择机械性能、加工性能更好的致密陶瓷材料作为固定陶瓷板的材料。
9.再改进的，所述固定陶瓷板上沿着从外而内的方向设有相连通的插接孔和调节孔，所述探针沿水平方向可滑动的配装在插接孔内，且所述探针近保温室的一端在调节孔内可往下移动；所述固定陶瓷板的上端分别设有竖向延伸至插接孔、调节孔内部的紧固螺钉；且所述紧固螺钉的下端顶靠在探针侧壁上。上述改进结构中，探针在固定陶瓷板上可以水平滑动调整左右位置，并且探针的头部位置还能进行上下位置的微调，这样能够保证探针能往下活动从而能顶住传感器元件，对其进行限位，防止高温下待检测的元件发生位置偏移。
10.再改进的，所述安装座左右两侧的上端面设有用于容置探针引线的卡槽，所述安装座的上端且位于保温室的左右两侧还分别设有用于连通卡槽与容置腔的第一避让凹槽；所述探针远离保温室的一端延伸至第一避让凹槽内。上述改进结构中，由于检查装置密封性的要求，在安装时探针引线与安装座上的卡槽是需要做密封处理的，所以在后续探针左右位置需要微调时，不能移动卡槽内的引线；此时第一避让凹槽就起到了调节的作用，即，在安装时，第一避让槽内可以预留稍微长一点的引线，这样探针在水平微调时，不会触及卡槽中的引线，保证密封性。
11.优选的，所述的加热组件包括沿加热台前后方向延伸设置的加热棒和热电偶，所述安装座前侧的保温陶瓷板上分别设有用于供加热棒和热电偶的接线端部穿出的通孔；所述安装座的前侧壁上设有用于供加热棒和热电偶的引线同时穿出的安装孔。上述改进结构中，实现加热棒、热电偶两组信号引线同时穿出的安装孔，减少安装座开孔，精简安装座内部空间，以减小内部空腔面积。
12.再改进的，所述安装座的上端且位于保温室的前侧设有与保温室连通的第二避让凹槽，所述加热棒和热电偶远离加热台的一端穿出所述通孔延伸至第二避让凹槽内；所述安装孔与第二避让凹槽连通。上述结构中第二避让凹槽的设置可以更加方便加热组件在安装座上的安装，并且能够更好的保证保温室内的密封性。
13.再改进的，所述进气孔、出气孔分别开设在所述安装座的前后侧壁上，且所述进气孔与第二避让凹槽连通；所述保温室前后侧的保温陶瓷板上端面与所述加热台上端面相平齐。上述改进结构中，进气孔通入发通孔可以快速的进入到检测区域，使得待检测元件能够快速实现不同环境要求的检测，提高效率。
14.再改进的，所述容置腔底部设有下沉式的凹腔，以使得所述容置腔的底部配装保温陶瓷板后，所述保温陶瓷板与凹腔底部之间留有空间。上述改进结构中使得底部保温陶瓷板与安装座主体之间留有一个隔离空间，空间内具有一定量的气体，具有从而使得保温陶瓷板能够更好的发挥保温效果，热量不会通过安装座直接散发出去。
15.优选的，所述安装座、密封盖板为铝材加工而成；且所述安装座、密封盖板上设有
多个上下贯通的散热孔。铝材质量轻、散热块、方便携带；另外的，在安装座与密封盖板上还设置了散热孔，进一步的提高了散热效率。
16.优选的，所述探针为镀金钨钢材质制成。探针的材质为镀金的钨钢探针，钨钢探针可以保证在高温下的测试灵敏度，镀金层可以防止钨钢在高温下被测试气体氧化导致探针不导电。
附图说明
17.图1是本实用新型的多功能原位测试装置的爆炸结构示意图。
18.图2是本实用新型的多功能原位测试装置未装密封盖板的结构示意图。
19.图3是本实用新型中的安装座的结构示意图。
20.图4是图3中的安装座安装保温陶瓷板后的结构示意图。
21.图5是图4结构的半剖示意图。
22.图6是本实用新型中的固定陶瓷板的剖视图。
23.图7是本实用新型中的密封盖板结构局部剖视图。
24.其中图中所示：
25.1-安装座，1.1-容置腔，1.2-凹腔，1.3-进气孔，1.4-出气孔，1.5-安装孔，1.6-卡槽，1.7-第一避让凹槽，1.8-第二避让凹槽，1.9-限位凸台，2-保温陶瓷板，2.1-安装槽，3-加热台，4-探针，5-密封盖板，6-透光件，7-固定陶瓷板，7.1-插接孔，7.2-调节孔，8-紧固螺钉，9-散热孔，10-密封垫片，11-密封垫圈，12-玻璃固定环，13-陶瓷螺钉，14-保温室。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“左、右”、“上端”、“前、后”、“中部”、“内外”、“下端”、“内部”、“两侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外需要注意的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.如图1、2所示，本实用新型提供了一种多功能原位测试装置，包括一块矩形的安装座1，在安装座1上端的中部位置设有内凹的容置腔1.1，并且该容置腔1.1为矩形的腔体结构，在容置腔1.1的四周以及底部均设有保温陶瓷板2，所有保温陶瓷板2围成一个上部开口的保温室14，如图4所示；保温室14内腔中装有加热台3，这样设置后，加热台3的上端面与周向的四个保温陶瓷板2内侧壁之间就形成了一个加热检测区域；另外的，在加热台3内部设有加热组件以及温控组件；保温室14的侧壁上设有至少两个探针4，当待检测元件放置在加热台3上时，所有探针4均抵压在待检测元件(传感器元件)的上表面，实现传感器元件的性
能检测。本实施例中，涉及的传感器元件为传感器芯片。
30.优选的，上述结构中的至少两个探针4对称的设置在安装座1的任意两个相对的侧壁上，并且两个侧壁上的探针4相互对称的设置，这样探针4对于待检测元件的压合检测更加的稳定、准确。具体的，图2所示在保温室14左右两侧分别设有四根探针4，并且四个探针4沿左右方向两两对称设置，实现四组用于检测的探针4，可以实现四个传感器元件同时检测，探针4在用于检测传感器元件性能的同时，还能起到压紧定位作用，具体的如何实现竖向压紧定位在后文中有具体阐述。
31.再一方面的，本实施例中的结构中，在安装座1的侧壁上设有与保温室14连通的进气孔1.3以及出气孔1.4；从而能够实现保温室14中可以通入各种不同气体，实现传感器元件在不同气体环境下的性能检测；另外的，在通入保温室14的气体中还可以加入微量水分，从而实现不同湿度的环境检测，即，通过一个检测装置就能实现传感器元件在不同温度、气体以及湿度环境下多功能测试。
32.上述结构中，由于整个测试环境需要在密封的环境下进行，所以在安装座1的上端可拆卸的连接有密封盖板5，并且容置腔1.1位于密封盖板5所密封的范围内，使得保温室14形成一个密封的腔室，另外的，在密封盖板5的中部即，与保温室14对应的位置可拆卸的配装有透光件6，优选的透光件6为透光玻璃片。
33.具体的，如图1所示，在安装座1与密封盖板5之间还设有一层密封垫片10，实现安装座1与密封盖板5的密封配合，优选的，该密封垫片10采用聚四氟乙烯材料制成，具有更好的耐高温的性能。并且在上盖5的四个角位置分别通过相应的连接螺钉与安装座1进行可拆卸的连接固定。另外的，在密封盖板5上端的中部设有一个圆形的窗口5.1，在窗口的外周设有圆形的用于配装透光件6的第一台阶槽5.2，并且在透光件6与第一台阶槽5.2之间还设有聚四氟乙烯制成的密封垫圈11，在密封盖板5上位于第一台阶槽5.2的上方还设有直径大于第一台阶槽5.2的圆形的第二台阶槽5.3，在第二台阶槽5.3上配装有玻璃固定环12，并且玻璃固定环12的内端压紧定位在透光件6的上端面，玻璃固定环12的外端通过相应的螺钉连接固定在第二台阶槽5.3上，从而实现了透光件6与密封盖板5的可拆卸且密封的连接固定，这样设置后，透光件6可以根据需求进行更换，如图7所示。测试腔上盖安装玻璃片的窗口采用圆形设计，可以更好的保证测试腔上盖的强度；另外的，透光件6下端通过聚四氟乙烯材料的密封垫圈11进行限位，保证腔体的气密性，同时防止透光件6被压裂；透光件6固定采用了环形的铝材制成的玻璃固定环12，可以用m3的螺丝紧紧的固定在密封盖板5上，且螺丝不穿透密封盖板5，不接触透光件6，在保证稳固性的同时保证了透光件6与密封盖板5连接结构的密封性。
34.本实施例中，保温陶瓷板2为多孔陶瓷材料制成，且安装座1左右两侧的保温陶瓷板2上近保温室14的一侧分别设有竖向延伸的安装槽2.1，安装槽2.1内嵌装有致密陶瓷材料制成的固定陶瓷板7；探针4的一端穿过固定陶瓷板7延伸至保温室14，探针4的另一端依次穿出保温陶瓷板2、安装座1与外接的探针引线连接。
35.如图2、6所示，固定陶瓷板7上沿着从外而内的方向设有相连通的插接孔7.1和调节孔7.2，探针4沿水平方向可滑动的配装在插接孔7.1内，且探针4近保温室14的一端在调节孔7.2内可往下移动；固定陶瓷板7的上端分别设有竖向延伸至插接孔7.1、调节孔7.2内部的紧固螺钉8，且紧固螺钉8的下端顶靠在探针4侧壁上。具体的，如图6所示，插接孔7.1的
圆柱孔，调节孔7.2为竖向设置的腰型孔，并且调节孔7.2的上端面与插接孔7.1的上端平齐；即当探针4从插接孔7.1朝着保温室14插装至设定位置时，通过插接孔7.1上方的紧固螺钉8可以实现探针4的定位，当需要调节探针4的高度时，可以通过旋拧调节孔7.2上方的紧固螺钉8，促使探针4位于调节孔7.2中的部分朝下发生微量弹性变形，从而促使探针4能够沿竖向压紧限位在传感器元件的上表面，在实现信号检测的同时，还能通过探针4压紧在传感器元件是上端面而实现限位作用，避免因传感器元件在高温环境下发生位置偏移而导致检测结果不准确。再一方面的，上述结构中设置的固定陶瓷板7即实现了探针4的固定，又能保证探针4与容置腔1.1之间的绝缘，保证探针4与容置腔1.1之间不会发生短路，保证检测信号稳定输出。
36.优选的，如图2、4所示，在安装座1左右两侧的上端面设有用于容置探针引线的卡槽1.6，安装座1的上端且位于保温室14的左右两侧还分别设有用于连通卡槽1.6与容置腔1.1的第一避让凹槽1.7；探针4远离保温室14的一端延伸至第一避让凹槽1.7内。
37.本实施例中，加热组件包括沿加热台3前后方向延伸设置的加热棒和热电偶(图中未示出)，在安装座1前侧的保温陶瓷板2上分别设有用于供加热棒和热电偶的接线端部穿出的通孔2.1；安装座1的前侧壁上设有用于供加热棒和热电偶的引线同时穿出的安装孔1.5。安装座1上开设有用于供加热棒、热电偶的两组信号引线同时穿出的安装孔1.5，具体的，此安装孔1.5内的两组信号引线通过航空插头引出，与外部另一个接有加热棒和热电偶信号引线的航空插头对接。
38.更加具体的，安装座1的上端且位于保温室14的前侧设有与保温室14连通的第二避让凹槽1.8，加热棒和热电偶远离加热台3的一端穿出所述通孔2.1延伸至第二避让凹槽1.8内；安装孔1.3与第二避让凹槽1.8连通。如图4所示，进气孔1.3、出气孔1.4分别开设在安装座1的前后侧壁上，且进气孔1.3与第二避让凹槽1.8连通；所述保温室14前后侧的保温陶瓷板2上端面与所述加热台3上端面相平齐。安装座1前后侧壁上设置有前后方向非对称进气孔1.3和出气孔1.4，气体由进气孔1.3进入保温室14，通过出气孔1.4排出，并且此结构中，位于保温室14前后两侧的保温陶瓷板2上端面低于左右两侧的保温陶瓷板2，以形成一个下凹槽，这样从进气孔1.3通入的气体能够通过第二避让凹槽1.8，然后从下凹槽进入到保温室14中，最后从另一侧的下凹槽，经过出气孔1.4排出。整个结构保证在通入气体时能够更加快速的切换，减少气体滞留，减少切换气体所需要的反应时间。
39.再一方面的，如图5所示，在容置腔1.1底部设有下沉式的凹腔1.2，以使得容置腔1.1的底部配装保温陶瓷板2后，保温陶瓷板2与凹腔1.2底部之间留有空间。这样设置后，在保温陶瓷板2与凹腔1.2之间形成的空间，并且在空间内是具有一定量气体，避免保温陶瓷板2与安装座1直接接触，因为本实施例中，安装座1采用的散热效果比较好的铝材，但是保温室14区域又需要保证局部的高温环境，所以上述结构中的间隔设置比直接接触具有更好的保温效果。
40.如图3所示，在容置腔1.1的左右两侧还设有限位凸台1.9，当容置腔1.1底部配装保温陶瓷板2后，底部的保温陶瓷板2上表面与限位凸台1.9上表面相平齐，这样设置后在容置腔1.1的四周配装保温陶瓷板2时，容置腔1.1左右两侧的保温陶瓷板2同时压装在限位凸台1.9和底部保温陶瓷板2的外边缘的上部，如图5所示，能够实现对容置腔1.1底部的保温陶瓷板2的压合定位，提高稳定性。
41.上述结构中，安装座1、密封盖板5为铝材加工而成，保证更好的散热效果；且安装座1、密封盖板5上设有多个上下贯通的散热孔9，在密封盖板5与安装座1之间的密封垫片10上同样设有相应的通孔，保证安装座1与密封盖板5上的散热孔9在竖向是贯通的，进一步的提升散热效果。
42.另外的，探针4为镀金钨钢材质制成。本实施例中探针4的材质选择镀金的钨钢材质是因为：钨钢探针在三千摄氏度以下都具有十分高的强度，可以保证其紧紧地抵住传感器元件；但钨钢探针在高温气氛环境下极易被氧化，产生的氧化层会致使探针不导电。贵金属金在高温下(一千摄氏度以下)不容易氧化，但因其质地较软，价格高，不适合直接用作探针材料。优选的镀金钨钢探针可以解决上述问题，钨钢可以保证在高温下的强度，镀金层可以防止钨钢探针在高温下被测试气体氧化致使不导电。
43.本实施例中，在安装座1底部还设有三个陶瓷螺钉支撑13，如图5所示，三个陶瓷螺钉呈三角形状分布，三角形结构可以使支撑更加稳固，同时使得高温的安装座1不直接接触桌面，实现物理隔热，防止烫坏桌子等支撑体。
44.以上就本实用新型较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本实用新型权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。