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传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
2016年第35卷第11期
DOI:10.13873/J.10009787(2016 J11-008403
半导体制冷的冷阱系统设计马继尧，张嘉琪，徐春宇，张春兰，乔旭东，张伯东（天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津300384）
摘要：针对有机挥发性气体在空气中含量较少不易被测量等特点，设计了一种半导体冷阱捕集热解析装置，该系统对样品进行浓缩处理，可对样品进行100%测定，使测定的录灵缴度提高，该方法与其它前处理法相比具有结构简单，冷却速度快，维修方便易于控制等优点。实验结果表明：该系统稳定可靠。通过对冷阱温度以及5种不同浓度的乙醇和甲醛进行检测，乙醇的平均误差为0.44×10-，甲醛的平均误差为 0.36×10-6，测试结果满足要求。
关键词：半导体冷阱；气体检测；比例积分微分技术
中图分类号：TP23
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)11-0084-03
Design of cold trap system on semiconductor
MA Ji-yao,ZHANG Jia-qi,XU Chun-yu,ZHANG Chun-lan, QIAO Xu-dong,ZHANG Bo-dong aaa
Abstract : Aiming at features of organic volatile gas is less in the air and not easily be detected, design a kind of semiconductor cold trap system independently. Via being thickening treatment samples can be measured 100 % , which can increase sensitivity of measurement. Compared to other pre-treatment methods, it has advantages of simple structure, cooling quickly ,easy to maintain and control. Experimental results show that the system is stable and reliable. By detecting 5 kinds of different volume fraction of ethanol and formaldehyde, when average error of
ethanol detecting is 0. 44 × 10 , and to formaldehyde, it is 0. 36 × 10 , so the test results meet the needs. Key words : semiconductor cold trap: gas detection; PID technology
0引言
近年来，工业发展带来经济高速发展的同时，也给人体健康带来了新的威胁。常温下能以蒸气的形式存在于空气中的易挥发性有机化合物种类繁多，虽然空气中含有的有机挥发性气体量比较少，不易被测量，但仍然会对人体健康造成一定的影响1。尤其是化工企业，生产中用到的化学物质种类紧多，挥发在空气中的有机气体会产重威胁到其工作人员的身体健康2]。
低温浓缩捕集是一种常用的气体样品浓缩与分离技术，通过对半导体冷阱内部温度的控制，将气体样品中待测组分冷凝并滞留浓缩在冷阱捕集室内，而样品中沸点低于冷阱温度的组分则会通过冷阱，从而达到分离和浓缩的目的。半导体冷阱的温度利用计算机通过PID控制技术对温度进行精确的控制3]，通过半导体冷阱来捕集空气中的有机挥发性气体，采样效率高，能有效提高气体传感器灵敏度。
1总体设计
半导体冷阱系统由冷阱捕集部分、温度测量控制部分收稿日期：2016-01-07
和检测部分组成，其结构图如图1所示。整个系统采用系统化的思想搭建，使系统的各部分独立完成其功能的同时可以组成一个有机的整体4]。系统的结构更加简洁化，有良好性能，硬件设计标准化，便于故障的诊断维修
冷阱捕集部分
温度检测测量部分
个 PID控制技术
检测部分
USB通信技术
图1系统结构图
Fig1Structure chart of system
PC上位机
系统工作时，电源正接实现制冷，制冷温度可达
一80C，改变电流方向实现制热，制热温度可达80℃。将冷阱温度调至需要的低温，冷阱对温度范围内的目标气体进行捕集，其它气体随泵排出，之后，调节温度使特定的气体进行热解析后进人气体传感器腔并由相应的传感器对该
气体进行检测。 2系统设计
2.1冷阱捕集部分
冷阱系统主要包括气体捕集室、半导体制冷片、温度传