[发明专利]用于测试气体传感器件快速响应特性的装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于先进半导体材料测试技术的技术领域，具体来说，涉及一种用于测试气体传感器件快速响应特性的装置及测试方法。

背景技术

普通的气体传感器件一般用来检测某种或多种气体的含量或者液体中某种成分的含量。比如检测液化气等可燃气体的泄露，检测硫化氢、一氧化碳等有毒气体的泄露，检测空气中污染气体的含量等等。气体传感器件在这些应用领域扮演了重要的作用。对于一般的应用场合，传感器的响应时间一般在十几秒到几十秒的量级，这一相对较长的响应时间并不影响传感器件的使用。

在某些应用场合，快速的传感器响应成为一个重要指标，比如检测发动机气缸中几种气体的含量，高速运动物体周围环境的气体成分等等。这些应用场合要求传感器件具有高于检测体系检测量的变化速度的响应速度。这就对传感器件的快速响应提出了很高的要求。比如,上述发动机气缸中几种气体的含量的变化通常在数十毫秒的量级.由于高速传感器件研究领域的困难,目前为止,对发动机气缸中气体浓度的实时变化的检测仍然是一个很大的难题.

制备快速响应的传感器件的首要条件是要具备测试传感器快速响应的系统。目前的传感器件测试系统一般只具备测试十几秒到几十秒的量级的传感器件响应时间。对于亚秒级别的响应时间的测试，受限于系统设计的限制，通常需要特殊设计的管路、阀门和腔体。比如，快速响应测试的腔体必须做的比较小，同时管路的流速又要求比较大。通常提高流速的方法是提高阀门两侧的压力差或者增加管路直径。然而，在定量设定气体特性时，一般使用质量流量计进行进气。在使用质量流量计的情况下，提高阀门两侧的压力差并不会带来流量的增加。当质量流量计选定之后，通常测试系统的关键尺寸也相应的确定。所以，这一途径基本上直接受到腔体体积大小的限制。即使选用了更大流量的质量流量计，其相对较小的样品腔仍然会限制可能获得的最大流量。因此，可以认为腔体大小基本上确定了测试系统的一些关键参数。

除了缩小测试腔体这一措施，与之配套的高速动作的气体阀门也非常重要。高速的气体阀门需要在小于待测试的响应时间内实现气体的切换。对于测试快速响应的传感器件特性，气体在腔体内的通入和抽空的过程必须非常快速。要实现快速的气体切换，一般使用载气和待测气体交替通入测试腔体的方法进行。这一过程的快速进行需要有特别配套的高速阀门，因为质量流量计一般难以达到亚秒级的响应和稳定。然而，目前没有阀门可以实现亚秒或者毫秒级别的响应速度。另外，一般的气阀在打开和关闭阀门时对测试腔体内的气流都会产生扰动并伴随腔体的振动。这些因素限制了现有的气体阀门在高速传感响应器件测试中的用途。目前情况下，还没有一种有效的方法达到使腔体内的气体进行快速的切换，特别是亚秒级别和亚毫秒级别的气体切换。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于测试气体传感器件快速响应特性的装置，该装置利用斩波工作特性获得连续快速的切换，实现传感器件快速响应特性的测试。还提供了该装置的测试方法，可以实现气体传感器在亚秒甚至毫秒级别的特性测试。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于测试气体传感器件快速响应特性的装置，包括换气室、位于换气室内的阀门、位于换气室外侧的电机，电机的动力输出轴穿过换气室的第一壁面，与阀门的中部固定连接，阀门与换气室的第二壁面贴合，第一壁面和第二壁面相对；换气室的第二壁面上设有出气口，换气室的壁面上设有进气孔，电机带动阀门旋转，阀门可完全覆盖出气口。

进一步，所述的阀门位于同一平面上。

进一步，所述的阀门由叶片组成，叶片的一端相互连接，成一整体。

进一步，所述的叶片为两个或三个，且均匀分布。

进一步，所述的阀门从关闭状态到完全开启所需要的时间t₀、阀门从开启的状态到完全关闭状态所需要的时间t₀′、阀门处在开启状态的总时间t₁、阀门处在关闭状态的总时间t₂满足下式：

t₀＝t₀′＝α/w式(1)

t₁＝γ/w式(2)

t₂＝β/w式(3)

其中，w为电机的转子转速，α为出气口相对于转轴中心的张开的夹角，β为阀门中的叶片相对于转轴中心张开的夹角，γ为阀门中相邻两片叶片之间的夹角。