[发明专利]一种用于动态配气系统中的快速气氛切换装置

说明书

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，特别涉及用于动态配气系统的快速气氛切换装置。

背景技术

气体传感器是一种将传感器所处气氛中的某些气体的种类及浓度信息转化为电学信号的装置。气体传感器的应用领域很广，包括工农业管理、大气监测、汽车尾气检测、有毒气体的监测、安全检查(爆炸物和毒品)、航空航天、军事国防(生化武器防御)等。近年来，随着人们生活水平的提高与科技水平的发展，越来越多的气体传感器得到了开发和应用。特别值得指出的是，近几年来，我国物联网快速兴起，这为气体传感器的发展提供了良好的契机。

气体传感器的研究开发过程中，需要对传感器的性能进行测定，测定的最典型过程就是将传感器在背景气体和目标气体中切换，并实时记录传感器的电学信号，从而得到传感器对某一浓度的目标气体的灵敏度数值与响应恢复时间数值。早期的气体传感器，由于气敏材料制备过程的可控性差、器件多采用人工涂覆制作、检测电路噪音高等问题，因此，气体浓度探测下限都在几十甚至几百ppm。对于这些传感器的检测大多使用静态配气法，配气的主要过程是：使用注射器量取一定体积的源气体或者液体，注入至玻璃气瓶中，将传感器“伸入”和“拔出”玻璃气瓶并同时记录传感信号，以获得传感器的性能指标。然而这种配气方法精度低准确度差(在ppm量级误差很大)，且传感器在“伸入”和“拔出”玻璃气瓶的过程中会引起气体的泄露。

近年来越来越多的由新材料或新结构构成的新型气体传感器陆续被开发出来，这些传感器可以探测浓度为ppb甚至ppt量级的气体，而响应恢复时间仅在数秒左右。对于这些新型气体传感器性能的标定，静态配气方法将难以满足器件性能的测量要求。欲配置出准确、低浓度的气体，必须使用动态配气，也就是通过气瓶、质量流量计、减压阀等设备将气体稀释至ppb或者更低的浓度，从而获得准确的超低浓度气氛。然而，使用动态配气系统测试传感器性能，传感器将无法“伸入”和“拔出”气室，而必须通过调节质量流量计来改变气氛，这种调节往往需要几十秒到数分钟的时间，因此，这种情况下，所或得的器件响应恢复时间是不正确的。目前，动态配气系统无法快速改变气氛这一问题已经阻碍气体传感器的研究发展，成为众多传感器研究者开发高性能气体传感器的一大障碍。

发明内容

本发明的目的是克服以上问题，提供一种能够用于动态配气系统中快速切换传感器所处气氛的装置。

本发明所述的快速气体氛围切换装置，其特征在于：在实心腔体1中镂空出相互独立、密闭性良好、结构对称的多个气室(2及2个以上，如3个，4个，5个、6个，8个等)；每个气室分别连接气体动态配气系统和废气排放装置；在多个气室的对称中心处设置有侧面磨砂镀膜的实心圆柱形转体10，在圆柱体转体10的侧面开有与气室数目相同且位置对称的扇形窗口，在每个扇形窗口分别放置气体传感器，气体传感器引线通过圆柱形转体10顶部的引线开口外接气体传感器特性分析仪；实心圆柱形转体10沿其轴向与多个气室部分重叠，使扇形窗口在实心圆柱形转体10转动过程中能够位于气室内，使每个气体传感器在多个气室间快速切换，即在背景气体和目标气体的气氛间快速切换，从而由气体传感器特性分析仪器测量气体传感器在超低浓度气氛中的响应和恢复特性。

进一步，本发明所述的快速气体氛围切换装置，其特征在于：在实心腔体1中镂空出由隔板8、9分开、相互独立、气密性良好、结构对称的第一气室2和第二气室3；第一气室2通过第一气室进气管4连接背景气体动态配气系统的气路，通过第一气室出气管5连接废气排放装置；第二气室3通过第二气室进气管6连接目标气体动态配气系统的气路，通过第二气室出气管7连接废气排放装置；在第一气室2和第二气室3间的对称中心处设置有侧面磨砂镀膜的实心圆柱形转体10，圆柱形转体10的直径大于隔板8、9的厚度；在圆柱体转体10的侧面开有两个位置对称的第一扇形窗口16和第二扇形窗口17，扇形窗口的中心角小于隔板8、9的中心角；在第一扇形窗口16和第二扇形窗口17内分别放置第一气体传感器18和第二气体传感器19，并分别经第一气体传感器引线14和第二气体传感器引线15通过圆柱形转体10顶部的第一引线开口12和第二引线开口13外接气体传感器特性分析仪；在实心圆柱形转体10转动的过程中，第一气体传感器18和第二气体传感器19在第一气室2和第二气室3间快速切换(即在背景气体和目标气体的气氛间快速切换)，从而由气体传感器特性分析仪器测量第一气体传感器18和第二气体传感器19在超低浓度气氛中的响应和恢复特性。