[实用新型]一种测试气体传感器件快速响应特性的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试气体传感器件快速响应特性的方法，尤其涉及一种利用压缩气缸结构进行快速响应传感器件的方法，属于先进半导体材料测试技术领域。

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。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至少具有毫秒量级的响应速度。这就对传感器件的快速响应提出了很高的要求。

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和腔体。举例而言，对于一个尺寸为30cm*30cm*10cm的测试系统（体积3000cm^3=3000mL）的测试腔体，配备管路的可控最大流速取决于所使用的质量流量计，其最大流量假设为500sccm。则整个换气时间为6分钟。也即对于小于6分钟的传感器件响应时间，此系统是不可测的。要测量传感器的快速响应特性，必须缩小腔体的体积。比如，假如要获得小于一秒的响应时间，最大流量仍然假设为500sccm时，腔体的体积应该小于8.3mL. 也即腔体只能有2cm见方的大小，这一大小几乎接近于一般传感器件的尺寸。而假如要测试几十毫秒量级的传感响应时间，腔体的大小则要小于1mL。而如此小的体积对于某些类型的传感器件几乎是没有任何意义的。

另外，在设计腔体的时候，流体力学的限制使得必然存在一定的“死空间”。在此空间内气体的流动相对弱，气体的交换更慢。这一空间的存在对均匀和有效的气体切换产生很大的影响，势必增加腔体的响应时间。为此，设计一款方便使用的，适用于快速传感器件的测试系统具有多方面的困难，引入具有显著的现实意义。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提出一种气体被同步压缩或者拉伸，气体浓度分布均匀，可靠性高，能够实现不同温度下的气体传感特性测试，方便浓度转化，具有大的动态范围，可控性能好的测试气体传感器件快速响应特性的装置。       

技术方案：本实用新型的测试气体传感器件快速响应特性的装置，包括气缸、设置在所述气缸中的活塞、设置在气缸底座处的进气口和排气孔、设置在气缸外壁和活塞上的加热和冷却装置、用于驱动活塞在气缸中往复运动的驱动装置、用于控制加热和冷却装置的温控系统。

本实用新型装置的优选方案中，该装置还包括与待测气体传感器件连接的测试响应特性的仪表。

应用本实用新型装置的测试气体传感器件快速响应特性，包括如下步骤：    

1）将待测气体传感器件固定在测试装置的气缸的底座处；

2）通过控温系统控制气缸腔体内部的温度稳定在设定温度T，所述控温系统为设置在气缸外壁和活塞上的加热和冷却装置；

3）通过气缸底座处的进气口通入体积为V0的目标气体；

4）开启活塞控制系统，按照气体压缩比alpha和拉伸比beta，控制活塞的往复运动，对气缸中的目标气体进行气体的压缩和膨胀，所述气体从最大膨胀体积V1= beta*V0压缩至最小压缩体积V2= alpha*V0的时间为压缩周期t1，气体最小压缩体积V2膨胀至最大膨胀体积V1的时间为膨胀周期t2，所述t1和t2的取值范围为小于1秒；

5）在气体压缩和拉伸的过程中对待测气体传感传感器件的响应特性进行测试。

上述方法的优选方案中，所述步骤2）中的设定温度T为根据待测气体传感器件的工作温度确定的温度范围。

上述方法的优选方案中，所述气体压缩比alpha和拉伸比beta根据待测气体传感器件的传感响应范围来确定。

本实用新型使用具有不同压缩比，不同压缩速度的气缸作为传感器测试的腔体，通过快速的压缩或者拉伸气体改变腔体内的气体浓度。其中气体的绝对浓度可以简单的通过压缩体积比获得，而压缩的速度快慢决定可测的传感器响应速度。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：