[發明專利]用于氣體傳感器件快速響應特性的測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201510973746.5
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105486811B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 萬能;黃見秋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于先進半導體材料測試技術的技術領域，具體來說，涉及一種用于氣體傳感器件快速響應特性的測試裝置及測試方法。

背景技術

傳感器的瞬態響應特性是衡量其性能的一個重要指標。隨著近年來研究的深入，以及物聯網等領域的興起,傳感器件的日益廣泛的應用對傳感器件的性能提出了新的要求。比如在檢測發動機氣缸中幾種氣體的含量，探測高速運動物體周圍環境的氣體成分等等。這些應用場合要求傳感器件具有高于檢測體系檢測量的變化速度的響應速度。這就對傳感器件的快速響應提出了很高的要求。比如,上述發動機氣缸中幾種氣體的含量的變化通常在數十毫秒的量級。由于高速傳感器件研究領域的困難,目前為止,對類似于發動機氣缸中氣體濃度的實時變化的檢測仍然是一個很大的難題。

目前的傳感器件測試系統一般只具備測試十幾秒到幾十秒的量級的傳感器件響應時間。對于亞秒級別的響應時間的測試，受限于系統設計的限制，通常需要特殊設計的管路、閥門和腔體。特別的，對于使用常規的使用流動的氣體進行瞬態傳感響應特性測試的方法，測試的腔體必須做的比較小，同時相應的管路的流速又要求比較大。通常提高流速的方法是提高閥門兩側的壓力差或者增加管路直徑。然而，在定量設定氣體特性時，一般使用質量流量計進行進氣。在使用質量流量計的情況下，提高閥門兩側的壓力差并不會帶來流量的增加。當質量流量計選定之后，通常測試系統的關鍵尺寸也相應的確定。所以，這一途徑基本上直接受到腔體體積大小的限制。即使選用了更大流量的質量流量計，其相對較小的樣品腔仍然會限制可能獲得的最大流量。因此，可以認為腔體和管路的大小基本上確定了測試系統的可測試能力。

簡單的計算可以發現使用流動氣體的方法實際上除了受制于管路和腔體的特性，還和氣體的互擴散過程相關，如果氣體的擴散較慢，比如在低溫下或者氣體分子擴散系數較低的情況，實際上腔體中氣體的切換會產生不同程度的滯后。這一因素實際上也不利于獲得準確的器件快速響應的性能。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于測試氣體傳感器件快速響應特性的裝置，該裝置使待測試樣品在兩個相對封閉的、具有不同目標氣體濃度的腔體中進行位置切換，通過樣品位置的快速切換實現非常小的儀器特征轉換參數。同時，本發明還提供了該裝置的測試方法，可以實現氣體傳感器在亞秒甚至毫秒級別的特性測試。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明實施例采用的技術方案是：

一種用于氣體傳感器件快速響應特性的測試裝置，該測試裝置包括分別設有通氣孔和出氣孔的第一腔體和第二腔體，第一腔體和第二腔體之間通過隔板分隔，隔板上設有通孔，第一腔體中設有切換閥和第一驅動電機，第一驅動電機固定連接在隔板上，第一驅動電機的輸出軸通過連接件與切換閥連接，第一驅動電機帶動切換閥繞第一驅動電機轉動，切換閥可覆蓋通孔，從而隔離第一腔體和第二腔體；第二腔體中設有樣品架、第二驅動電機和封閉閥，第二驅動電機固定連接在第二腔體中，樣品架與通孔相對，樣品架的一端用于盛放待測氣體傳感器，樣品架的另一端與第二驅動電機的輸出軸連接，封閉閥連接在樣品架上，且封閉閥可覆蓋并密封通孔。

作為優選方案，所述的第一腔體中還包括位置傳感器，位置傳感器固定連接在隔板上，且位置傳感器位于切換閥轉動路徑上。

作為優選方案，所述的位置傳感器至少為兩個，布設在通孔兩側。

作為優選方案，所述的封閉閥滑動密封連接在樣品架上。

作為優選方案，所述的封閉閥朝向通孔的一側設有減振環和密封環；減振環和密封環固定連接在封閉閥上。

作為優選方案，所述的切換閥朝向通孔的一側設有滑動密封圈。

一種用于氣體傳感器件快速響應特性的測試裝置的測試方法，該測試方法包括以下過程：

第一步：將待測氣體傳感器置入樣品架上，并將待測氣體傳感器與外部性能檢測裝置連接；

第二步：啟動第一驅動電機，使得切換閥覆蓋且密封隔板上的通孔；

第三步：向第一腔體和第二腔體中分別通入不同濃度的氣體，并使腔體內氣體濃度均勻穩定；

第四步：啟動第二驅動電機，使得樣品架向通孔移動；在樣品架移動到通孔附近時，啟動第一驅動電機，轉動切換閥，打開通孔，使得樣品架穿過通孔；將樣品架上的待測氣體傳感器移動到第一腔體中，隨后將封閉閥覆蓋且密封通孔；在此過程中，利用外部性能檢測裝置檢測待測氣體傳感器的響應性能。

作為優選方案，所述的第三步中，第一腔體中的氣體壓強和第二腔體中的氣體壓強相等。