電容式溫度傳感器：AM2301電容式數字溫濕度傳感器

AM2301電容式數字溫濕度傳感器

發布時間：2020/3/27 14:55:13
所屬類別：傳感器  ? 溫度傳感器
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AM2301電容式數字溫濕度傳感器屬性

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AM2301電容式數字溫濕度傳感器描述

產品名稱：AM2301電容式數字溫濕度傳感器
AM2301濕敏電容數字溫濕度模塊是一款含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在單片機中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。標準單總線接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品分為3引線（單總線接口），和4引線連接方便，可自由選擇任何一種總線方式。特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。
產品名稱：AM2313高溫型數字溫濕度傳感器
AM2313濕敏電容數字溫濕度傳感器是一款含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合型傳感器。采用專用的溫濕度采集技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度集成測溫元件，并與一個高性能微處理器相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。
產品名稱：AMT2001電壓輸出電容式溫濕度模塊
AMT2001濕敏電容溫濕度模塊相對濕度傳感器與電路一體化的產品模塊的供給電壓為直流電壓，相對濕度通過電壓輸出進行計算，本模塊具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補償，確保長期穩定性好，使用方便及價格低廉等特點，尤其適合對質量、成本要求比較苛刻的企業使用。可應用于暖通空調、加濕器、除濕機、通迅、大氣環境監測、工業過程控制、農業、測量儀表等應用領域。
產品名稱：AMT1001溫濕度模塊高品質最低價格
AMT1001電壓輸出溫濕度模塊相對濕度傳感器與電路一體化的產品模塊的供給電壓為直流電壓，相對濕度通過電壓輸出進行計算，本模塊具有精度高，可靠性高，一致性好，確保長期穩定性好，低功耗，小體積、帶溫度補償、單片機校準線性輸出、使用方便、成本低、完全互換、超長的信號傳輸距離、精確校準，使用方便及價格低廉等特點，尤其適合對質量、成本要求比較苛刻的企業使用。可應用于暖通空調、加濕器、除濕機、通迅、大氣環境監測、工業過程控制、農業、測量儀表等應用領域。
產品名稱：AM1001濕度模塊高品質最低價格
AM1001電壓輸出溫濕度模塊相對濕度傳感器與電路一體化的產品模塊的供給電壓為直流電壓，相對濕度通過電壓輸出進行計算，本模塊精度高，低功耗，小體積、帶溫度補償、單片機校準線性輸出、使用方便、成本低、完全互換、超長的信號傳輸距離、精確校準。用于暖通空調、加濕器、除濕機、通迅、大氣環境監測、工業過程控制、農業、測量儀表等應用領域。

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電容式溫度傳感器：一種電容式MEMS溫度傳感器

摘要：

一種電容式MEMS溫度傳感器,它涉及一種溫度傳感器.本實用新型的目的是要解決現有電容式溫度傳感器的體積大,功耗高的問題.一種電容式MEMS溫度傳感器包括底板,中段和頂蓋,底板,中段和頂蓋由下至上依次疊在一起;所述底板包括底板SiO絕緣膜層,底板Si基層,底板SiO隔離層,底板Ag電極層和底板AlN絕緣導熱層;所述中段包括Si支架,中段SiO絕緣層和三維黑磷電解質層;所述頂蓋包括頂蓋SiO絕緣膜層,頂蓋Si基層,頂蓋SiO隔離層,頂蓋Ag電極層和頂蓋AlN絕緣導熱層.優點:體積小,成本低,功耗低的特點;提高了敏感度.本實用新型主要用于制備電容式MEMS溫度傳感器.

展開

電容式溫度傳感器：一種電容式溫度傳感器及使用方法與流程

本發明涉及溫度測量技術領域，涉及一種溫度傳感器，更具體是涉及一種電容式溫度傳感器及使用方法，適用于工業制造產業和智能制造行業。
背景技術：
在工業制造業產業和智能制造行業中，設備及物料的溫度是一項重要參數，對車間能否正常運轉、生產產品質量都有很大的影響。目前，工業制造業中所使用測量溫度的方式有很多，例如：壓力式測溫系統、電接點溫度計、雙金屬溫度計、熱電偶、光學高溫計、輻射高溫計和紅外測溫儀。但所述種種方式，都還存在一定的局限性。
其中，壓力式測溫系統是最早應用于生產過程溫度測量方法之一，是就地指示、控制溫度應用十分廣泛的測量方法。優點是結構簡單、機械強度高、不怕震動；缺點是熱損失大、響應時間較慢，測量精度受環境溫度及感溫包安裝位置影響較大、毛細管傳送距離有限制。電接點溫度計，優點是測量精度高、再現性好；缺點是需外接電源、熱慣性大、不能使用在有機械振動場合。雙金屬溫度計是用途十分廣泛的就地溫度計，優點是結構簡單、價格低、維護方便；缺點是測量精度較低、大多用于現場顯示及不需要控制的場合。熱電偶在工業測溫中占了很大比重，生產過程遠距離測溫大多使用熱電偶。優點是體積小、安裝方便；缺點是熱電勢與溫度之間是非線性關系、精度比熱電阻低，在同樣條件下,熱電偶接點易老化。光學高溫計結構簡單、輕巧、使用方便；缺點是測量靠人眼比較、容易引入主觀誤差、價格高。輻射高溫計主要用于熱電偶無法測量的超高溫場合。優點是高溫測量、響應速度快；缺點是非線性刻度、被測對象的輻射率、輻射通道中間介質的吸收率會對測量造成影響、結構復雜。紅外測溫儀精度高、響應時間快、攜帶方便，但不能測量大型裝置，屬于便攜式裝備。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述現有技術存在的問題和不足，提供一種結構簡單、響應時間快，讀數誤差小，測量精度高的電容式溫度傳感器。
為達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：
一種電容式溫度傳感器，由感溫包1、毛細管2、波紋管3、底座4、感溫工質5、電容器左極板6和電容器右極板7構成，其中所述底座4為∟形板狀結構，豎直板上開設有半圓槽，所述波紋管3的一端固定連接在半圓槽中，并向外依次固定連接所述毛細管2和所述感溫包1，另一端懸伸在所述底座4橫板上，其端面固定連接所述電容器左極板6，所述電容器右極板7距離所述電容器左極板6一間隙豎直固定連接在所述底座4上；所述相連通的波紋管3、毛細管2和感溫包1中填充有同種感溫工質5。
進一步地，所述底座4、電容器左極板6和電容器右極板7的材質均為金屬材料，其中所述電容器左極板6和電容器右極板7為同種金屬材料。
進一步地，所述電容器左極板6與電容器右極板7之間的間隔為3～5mm。
進一步地，所述底座4、電容器左極板6和電容器右極板7的材質均為金屬材料，其中所述電容器左極板6和電容器右極板7為同種金屬材料。
進一步地，所述固定連接均為焊接連接。
進一步地，所述波紋管3為圓柱體金屬波紋管。
進一步地，所述感溫工質5為氟利昂或乙醇或乙醚。
進一步地，所述感溫包1材料為鐵或銅或不銹鋼。
工作原理：將感溫包1與被測物體持續充分接觸，引起由感溫包1、毛細管2、波紋管3所組成的感溫組件內部填充的感溫工質5溫度變化，進而使得感溫工質7發生熱脹冷縮現象，驅動波紋管3體積膨脹并向右側產生位移，帶動電容器左極板6向右運動，致使電容器兩極板間距離減小，導致電容器輸出的電容值發生變化，可通過測量輸出的電容值進而測出被測物體的溫度。
有益效果：本發明和現有技術相比，具有如下顯著性特點：
1、本發明結構簡單，使用過程操作便捷，系統誤差小，經濟成本低。
2、本發明的電容式溫度傳感器利用感溫工質受溫度變化而產生的體積變化，驅動波紋管向右側單方向伸縮，進而帶動電容器左極板產生位移，改變電容器電容值，測量出的數據更為真實可靠，有效降低溫度傳感器的遲滯誤差及讀數誤差。
3、本發明的電容式溫度傳感器可根據不同工作環境選擇不同感溫工質，適用范圍廣，測溫效果良好。
4、本發明的電容式溫度傳感器對電容器的應用可以降低對工作電源品質的要求，達到節能性與安全性的雙重提高。
本發明所提出的電容式溫度傳感器的使用方法：
a、將電容器左極板6、電容器右極板7與測量電容器電容值的電路相連接；
b、通過選擇合適的位置安放底座4使電容式溫度傳感器保持靜止且感溫包1與被測物體保持充分接觸；
c、讀取電容器電容值，進而獲取被測物體溫度值及溫度變化量。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖，
圖2是本發明的感溫組件示意圖，
圖3是本發明的底座示意圖，
圖中附圖標記說明：1.感溫包、2.毛細管、3.波紋管、4.底座、5.感溫工質、6電容器左極板、7.電容器右極板。
具體實施方式
如圖1所示，本發明的一種電容式溫度傳感器，由感溫包1、毛細管2、波紋管3、底座4、感溫工質5、電容器左極板6和電容器右極板7構成，其中所述底座4為∟形板狀結構，豎直板上開設有半圓槽，所述波紋管3的一端固定連接在半圓槽中，并向外依次固定連接所述毛細管2和所述感溫包1，另一端懸伸在所述底座4橫板上，其端面固定連接所述電容器左極板6，所述電容器右極板7距離所述電容器左極板6一間隙豎直固定連接在所述底座4上；所述相連通的波紋管3、毛細管2和感溫包1中填充有同種感溫工質5。
在本實施例中，所述底座4、電容器左極板6和電容器右極板7的材質均為金屬材料，其中所述電容器左極板6和電容器右極板7為同種金屬材料。
在本實施例中，所述電容器左極板6與電容器右極板7之間的間隔為3～5mm。
在本實施例中，所述底座4、電容器左極板6和電容器右極板7的材質均為金屬材料，其中所述電容器左極板6和電容器右極板7為同種金屬材料。
在本實施例中，所述固定連接均為焊接連接。
在本實施例中，所述波紋管3為圓柱體金屬波紋管。
在本實施例中，所述感溫工質5為氟利昂或乙醇或乙醚，可根據工作環境中所需選用不同中感溫工質。
在本實施例中，所述感溫包1材料為鐵或銅或不銹鋼。
本實施例的感溫組件如圖2所示，感溫組件由感溫包1、毛細管2、波紋管3構成；所述感溫包選用金屬圓柱體感溫包，材料可以選用鐵、銅、不銹鋼；所訴波紋管選用圓柱體金屬波紋管；感溫組件內部裝有同種感溫工質5，可根據具體工作環境及測量溫度范圍選擇，如氟利昂、乙醇、乙醚；工作時，將感溫包1持續充分接觸被測物體，使得內部感溫工質5發生溫度變化并產生熱脹冷縮現象，進而使波紋管3產生體積變化，向右側單方向伸縮。
本實施例的電容式溫度傳感器的工作原理如下：將感溫包1與被測物體保持充分接觸，引起由感溫包1、毛細管2、波紋管3所組成的感溫組件內部填充的感溫工質5溫度變化，進而使得感溫工質5發生熱脹冷縮現象，驅動波紋管3體積膨脹并向右側產生位移，帶動電容器左極板6向右運動，致使電容器兩極板間距離減小，導致電容器輸出的電容值發生變化，可通過測量輸出的電容值進而測出被測物體的溫度。
本實施例電容式溫度傳感器的使用方法：
a、將電容器左極板6、電容器右極板7與測量電容器電容值的電路相連接；
b、通過選擇合適的位置安放底座4使電容式溫度傳感器保持靜止且感溫包1與被測物體持續充分接觸；
c、讀取電容器電容值，進而獲取被測物體溫度值及溫度變化量。
當然，以上僅為本發明較佳實施方式，并非以此限定本發明的使用范圍，故，凡是在本發明原理上做等效改變均應包含在本發明的保護范圍內。

電容式溫度傳感器：一種電容式溫度傳感器的制造方法

一種電容式溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種電容式溫度傳感器，該傳感器包括襯底（1）、感溫介質（2）、鈍化層（3）、中間叉指電極（1-3）、邊叉指電極（1-2）構成的檢測電容；所述的檢測電容具有高深寬比的叉指結構，其中，襯底（1）位于檢測電容的底部，起基座作用，中間叉指電極（1-3）與襯底之間設有感溫介質（2），邊叉指電極（1-2）處于所述檢測電容的外部的四周，在中間叉指電極（1-3）的周邊、邊叉指電極（1-2）的內表面上表面設有鈍化層（3）；感溫介質（2）處于中間叉指電極（1-3）之間、邊叉指電極（1-2）與中間叉指電極（1-3）之間、以及中間叉指電極（1-3）與襯底（1）之間的空腔（4）之中。該電容式溫度傳感器具有靈敏度高，結構簡單，加工方便，感溫結構新穎等優點。
【專利說明】一種電容式溫度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于體娃工藝的MEMS (微電子機械系統)電容式溫度傳感器,尤其是一種利用感溫介質體積和感溫介質介電常數的雙重變化感測溫度的新型叉指結構電容式溫度傳感器。
【背景技術】
[0002]溫度傳感器是最早開發，應用廣泛的一類傳感器。從17世紀初人們就已經開始對溫度進行測量。在半導體技術的支持下，本世紀相繼開發了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據波與物質的相互作用規律，相繼開發了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。隨著MEMS技術的發展，一些采用MEMS技術的微溫度傳感器也不斷被提出。
[0003]溫度傳感器的種類繁多，其中多種傳統溫度傳感器難與IC工藝兼容。無論是電阻式溫度傳感器還是基于硅基集成溫度傳感器，其自加熱效應常會影響測量精度。通常常規溫度傳感器的原理可移植到MEMS領域，已出現的MEMS溫度傳感器與傳統傳感器相比，具有體積小、重量輕的特點。而電容式傳感器具有靈敏度高、動態響應時間短、熱損耗極小等特點。現存的較常見的電容式溫度傳感器是基于雙金屬效應的雙層懸臂梁結構的電容式溫度傳感器，這種溫度傳感器輸出電容與溫度之間的非線性比較大。加工工藝比較復雜，不但需要表面釋放工藝，更需要硅與玻璃的鍵合工藝，傳感器的成本較高。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中電容式傳感器輸出電容與溫度之間的非線性比較大。加工工藝比較復雜，不但需要表面釋放工藝，更需要硅與玻璃的鍵合工藝，傳感器的成本較高的問題，提出一種結構簡單，敏感電容大的新型電容式溫度傳感器。它具有靈敏度高，響應較快，結構簡單等優點。
[0005]技術方案:本發明的電容式溫度傳感器包括襯底、感溫介質、鈍化層、中間叉指電極、邊叉指電極構成的檢測電容；所述的檢測電容具有高深寬比的叉指結構，其中，襯底位于檢測電容的底部，起基座作用，中間叉指電極與襯底之間設有感溫介質，邊叉指電極處于所述檢測電容的外部的四周，在中間叉指電極的周邊、邊叉指電極的內表面上表面設有鈍化層；感溫介質處于中間叉指電極之間、邊叉指電極與中間叉指電極之間、以及中間叉指電極與襯底之間的空腔之中。
[0006]所述感溫介質為體膨脹系數大且介電常數隨溫度變化大的液體介質。
[0007]所述鈍化層為二氧化硅。所述中間叉指電極、邊叉指電極之間的電容等效為以空氣為介質的電容和以感溫介質為介質的電容，兩個電容的并聯。所述襯底為玻璃。
[0008]本發明的一種電容式溫度傳感器，其工作原理為:當溫度發生變化時，感溫介質的體積會發生變化，因此在兩個檢測電極之間的感溫介質體積會發生變化，且其介電常數也會隨溫度發生變化，進而引起檢測電容值發生變化，從而實現溫度測量功能。[0009]叉指電極之間的電容等效為以空氣為介質的電容和以感溫介質為介質的電容，兩個電容的并聯。
[0010]有益效果:作為對本發明所述技術方案的一種改進，叉指電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結構。綜合其材料的加工成本、制作工藝的實現方式以及敏感電容的大小來說，體加工工藝加工的叉指電極具有成本低、制作工藝簡單、敏感電容大的優點。
[0011]作為對本發明所述技術方案的一種改進，襯底使用玻璃材質，通過鍵合工藝與低阻硅形成結構。綜合所選材料的成本，制作工藝以及材料性能來說，選用玻璃襯底可以減少寄生電容，硅-玻璃鍵合工藝成熟的優點。
[0012]作為對本發明所述技術方案的一種改進，叉指結構與玻璃襯底之間有較大體積的液體腔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的俯視圖。
[0014]圖2是本發明的截面圖。
[0015]圖中有:襯底1，邊叉指電極1-2，中間叉指電極1-3，空氣間隙1-4，感溫介質2，鈍化層3，空腔4。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]本發明優選實施例如下:
[0018]如圖2所示，本實施例所述電容式溫度傳感器包括呈叉指結構的檢測電容，該檢測電容由覆蓋有鈍化層的邊叉指電極1-2、覆蓋有鈍化層的中間叉指電極1-3，感溫介質2處于邊叉指電極1-2與中間叉指電極1-3以及電極與襯底I之間的空腔4之中。
[0019]在本實施例中，襯底I選用玻璃襯底，感溫介質2為不易揮發的硅油，鈍化層3為二氧化硅，邊叉指電極1-2、中間叉指電極1-3都為低阻硅。
[0020]如圖2所示，本實施例所述電容式溫度傳感器的制作過程如下:首先，選用低阻硅作為初始材料，對其背面進行光刻工藝和濕法腐蝕工藝，形成背面的空氣腔2 ;進行硅片和玻璃襯底I鍵合，形成帶有底座的空腔結構；對硅片正面進行光刻和深反應離子刻蝕工藝，形成具有高深寬比的叉指電容結構，即形成邊叉指電極1-2、中間叉指電極1-3 ;對整個結構進行氧化處理，形成鈍化層3 ;最后注入感溫介質2即可。
[0021]在本實施例中，正負電極、鈍化層以及感溫介質層構成叉指結構狀的檢測電容，當溫度發生變化時，感溫介質會隨溫度變化而體積發生變化，引起電容之間的介質組成發生改變，進而引起電容大小發生變化。
[0022]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種電容式溫度傳感器，其特征在于，該傳感器包括襯底(I)、感溫介質(2)、鈍化層(3)、中間叉指電極(1-3)、邊叉指電極(1-2)構成的檢測電容；所述的檢測電容具有高深寬比的叉指結構，其中，襯底(I)位于檢測電容的底部，起基座作用，中間叉指電極(1-3 )與襯底之間設有感溫介質(2)，邊叉指電極(1-2)處于所述檢測電容的外部的四周，在中間叉指電極(1-3)的周邊、邊叉指電極(1-2)的內表面上表面設有鈍化層(3);感溫介質(2)處于中間叉指電極(1-3)之間、邊叉指電極(1-2)與中間叉指電極(1-3)之間、以及中間叉指電極(1-3)與襯底(I)之間的空腔(4)之中。
2.根據權利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述鈍化層(3)為二氧化硅。
3.根據權利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述中間叉指電極(1-3)、邊叉指電極(1-2)之間的電容等效為以空氣為介質的電容和以感溫介質為介質的電容，兩個電容的并聯。
4.根據權利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述襯底(I)為玻璃。
【文檔編號】G01K7/34GKSQ
【公開日】2013年12月25日   申請日期:2013年9月30日   優先權日:2013年9月30日
【發明者】任青穎, 王立峰, 黃見秋, 黃慶安   申請人:東南大學