Датчик влажности емкостного типа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ЕМКОСТНОГО ТИПА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Мухуров Николай Иванович Гасенкова Ирина Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Датчик влажности емкостного типа, содержащий диэлектрическую подложку из анодного оксида алюминия, тонкопленочный планарный конденсатор в виде системы встречно-параллельных электродов, межсоединения и контактные площадки, отличающийся тем, что в диэлектрической подложке выполнена система параллельных щелей шириной от 10 до 100 мкм, на противоположных сторонах щелей нанесены тонкопленочные электроды толщиной минимум 0,3 мкм, образующие совместно с напыленными на одну из поверхностей подложки межсоединениями систему встречно-параллельных электродов объемно-планарного конденсатора. Фиг. 1 Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам контроля влажности воздуха, и может быть использована для контроля влажности воздуха помещений различного назначения (производственных, жилых, административных и об 87162012.10.30 щественных зданий, складов сырья и готовой продукции и т.д.), технологических газовых сред, автоматического мониторинга атмосферы, индивидуального портативного (карманного) средства измерения влажности воздуха. По принципу преобразования датчики влажности делятся на две группы емкостные и резистивные. Емкостные преобразователи обладают практически линейной характеристикой преобразования влажность-емкость и являются более точными, чем резистивные. Известна конструкция емкостного датчика влажности 1, представляющего собой конденсаторную структуру в виде металл-диэлектрик-металл, где нижним электродом является алюминиевая подложка, диэлектрик - пористый оксид алюминия - верхний электрод - полупрозрачная пленка из золота. Однако при значениях относительной влажности больше 90 снижаются чувствительность и точность измерения относительной влажности, сужается рабочий диапазон датчика вследствие насыщения наноразмерных пор молекулами воды и для ее устранения требуется нагрев датчика. Наиболее близкой по технической сущности является конструкция емкостного датчика влажности 2, представляющего собой встречно-штыревую систему тонкопленочных электродов, нанесенных на подложку из анодного оксида алюминия. При изменении относительной влажности окружающей среды изменяется значение емкости конденсаторной структуры. Однако при значениях относительной влажности больше 90 резко увеличиваются диэлектрические потери (более 0,1) за счет увеличения проводимости между электродами и, как следствие, уменьшается точность измерения емкости. В результате точность измерения относительной влажности снижается и рабочий диапазон датчика сужается. Техническая задача полезной модели - повышение точности и расширение рабочего температурного диапазона. Решение технической задачи достигается тем, что в датчике влажности емкостного типа, содержащем диэлектрическую подложку из анодного оксида алюминия, тонкопленочный планарный конденсатор в виде системы встречно-параллельных электродов, межсоединения и контактные площадки, в диэлектрической подложке выполнена система параллельных щелей шириной от 10 до 100 мкм, на противоположных сторонах щелей нанесены тонкопленочные электроды толщиной минимум 0,3 мкм, образующие совместно с напыленными на одну из поверхностей подложки межсоединениями систему встречнопараллельных электродов объемно-планарного конденсатора. Совокупность указанных признаков обеспечивает повышение точности и расширение рабочего температурного диапазона датчика влажности за счет увеличенной площади адсорбирующей влагу поверхности, формирования рабочего промежутка внутри объема подложки и большей величины сопротивления изоляции при высоких значениях относительной влажности. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 представлено объемное изображение датчика влажности, на котором 1 - диэлектрическая подложка,2 - щель,3 - электрод,4 - межсоединения,5 - контактная площадка. На фиг. 2 представлено сечение по осидатчика влажности, на котором 6 - тонкопленочный планарный конденсатор. На фиг. 3 представлена фотография датчика влажности на подложке из анодного оксида алюминия. Датчик влажности емкостного типа содержит диэлектрическую подложку 1 из анодного оксида алюминия, в которой выполнены прямоугольные щели 2, параллельные друг другу (фиг. 1). На противоположных поверхностях длинных сторон щелей 2 сформирова 2 87162012.10.30 ны тонкопленочные электроды 3, попарно с каждой из одинаковых сторон щелей 2 соединенные между собой с помощью тонкопленочных межсоединений 4, расположенных на противоположных сторонах одной из поверхностей диэлектрической подложки 1. Тонкопленочные межсоединения 4 оканчиваются контактными площадками 5. Совокупность электродов 3, межсоединений 4 и контактных площадок 5 образуют встречнопараллельную систему электродов, разделенную щелями, тонкопленочного планарного конденсатора 6 (фиг. 2), представляющую собой в целом объемно-планарный конденсатор. Ширина параллельных щелей 2 составляет 10-100 мкм. При ширине щелей менее 10 мкм невозможно получить при толщинах подложки более 60 мкм сплошные тонкопленочные электроды на противоположных сторонах щелей. При ширине щелей более 100 мкм номинальные значения емкостей планарного конденсатора будут малы, чувствительность и точность идентификации значений относительной влажности окружающей среды датчиком влажности низкие. При толщинах тонкопленочных электродов 3 менее 0,3 мкм невозможно получить на развитой нанопористой поверхности сплошные пленки электродов 3. Диэлектрические подложки 1 изготовлены методом электрохимического окисления алюминия и формирования анодного оксида алюминия (23). Щели 2 в диэлектрических подложках 1 выполнены методом травления через фоторезистивные маски. Тонкопленочные электроды 3, межсоединения 4 и контактные площадки 5 получены посредством вакуумного напыления через маски. Датчик влажности емкостного типа работает следующим образом. При увеличении относительной влажности окружающей среды увеличивается количество адсорбированной воды и групп ОН на поверхности щелей 2 в диэлектрической подложке 1. По линейному закону влажности соответственно изменяется емкость объемнопланарного конденсатора, которая и фиксируется внешним устройством. При снижении относительной влажности окружающей среды количество адсорбированной воды и групп ОН уменьшается вследствие десорбции воды и групп ОН с поверхности щелей 2 в диэлектрической подложке 1. Выполнение конструкции с системой встречно-параллельных электродов объемнопланарной значительно расширяет чувствительность, точность и рабочий диапазон полезной модели. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3