SU989422A1 - Датчик влажности и температуры - Google Patents

Description

(54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относитс  к техническим измерени м,а конкретно к датчи кам дл  измерени  Одновременно f&Jsieратуры и влажнооти газов.

Известны устройства, предназначенные дл  измерени  влс1жности на ос нова , угольных, пьезокварцевых, алюминиевооксидных и других абсорбцисжных электрических датчиков влажности. Но угольные датчики имеют гистерезис при измерени х, пьезокварцевые - чувствительны к изменению плотности и в зкости газов, к пыли и механическим загр знени м, дороже, али линиевооксидные - недостаточно стабильны.

Известен датчик относительной влажности, в котором на керамической подложке расположены металличес кие электроды, соединенные пористой пленкой FjiOj 1 .

Однако этот датчик обладает физическими свойствами, привод щими к быстрому старению пленки.

Наиболее близким к предлагаемс ну  вл етс  датчик влажности и температуры , содержащий тонкопленочный конденсатор, выполненный в виде подложки из пористого диэлектрика с нанесенными на нее металлическими электродами , один из которых выполнен в

виде сопротивлени  в форме меандра 2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  малые пределы измерений, потер  свойств датчика со временем, низка  чувствительность.

Цель изобретени  - расширение пределов измерений влажности при однов Q ременном измерении влажности и температуры , а также сохранение чувствительности при малых габаритах.

Поставленна  цель достигаетс  т&л, что в датчике влажности и темпера45 ТУЕ содержащем тонкопленочный конденсатор , выполненный в виде подложки из пористого диэлектрика с нанесенными на нее металлическими электродами , один из которых представл ет

20 собой сопротивление и имеет форму меандра, в сопротивлении рассто ни  между полосками не превышают размеров агломератов воды на поверхности диэлектрика и имеют различные величины , а толщина диэлектрика тонко25 пленочного конденсатора превышает размеЕи пор в диэлектрике, в качестве которого может быть «спользован пористый кремний.

При измерений одновременно влаж30 ности и температуры необходимо использовать мостовую схему измерений, где в одно плечо включен эталонный герметизированный датчик, а в другое измерительный, причем оба изготавливают одновременно, поэтому они идентичны .

Конструкци  датчика вла жности и температуры дает возможность использовать возможности интегральной технологии при изготовлении датчиков, такие как воспроизводимость, малые. габариты, низка  себестоимость и высокое разрешенче, достигнутое по ширине полосок металлической пленки и рассто нию между ними - до 10 нм (или 0,01 мк), что ранее было невозможно .

На чертеже изображен датчик влажности и температуры.

Датчик влажности и температуры содержит тонкопленочный конденсатор, выполненный в виде подложки 1 из пористого диэлектрика с нанесенными на нее металлическими электродами .2 и 3 Электрод 3 выполнен в виде сопротивлени  в форме меандра. Рассто ние а между полосками Не превышает размеров агломератов воды на поверхности подложки - диэлектрика, а шаг меандра сопротивлени  переменный, т.е. рассто ние а между полосками переменна  величина. Толщина диэлектрической подложки превьвиает размеры пор в диэлектрике.

Рассто ние а измен етс  от 0,01 До 10 мкм, ширина полоски меандра лежит в пределах 0,1-0,5 мм, высота полосы меандра 20 мкм. Меандр снабж€ш контактными площадками 4.

Примером изготовлени  датчиков М1эжет служить предлагаема  технологи , по которой пластины Р-кремни  с ориентацией (III) толщиной 0,3 мм подготавливаютс  к напылению стандартным способом и на них методом вакуумного напылени  с одной стороны наноситс  контактный металл, алюминий толщиной 0,8-2 мкм, который затем вжигаетс  при 520С в течение 1015 мин в потоке водорода, прошедшегго палладиевую очистку с точкой росы дл  создани  хорошего омического контакта. Затем наноситс  слой олово-индий толщиной несколько дес тков микрон методом электрохимического осаждени  ,в электролите соответствующего состава дл  последующей пайки к корпусу или теплоносителю дл  измерени  температуры, котора  измер етс  по показанию герметизированной половин датчика. Затем производитс  формирование диэлектрического сло  пористого кремни  способом электрохимической анодной обработки монокристаллического кремни  в растворе 10-15%-ной плавиковой кислоты при 23Cf катодом в котором служит

платиновый электрод, а плотность тока 5-300 шА/см.

Толщина образукицегос  диэлектрика больше размеров пор, имеющих диаметр на поверхности 1-10 нм, в объеме до 1 мкм.

В зависимости от требуемого быстродействи  и чувствительности толщина выбираетс  в пределах 5-100 мкм. Следующей операцией служит напыление

0 сло  платины в вакууме поверх полугченного сло  пористого кремни . Толщина платины 10,0-100,0 нм. После этого напыл ютс  контактные площадки из никел  толщиной 0,4-0,5 мКМ,

5 методом фотолитографии создаетс  соответствующа  чертежу топологи  сопротивлени  с переменным шагом а от 0,01 до 10 мкм и шириной полосок Ь, которые одновременно  вл ютс 

Q верхними обкладками конденсатора.

Измерение относительной влажности газов основано на  влении абсорбции влагочувствительной пленкой пористого кремни  молекул воды, а так5 же образованием на поверхности ди-

электрика между полосками меандра .агломератов (образований) воды, в результате чего, измен етс  геометрический путь тока из-за закорачива ни  отдельных меандров при соизме римости их размеров с размерами между полосками. Все это приводит к измерению величины полного сопротивлени  иэмерительньх элементов в отличие от эталонных герметизированных

9 частей, чем достигаетс  независимость -показаний датчика от температуры окружающей среды.

Влагочувствительность датчика достаточно широка от долей процента до

0 100% влажности, так как по мере увеличени  влажности начинают рабо- ; тать болие ижрркие части меандра и более крупные поры в диэлектрике конденсатора, что позвол ет работать

5 без насыщени  датчика.

Преимуществами предложенного тонкопленочного датчика влажности и температуры по сравнению с известной конструкцией  вл ютс  его механическа  прочность, возможность получени  взаимозамен е1«ых датчиков, его высока  стабильность, малые габариты и инерционность.

Claims (2)

1. Датчик влажности и температуры, содержащий тонкопленочный конденса60 тор, выполненный в виде подложки иг пористого диэлектрика с нанесенным на нее металлическими электродами, один из которых представл ет собой сопротивление и имеет 1юрму меандра, , отличающийс  тем, что, с

целью расишрени  диапазона измереНИИ влажнсхзти при одновременном нзмерении влажности и температуры, в сопротивлении рассто ни  между полосками не превышают размеров агломератов воды на поверхности диэлектрика и имеют различные величины, а толщина диэлектрика тонкопленочного конденсатора превьшает размеры лор в диэлектрике.

2. тчик по п. 1, о т л и ч а юW и и с   тем, чтЪ, с целью увеличени  чувствительности, в качестве диэлектрика использован пористый кр кНИИ .

Источники информсщнй, 5 ;прин тые во виюлаиие при aticcnepTHse

ll Патент США I 3916367, кл. Н 01 С 13/00, опублик. 1978,

2. Авторское свидетельство СССР 51873, кл. G 01 N 25/.56, 1965 , (прототип).