TW202007959A - 溶液性質感測器 - Google Patents

Abstract

一種溶液性質感測器，其包含：一基板、一溫度感測元件、一電導度感測元件、一酸鹼值感測元件及一參考電極。本發明係利用不同的感測元件進行各種溶液性質的感測，並且這些感測元件可與基板上的導電圖案進行電連接以及進行固定，從而便於工業上的大量生產或者降低生產難度。

Description

溶液性質感測器

本發明係關於一種感測器，特別是關於一種溶液性質感測器。

在溶液性質的監控中，酸鹼值(pH值)、溫度及電導度皆為重要參數。傳統上，水質的酸鹼值感測量測大多利用酸鹼試紙、酸鹼指示劑或玻璃電極。玻璃電極主要利用離子選擇玻璃膜為感測器，對於一種或一類離子具有高度的選擇性，電極前端為中空半球狀薄膜壁的玻璃管，對氫離子有高度選擇性的感測薄膜，玻璃管內添加電解液，且參考電極Ag/AgCl包含於電解液中，藉由量測電位變化，以得到待測溶液的pH值。另外，在溫度部分，多半使用玻璃溫度計或紅外線溫度儀。此外，電導度部分則使用玻璃電極，其電導度值主要量測水溶液之電阻經轉換而得。

然而，以上常見水質量測技術中，玻璃電極常有感測端易受酸鹼影響、反應速度慢、電極保養上也較費時或不使用下需浸泡於液體中保存等缺點。而且，使用玻璃電極前須進行校正，包含中性緩衝溶液(pH7)零點校正，酸鹼度(pH4與pH10)靈敏度校正以及溫度校正。因此玻璃電極在使用上具有諸多限制，且也不利於因應現場的多種水質即時量測監控。

基於上述問題，本案申請人已提出相關的專利申請(中華民國發明專利公告號I616655號)，其是利用單一種材料進行多種溶液特性之量測。其在同一材料基板上，設計多種感測圖案，用以同時對一待測溶液進行酸鹼值、溫度及電導度的檢測，以便增加量測便利性及準確性。然而，當上述的技術在商業應用實施 時將面臨製作成本高、製造工序複雜、封裝穩定度不佳、長時間使用之防水特性難維持等問題。此外，前案晶片製程需使用雷射雕刻步驟對氧化銦錫(ITO)薄膜進行表面加工，創造出酸鹼值、溫度及電導度感測圖案，故製程較繁雜，也需考量生產良率，與量測裝置的連接特性方面。再者，由於氧化銦錫薄膜的材質並非純金屬，故在電性連接的能力將不及金屬連接點，故連接端的電性處理是封裝時會面臨的問題。

故，有必要提供一種溶液性質感測器，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之一目的在於提供一種溶液性質感測器，其係在同一基板上設置有溫度、電導度以及酸鹼值感測元件，並且這些感測元件與基板上的導電圖案進行電性連接，故可通過這些導電圖案將溫度、電導度以及酸鹼值感測元件所同時偵測到的感測訊號傳遞至外部，以便於分析溶液性質。此外，由於這些感測元件為各自不同的感測元件，故易於電性連接該基板上的導電圖案。

本發明之另一目的在於提供一種溶液性質感測器，其係利用不同的感測元件進行各種溶液性質的感測，並且這些感測元件可與基板上的導電圖案進行電連接以及進行固定，從而便於工業上的大量生產或者降低生產難度。

為達上述之目的，本發明提供一種溶液性質感測器，其包含：一基板、一溫度感測元件、一電導度感測元件、一酸鹼值感測元件及一參考電極。該基板具有一正面及一背面，該基板定義有一溫度感測區、一電導度感測區、一酸鹼值感測區以及一電訊號外接區，該基板包含：多個導電圖案及多個電連接插腳。該些導電圖案形成於該基板的正面或背面上，其中該些導電圖案之間係電性絕緣且包含二溫度導電線、至少二電導度導電線、一酸鹼值導電線及一參考電極導電線。該些電連接插腳設置 於該電訊號外接區且分別電性連接該些導電圖案。該溫度感測元件設置於該溫度感測區上且電性連接該二溫度導電線。該電導度感測元件設置於該電導度感測區上且電性連接該至少二電導度導電線。該酸鹼值感測元件設置於該酸鹼值感測區上且電性連接該酸鹼值導電線，其中該酸鹼值感測元件的材質包含氧化銦錫，及該酸鹼值感測元件具有一感測面。該參考電極設置於該基板上且電性連接該參考電極導電線。

在本發明之一實施例中，該溶液性質感測器更包含一防水層，包覆該溫度感測區或該電訊號外接區中的至少一個。

在本發明之一實施例中，該電導度感測元件係該至少二電導度導電線各具有的一裸露部分，其中該裸露部分係暴露於該電導度感測區的一表面。

在本發明之一實施例中，該裸露部分的一形狀係呈一圓型或一方型。

在本發明之一實施例中，當該裸露部分的形狀係呈圓型時，該圓型的一直徑係介於0.2毫米至1.0毫米之間；或者當該裸露部分的形狀係呈方型時，該裸露部分的一長度及一寬度係分別介於0.2毫米至1.0毫米之間。

在本發明之一實施例中，該些導電圖案更包含一酸鹼值導電圖案，該酸鹼值導電圖案電性連接該酸鹼值導電線且設置於該基板的正面或背面上，其中該酸鹼值感測元件係電性連接該酸鹼值導電圖案。

在本發明之一實施例中，該酸鹼值導電圖案設置於該基板的背面上，且該基板更包含一孔洞，貫通於該酸鹼值感測區，其中該酸鹼值導電感測元件通過該孔洞暴露該感測面。

在本發明之一實施例中，該溶液性質感測器更包含一導電黏性材料，黏接且電性連接該酸鹼值導電圖案與該酸鹼值感測元件的該感測面的一部分。

在本發明之一實施例中，該基板係一印刷電路板或 一軟性電路板。

在本發明之一實施例中，該溫度感測區及該電訊號外接區係分別定義於該基板的相對兩側。

10‧‧‧溶液性質感測器

11‧‧‧基板

11A‧‧‧正面

11B‧‧‧背面

12‧‧‧溫度感測元件

13‧‧‧電導度感測元件

14‧‧‧酸鹼值感測元件

14A‧‧‧感測面

15‧‧‧參考電極

16‧‧‧導電黏性材料

111‧‧‧溫度感測區

112‧‧‧電導度感測區

113‧‧‧酸鹼值感測區

114‧‧‧電訊號外接區

115‧‧‧導電圖案

115A‧‧‧溫度導電線

115B‧‧‧電導度導電線

115C‧‧‧酸鹼值導電線

115D‧‧‧參考電極導電線

115E‧‧‧酸鹼值導電圖案

116‧‧‧電連接插腳

117‧‧‧孔洞

第1A圖：本發明一實施例之溶液性質感測器的俯視示意圖。

第1B圖：本發明一實施例之溶液性質感測器的仰視示意圖。

第2A圖：本發明另一實施例之溶液性質感測器的俯視示意圖。

第2B圖：本發明另一實施例之溶液性質感測器的仰視示意圖。

第3A圖：本發明又一實施例之溶液性質感測器的俯視示意圖。

第3B圖：本發明又一實施例之溶液性質感測器的仰視示意圖。

第4A圖：本發明再一實施例之溶液性質感測器的俯視示意圖。

第4B圖：本發明再一實施例之溶液性質感測器的仰視示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1A至4B圖所示，第1A圖係本發明一實施例之溶液性質感測器10的俯視示意圖；第1B圖係本發明一實施例之溶液性質感測器10的仰視示意圖；第2A圖係本發明另一實施例之溶液性質感測器10的俯視示意圖；第2B圖係本發明另一實施例之溶液性質感測器10的仰視示意圖；第3A圖係本發明又一實施例之溶液性質感測器10的俯視示意圖；第3B圖係本發明又一實施例之溶液性質感測器10的仰視示意圖；第4A圖係本發明再一實施例之溶液性質感測器10的俯視示意圖；以及第4B 圖係本發明再一實施例之溶液性質感測器10的仰視示意圖。要提到的是，為了使圖式較為簡潔，第2A至4B圖未繪示大部份的導電圖案。本發明一實施例之溶液性質感測器10包含一基板11、一溫度感測元件12、一電導度感測元件13、一酸鹼值感測元件14以及一參考電極15。

該基板11例如呈一平板狀，具有一正面11A及一背面11B。該基板11定義有一溫度感測區111、一電導度感測區112、一酸鹼值感測區113以及一電訊號外接區114。在一實施例中，該溫度感測區111及該電訊號外接區114係分別定義於該基板11的相對兩側(例如在頭尾兩側)。在另一實施例中，該溫度感測區111、該電導度感測區112、該酸鹼值感測區113以及該電訊號外接區114的排列位置可根據使用者的需求任意設置。舉例而言，該溫度感測區111、該電導度感測區112、該酸鹼值感測區113以及該電訊號外接區114是從該基板11的頭端依序排列至尾端；或者，該電導度感測區112、該電訊號外接區114、該酸鹼值感測區113以及該溫度感測區111是從該基板11的頭端依序排列至尾端。

該基板11包含多個導電圖案115及多個電連接插腳116。該些導電圖案115形成於該基板11的正面11A或背面11B上，其中該些導電圖案115之間係電性絕緣且包含二溫度導電線115A、至少二電導度導電線115B、一酸鹼值導電線115C及一參考電極導電線115D。另外，該些電連接插腳116設置於該電訊號外接區114內且分別電性連接該些導電圖案115。

這邊要提到的是，該基板11主要用於承載該溫度感測元件12、該電導度感測元件13、該酸鹼值感測元件14以及該參考電極15。此外，該基板11的導電圖案115主要用於電性連接上述的各個感測元件以及參考電極15，並且該些電連接插腳116可與外部訊號擷取元件電性連接，以將上述的各個感測元件以及參考電極15所感測的訊號或電壓傳輸至外部的分析儀器來進行分析。在一具體範例中，該些電連接插腳116亦俗稱為“金手指”。

另外要提到的是，該基板11的導電圖案115係例如為形成在基板11上的金屬線(例如銅線)。在一實施例中，該基板11可以是一印刷電路板或一軟性電路板。在一具體範例中，可以根據使用者需求設計該溫度感測區111、該電導度感測區112、該酸鹼值感測區113以及該電訊號外接區114在該基板11上的位置，並且上述區域的位置對應設置該些導電圖案115，以便於設置於各個感測區上的感測元件進行電性連接(例如使用焊接、電性連接材等等方式)。

本發明實施例的溶液性質感測器10的溫度感測元件12設置於該溫度感測區111上且電性連接該二溫度導電線115A，主要用於感測待測溶液的溫度。在一實施例中，該溫度感測元件12可以是市售的一溫度電阻器。但要提到的是，該溫度感測元件12可以是任何可設置在溫度感測區111上且可感測溫度的市售電子零件。

本發明實施例的溶液性質感測器10的電導度感測元件13設置於該電導度感測區112上且電性連接該至少二電導度導電線115B。該電導度感測元件13主要用於測量待測溶液的電導度。在一實施例中，該電導度感測元件13係該至少二電導度導電線115B各具有的一裸露部分，其中該裸露部分係暴露於該電導度感測區112的一表面。具體而言，透過上述的裸露部分所測得的待測溶液的電導度，主要是量測該至少二電導度導電線115B的裸露部分之間的距離的待測溶液的電導度，或者是由三個以上的電導度導電線115B的裸露部分在空間的連線所圍繞出的面積或體積中的待測溶液的電導度。因此，當具有越多個裸露部分所圍繞出的體積，所測得的電導度會越準確。在一實施例中，該電導度感測元件13具有二、三(如第3A及3B圖所示)、四(如第4A及4B圖所示)或五個以上的裸露部分。在另一實施例中，該裸露部分的一形狀係呈一圓型(如第1A至3B圖所示)或一方型(如第4A及4B圖所示)。當該裸露部分的形狀係呈圓型時，該圓型的一直徑係 介於0.2毫米至1.0毫米之間；或者當該裸露部分的形狀係呈方型時，該裸露部分的一長度及一寬度係分別介於0.2毫米至1.0毫米之間。值得一提的是，當該裸露部分的尺寸過小或過大時(例如直徑、長度或寬度小於0.2毫米，或大於1.0毫米)，則無法量測到準確的電導度。

本發明實施例的溶液性質感測器10的酸鹼值感測元件14設置於該酸鹼值感測區113上且電性連接該酸鹼值導電線115C，其中該酸鹼值感測元件的材質包含氧化銦錫。在一實施例中，該酸鹼值感測元件14例如是市售的氧化銦錫(ITO)基板。另外，該酸鹼值感測元件具有一感測面14A，該感測面14A主要用於感測待測溶液的酸鹼值。

在一實施例中，該些導電圖案115更包含一酸鹼值導電圖案115E，該酸鹼值導電圖案115E電性連接該酸鹼值導電線115C且設置於該基板11的正面11A或背面11B上，其中該酸鹼值感測元件14係電性連接該酸鹼值導電圖案115E。具體而言，該酸鹼值導電圖案115E的尺寸例如為該酸鹼值感測元件14的10%至50%，例如15%、20%、30%、35%、40%或45%。在一具體範例中，例如該酸鹼值感測元件14為一長方型板件，其中該酸鹼值導電圖案115E的寬度實質上相同或近似於該長方型板件的寬度，但該酸鹼值導電圖案115E的長度則約為該長方型板件的長度的10%至50%。上述的實施例的至少一優點在於，酸鹼值感測元件14不需經過特定的圖案化處理，可透過簡便的裁切方式裁切為長方型。此外，又由於該酸鹼值導電圖案115E的尺寸相對於該酸鹼值感測元件14的尺寸不會過小，所以在大量製作上可簡化製作流程，並且製作難度易於中華民國發明專利公告號I616655號中所揭示的技術。

在一實施例中，如第1A及1B圖所示，該酸鹼值導電圖案115E係設置於該基板11的正面11A(例如設於該電訊號外接區114中)，並且該酸鹼值導電圖案115E與該酸鹼值感測元件 14的該感測面14A的一部分是透過一導電黏性材料16(例如市售的導電黏膠)來達成固定黏接以及電性連接的效果。

在一實施例中，如第2A及2B圖所示，該酸鹼值導電圖案115E係設置於該基板11的背面11B(例如設於該電訊號外接區114中)，並且該基板更包含一孔洞117，該孔洞117貫通於該酸鹼值感測區113，其中該酸鹼值感測元件14通過該孔洞117暴露該感測面14A。在一範例中，該酸鹼值導電圖案115E與該酸鹼值感測元件14的該感測面14A的一部分是透過一導電黏性材料(例如市售的導電黏膠；未繪示)來達成固定黏接以及電性連接的效果。

值得一提的是，上述該酸鹼值導電圖案115E係設置於該基板11的正面11A或背面11B的兩種實施例各具有其優點。在該酸鹼值導電圖案115E係設置於該基板11的正面11A的情況下(如第1A及1B圖所示)，由於僅需黏貼一導電黏性材料16在該酸鹼值導電圖案115E與該酸鹼值感測元件14的該感測面14A上，故製程簡單。但是，由於在此情況下該酸鹼值導電圖案115E與該感測面14A皆朝向同一方向，所以該導電黏性材料16需要以跨接的方式才能產生黏接效果，不利於本發明實施例的溶液性質感測器的微型化。而在該酸鹼值導電圖案115E係設置於該基板11的背面11B的情況下(如第2A及2B圖所示)，雖然需要在酸鹼值感測區113中形成孔洞117而使得製作步驟略為複雜，但由於該酸鹼值導電圖案115E與該感測面14A是朝向相反方向，所以該導電黏性材料可夾設於該酸鹼值導電圖案115E與該感測面14A之間，故利於本發明實施例的溶液性質感測器的微型化。

本發明實施例的溶液性質感測器10的參考電極15設置該基板11上且電性連接該參考電極導電線115D。該參考電極15主要用於作為其他感測元件所量測到的電壓的參考值或基準值。在一實施例中，該參考電極15可以設置在該溫度感測區111上。在另一實施例中，亦可基於使用者需求或者該參考電極導電 線115D設置方式，將該參考電極15設置在該電導度感測區112、該酸鹼值感測區113或該電訊號外接區114上。

在一實施例中，本發明實施例的溶液性質感測器10可基於各個感測元件的特性設置防水層(未繪示)。例如，該溫度感測元件12或該些電連接插腳116可被該防水層所包覆，以避免溶液直接與該溫度感測元件12或該些電連接插腳116接觸而產生電訊號的短路。換言之，該防水層包覆該溫度感測區111或該電訊號外接區114中的至少一個。值得一提的是，可將需要進行防水處理的區域設置在該基板11的頭尾兩側，或者設置於該基板11的邊緣處。前述設置方式的優點在於，例如需要進行防水處理的區域設置在該基板11的頭尾兩側的情況，可直接夾住該基板11，並將基板的頭尾兩側分別浸入防水膠中，即可完成防水層設置。因此，此種設置方式有助於工業的量化生產。

綜上所述，本發明實施例之溶液性質感測器係在同一基板上設置有溫度、電導度以及酸鹼值感測元件，並且這些感測元件與基板上的導電圖案進行電性連接，故可通過這些導電圖案將溫度、電導度以及酸鹼值感測元件所同時偵測到的感測訊號傳遞至外部，以便於分析溶液性質。此外，由於這些感測元件為不同的感測元件，故易於電性連接該基板上的導電圖案。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧溶液性質感測器

11‧‧‧基板

11A‧‧‧正面

12‧‧‧溫度感測元件

13‧‧‧電導度感測元件

14‧‧‧酸鹼值感測元件

14A‧‧‧感測面

15‧‧‧參考電極

16‧‧‧導電黏性材料

111‧‧‧溫度感測區

112‧‧‧電導度感測區

113‧‧‧酸鹼值感測區

114‧‧‧電訊號外接區

115‧‧‧導電圖案

115B‧‧‧電導度導電線

115C‧‧‧酸鹼值導電線

115E‧‧‧酸鹼值導電圖案

116‧‧‧電連接插腳

Claims (10)

1. 一種溶液性質感測器，其包含：一基板，具有一正面及一背面，該基板定義有一溫度感測區、一電導度感測區、一酸鹼值感測區以及一電訊號外接區，該基板包含：多個導電圖案，形成於該基板的正面或背面上，其中該些導電圖案之間係電性絕緣且包含二溫度導電線、至少二電導度導電線、一酸鹼值導電線及一參考電極導電線；及多個電連接插腳，設置於該電訊號外接區且分別電性連接該些導電圖案；一溫度感測元件，設置於該溫度感測區上且電性連接該二溫度導電線；一電導度感測元件，設置於該電導度感測區上且電性連接該至少二電導度導電線；一酸鹼值感測元件，設置於該酸鹼值感測區上且電性連接該酸鹼值導電線，其中該酸鹼值感測元件的材質包含氧化銦錫，及該酸鹼值感測元件具有一感測面；以及一參考電極，設置於該基板上且電性連接該參考電極導電線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溶液性質感測器，更包含一防水層，包覆該溫度感測區或該電訊號外接區中的至少一個。
3. 如申請專利範圍第1項所述之溶液性質感測器，其中該電導度感測元件係該至少二電導度導電線各具有的一裸露部 分，其中該裸露部分係暴露於該電導度感測區的一表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之溶液性質感測器，其中該裸露部分的一形狀係呈一圓型或一方型。
5. 如申請專利範圍第4項所述之溶液性質感測器，其中當該裸露部分的形狀係呈圓型時，該圓型的一直徑係介於0.2毫米至1.0毫米之間；或者當該裸露部分的形狀係呈方型時，該裸露部分的一長度及一寬度係分別介於0.2毫米至1.0毫米之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之溶液性質感測器，其中該些導電圖案更包含一酸鹼值導電圖案，該酸鹼值導電圖案電性連接該酸鹼值導電線且設置於該基板的正面或背面上，其中該酸鹼值感測元件係電性連接該酸鹼值導電圖案。
7. 如申請專利範圍第6項所述之溶液性質感測器，其中該酸鹼值導電圖案設置於該基板的背面上，且該基板更包含一孔洞，貫通於該酸鹼值感測區，其中該酸鹼值導電感測元件通過該孔洞暴露該感測面。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之溶液性質感測器，更包含一導電黏性材料，黏接且電性連接該酸鹼值導電圖案與該酸鹼值感測元件的該感測面的一部分。
9. 如申請專利範圍第1項所述之溶液性質感測器，其中該基板係一印刷電路板或一軟性電路板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之溶液性質感測器，其中該溫度感測區及該電訊號外接區係分別定義於該基板的相對兩側。

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