TW548406B - Capacitance type moisture sensor and method of producing the same - Google Patents

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A7 B7 石 _ __ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548406 7893pif.doc/008 發明說明（(） 發明背景 發明領域 本發明是有關於一種能夠精確偵測水分含量之電容式 濕度感測器，以製造此感測器之方法。 習知技藝之掲露 電容式濕度感測器是一般所知的一種習知濕度感測 器，以及依據水爲極化（介電）材料之性質，由電極對之間 之電容變化來偵測水分含量。 例如’內建於垃圾處理裝置之此種型式的濕度感測 器，可用來偵測垃圾中的水分含量。亦即，如第21A圖及 第21B圖所繪示，該濕度感測器包括電性絕緣板2P，其附 著於形成在垃圾容器100P上的開孔，平行配置在電性絕 緣板上的一對電極30P' 35P，用以偵測電極間之電容値(Cx) 之電容偵測電路40P，以及一輸出電路42P，^以依據電 容偵測電路之輸出提供對應於水分含量之電氣信號。 於此濕度感測器中，水分含量(M)以等式（1)來表示： M = V/(S*d) ............(1) 其中πν"爲水的體積，”Sn爲電極的面積，’’dH爲電極間 的距離。因此，nS*d”給定濕度偵測區域的體積。水分含量 (M)與電容(Cx)之間的關係，如第22圖所繪示。此關係亦 可以等式(2)來表示：

Cx = [έΓ(水)*Μ+έ2’(其他)*(l-M)]>^’〇*S/d ……(2) 其中（U’)爲水的介電常數(=80)以及Q2’)爲水以外之物 質之相對介電常數。例如，當水以外之物質爲木材時’則 相對介電常數U2’)爲2。當水以外之物質爲空氣時’則相 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X297公釐） I ^— I U-------· I ^---丨丨訂·丨丨丨丨—丨！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、 . A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（1 ) 對介電常數（&2，)爲1。於是，可以藉由偵測區域的水分含 量來決定電容(Cx)。此外，電容値(Cx)取決於電極大小。 然而，由下面的觀點來看，習知濕度感測器仍有很大 的改善空間。亦即，因爲其電極向垃圾容器的內部突出， 垃圾很容易塞在電極之間。在此情況時，電容偵測電路可 能只能偵測到被電極卡住的垃圾的水分含量。因此，要精 確地偵測垃圾容器內的垃圾的水分含量的變化，需要一個 清潔機構用以定時淸除卡在電極之間的垃圾。這樣會使得 生產成本增加。 另外，因爲在垃圾容器內的垃圾要時常攪拌，藉以促 進垃圾的分解，當垃圾與電極意外地碰撞時，會造成濕度 感測器破裂的問題。甚至，支撐電極的電性絕緣板的機械 強度必須足以禁得起攪拌的負荷。這樣也會使得生產成本 更爲增加。 發明總結 因此，本發明之主要目的就是提供一種電容式濕度感 測器，可以以即時的方式精確地偵測一物體的水分含量， 而不用上述關於電極之淸潔機構。 亦即，此感測器包括具有電性絕緣壁之感測器外殼、 配置於該感測器外殻上之一對電極、以及電路單元。該電 性絕緣壁之外部表面面對一空間，於其中的水分含量將被 偵測。在該電性絕緣壁之內部表面上形成至少一個電極。 該些電極之間產生的電場定義一濕度偵測區域。該電路單 元包括一電容偵測電路，用以偵測該些電極之間之一電容 値，其依據該濕度偵測區域的水分含量變化，以及一輸出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公t ) --------- 裝--I I I I--訂--— — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548406 A7 B7 7893pif·doc/008 五、發明說明（¾ ) 電路，用以依據該電容偵測電路偵測到的該電容値提供對 應於該水分含量的一電氣信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於本發明之濕度感測器，因爲該些電極之間產生的 電場提供的濕度偵測區域，經由電性絕緣壁暴露至感測器 外殼外面，不需使該些電極突出於待偵測水分含量的空 間。特別是，當該濕度感測器使用在垃圾處理裝置時，能 夠消除由於垃圾碰撞電極造成濕度感測器破裂的問題，並 且可以以即時的方式精確地偵測垃圾的水分含量，而避免 製造成本的增加。 在上述的濕度感測器中，最好至少一個電極是沉積在 該電性絕緣壁之內部表面上之一金屬薄膜。在此情形下， 即使當電性絕緣壁具有弧形表面，在該些電極與電性絕緣 壁之間亦可得到良好的黏著強度。另外，能夠很容易地在 具有複雜形狀的感測器外殼上形成該些電極。更進一步， 即使當稍後將要說明的複數個突肋形成在電性絕緣壁之內 部表面上，也能夠很容易地形成所需的電極圖案。或者， 可以使用插入模造或金屬聯結來形成該些電極。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於上述濕度感測器，最好該感測器外殻具有一凹 面，形成在其中之底壁之內部表面，以及一凸面，形成在 該底壁之外部表面之相對於該凹面之位置，以及其中該凹 面之底部表面係該電性絕緣壁之內部表面以及該凸面之上 部表面係該電性絕緣壁之外部表面。在此情形下，例如， 當本發明之濕度感測器附著於垃圾處理裝置之垃圾容器 時，只有凸面之上部表面暴露於該垃圾容器之內部。因此， 能夠使濕度感測器暴露於放置於該垃圾容器之垃圾之面積 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)Al規恪（210x297公釐） A7 B7 548406 7 893pif .doc/008 五、發明說明（¥ ) 變得最小。此外，因爲濕度感測器附著於垃圾容器上，使 得凸面之上部表面與垃圾容器的內部表面齊平，能夠避免 妨礙垃圾容器內的垃圾的攪拌動作的情形，或是由於攪拌 對於濕度感測器造成過度的負載力量。 對於上述濕度感測器，最好該對電極由具有開口中央 之一環形電極及一中央電極所構成，其配置在該環形電極 之該開口中央，使得該中央電極之一外圍與該環形電極之 一內圍間隔一固定距離。特別是，最好該對電極由具有環 狀開口中央之一環形電極及具有圓形外形之一中央電極所 構成，以及該環形電極與該中央電極以同心圓方式配置， 使得該中央電極之外圍與該環形電極之內圍間隔一固定距 離。或者，最好該對電極由具有矩形開口中央之一環形電 極及具有矩形外形之一中央電極所構成，其配置在該環形 電極之該開口中央，使得該中央電極之外圍與該環形電極 之內圍間隔一固定距離。在這些情形下，因爲在中央電極 的整個周圍上，電極間距都是固定的，能夠在個別的電極 上得到相同密度的電力線，以及藉由降低雜散電容而能夠 穩定地更精確地偵測水分含量。 對於上述濕度感測器，最好該感測器外殼具有複數個 第一突肋，突出於該凹面之該電性絕緣壁之該內部表面， 其以該些電極之間產生之電場方向延伸。換言之，最好該 感測器外殻具有複數個第一突肋，突出於該凹面之該電性 絕緣壁之該內部表面，其幅射狀地由該中央電極之中心延 伸。此外，最好該感測器外殻具有至少一個弟一突肋，突 出於該凹面之該電性絕緣壁之該內部表面’使得該第二突 丨：----1------•裝 ---.---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ， - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張&度適用中國國家標準（CNSM1规恪（210x297公釐） 548406 A7 B7 7893pif.doc/008 五、發明說明（t) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 肋之延伸方向實質上垂直於該些電極之間產生之電場方 向。換言之，最好該感測器外殼具有至少一個第二突肋， 突出於該凹面之該電性絕緣壁之該內部表面，其以與該中 央電極爲同心圓之方式延伸。在這些情形下，藉由使形成 的第一突肋幅射狀地由該中央電極之中心延伸以及第二突 肋以與該中央電極爲同心圓之方式延伸，能夠避免不均勻 的電場分佈，因而精確地偵測水分含量。此外，可以增強 電性絕緣壁的機械強度。更進一步，當藉由焊接線將該些 電極連接至用以裝設該控制單元之電子零件之印刷電路板 時，該些突肋可以作爲導引裝置，有助於該些電極之定位。 對於上述濕度感測器，最好該環形電極之寬度實質上 等於該中央電極之寬度。在此情形下，因爲由其中一個電 極提供的電力線數量會等於另一個電極提供的電力線數 量，能夠降低雜散電容的影響。 對於上述濕度感測器，最好該電路單元包括一信號處 理裝置，用以藉由比較對應於該輸出電路提供之該電氣信 號之水分含量變化與一預定數値來偵測一不正常狀態。在 此情形下，能夠偵測待測水分含量的空間中的異常狀態的 發生，以及產生警報通知使用者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於上述濕度感測器，最好每一電極之一暴露表面係 以一電性絕緣材料塗覆。此外，在感測器外殻的凹面底部 形成該對電極之後，最好在該凹面塡入電性絕緣材料。其 對於避免由於冷凝造成電極間的短路是很有用的。 此外，最好上述濕度感測器包括一隔離層，由具有開 口之底壁及由該底壁之周圍向上突出之側壁所構成，其配 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al规烙（210 X 297公坌） Λ7 B7 54^4〇6 ?893pif . doc/008 五、發明說明（乙） ί於該感測器外殻，使得該感測器外殼之該凹面經由該開 Ώ暴露於該隔離殻之內部，以及該隔離殼連接至該電容偵 測電路之零電壓點。特別是，最好上述濕度感測器包括一 隔離層，配置於該感測器外殻，以及將用以裝設該電路單 元之電子零件之印刷電路板包覆在該隔離殻與該隔離蓋之 間。藉著使用隔離殻與隔離蓋，可以隔離外界的電波，避 免造成濕度感測器的誤動作。此外，因爲可以防止濕度感 測器的電波洩漏，能夠避免對外面的電氣產品造成不良影 響。 此外，最好上述濕度感測器包括一電波隔離層，其藉 由將一金屬材料沉積在該感測器外殻之除了該凹面之外之 一內部表面上來形成，以及該隔離層連接至該電容偵測電 路之零電壓點。特別是，最好該些電極與用以裝設該電路 單元之電子零件之一印刷電路板之間，以及該電波隔離層 與該印刷電路板之間之電性連接係使用一金屬薄膜沉積來 製造。在這些情形下，當將金屬材料沉積在感測器外殻上 藉以形成該些電極時，能夠同時形成用於電波隔離層及電 性連接之金屬薄膜。因此，可以顯著地降低濕度感測器的 生產成本。 一種製造上述電容式濕度感測器之較佳方法，包括之 步驟爲模造一合成樹脂材料藉以得到該感測器外殼；沉積 一金屬材料藉以在該感測器外殻上形成一金屬薄膜；以及 由該感測器外殻選擇性地移除該金屬薄膜藉以得到該對電 極。依照此方法，能夠同時在感測器外殻上形成電波隔離 層’用於電性連接之金屬薄膜以及該些電極。 -----------裝--------訂-----丨丨 _· (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) ~

經濟部智慧財產局員工消費合作社印S 本Λ張尺度過用τ國國家標準（CNS)A4規格（2丨〇 χ 297公釐 A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（7 ) 由下面的本發明的較佳實施例的詳細說明，參照所附 圖式，本發明之這些及其他優點將會變得更爲明顯。 圖式之簡單說明 第1A圖及第1B圖分別是依照本發明之較佳實施例之 電容式濕度感測器之分解透視圖及剖面圖； 第2A圖至第2D圖分別是濕度感測器之感測器外殻之 上視圖、側視圖、側面剖面圖及第2A圖中沿直線P-P之 剖面圖； 第3A圖及第3B圖分別是具有電極之感測器外殻之上 視圖及側面剖面圖，以及第3C圖及第3D圖電極之間產生 之電場之槪要圖； 第4圖是濕度感測器之電路圖； 第5圖是濕度感測器之電容偵測電路之PLL電路之詳 細電路圖； 第6圖是繪示電容器(：£配置在電路單元中的電路圖； 第7圖是濕度感測器附著於垃圾處理裝置之垃圾容器 的部分剖面圖； 第8A圖是對應於時間之水分含量之變化圖形，以及 第8B圖是信號處裝置在第8A圖之情形下之運作之圖形； 第9A圖及第9B圖是具有電波隔離層的感測器外殻的 上視圖； 第10圖是具有使用在實驗中之電極之感測器外殼之 透視圖； 第11圖是繪示實驗結果之圖形； 第12A圖及第12B圖是繪示濕度感測器之較佳電極配 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS)Al规格（210 x 297公坌） -----------裝-----^---訂------11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548406 7 8 9 3 p i f . :/008 A7 B7 五 發明說明（2 ) 置之槪要圖； 第13圖是繪示電極配置之變化型式之圖形； 第14圖是依照本發明之具有隔離殼之濕度感測器之 剖面圖； 第15圖是繪示感測器外殻之變化型式之上視圖； 第16A圖及第16B圖是繪示感測器外殼之更進一步之 變化型式之剖面圖； 第17A圖及第17B圖是繪示感測器外殼之另一變化型 式之上視圖及剖面圖； 第18A圖及第18B圖是具有焊接部份之感測器外殻之 部分上視及剖面圖， 第19圖是依照本發明之另一較佳實施例之電容式濕 度感測器之剖面圖； 第20圖是第19圖之濕度感測器之電路圖； 第21A圖及第21B圖是習知電容式濕度感測器之槪要 圖；以及 第22圖是繪不水分含量與電容(Cx)之間之關係之圖 形 BL式中標示之簡單說明 濕度感測器 2感測器外殻 -----------·裝-----：—訂---------^9— (請先閱讀背面之注咅心事項再填寫本頁) · _ 經 濟 邡 智 慧 財 彥 消 費 合 作 社 印 fi 用 3印刷電路板 5隔離蓋 7導電性蓋 11側壁 14圓形凹面 4電波隔離層 6襯墊 10底板 13圓形凸面 15電性絕緣壁 中國國家楳準·（CNS)/\ 1规格（210 X 297公坌） 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（q) Λ7 B7 18支柱 19中央階梯 30、35電極 40電容偵測電路 16第一突肋 17a-17d第二突肋 42輸出電路 50 PLL電路 52振盪電路 60控制單元 62續線 64接頭 70隔離殼 72開孔 74底壁 76側壁 80終端構件 100垃圾容器 102內部表面 2P電性絕緣板 100P垃圾容器 30P、35P 電極 40P電容偵測電路 42P輸出電路 明之較佳實施例之詳細說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下將依照較佳實施例詳細解釋本發明之電容式濕度 感測器。 如第1A圖及第1B圖所繪示，濕度感測器1包括感測 器外殼2，配置在感測器外殼中的一對電極30、35，用以 裝設稍後敘述的電路單元的電子零件（未繪出）的印刷電路 板3，隔離蓋5，襯墊6，以及以導電性材料製造的導電性 蓋7，其經由襯墊6附著於感測器外殻的上方開口。 如第2A圖至第2D圖所繪示，感測器外殼2具有實質 上爲正方形之底板10,由底板1〇週圍垂直突出的側壁11 ’ 以及上方開口。在底板1〇的內面形成圓形凹面14 °圓形 凹面的底部爲電性絕緣壁15。此外，在底板10的外面相 -----------裝-----^---訂--------- (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) * . 本紙張瓦度適用中國國家標準（CNS)Al规格（2KM 297公釐） 548406 7893pif.d〇c/〇〇8 A7 _______ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（，） 對於凹面14的位置形成圓形凸面13。因此，凹面14的底 面爲電丨生絕緣壁15的內面，以及凸面13的上方表面爲電 性絕緣壁15的外部表面。電性絕緣壁15的外部表面面對 一空間’其中爲偵測水分含量的所在。感測器外殻2可以 用電性絕緣材料製造，例如合成樹脂。在此情況下，其可 以使用聚碳酸脂（p〇lyCarb〇nate)、聚兩嫌（polypropylene)、 聚苯基硫化物（polyphenylene sulfide)之類的材料。此外， 電性絕緣壁15的厚度最好在〇.1 mm至5 mm的範圍內。 如第3A圖及第3B圖所繪示，感測器外殼2具有複數 個第一突肋16，突出於凹面的電性絕緣壁的內面，其由凹 面的電性絕緣壁15的中心幅射狀地延伸，以及複數個第 二突肋17a-17d，突出於電性絕緣壁的內面，其以凹面的 電性絕緣壁15的中心爲中心的同心圓方式延伸。換言之， 如第3C圖及第3D圖所繪示，第一突肋16的形成是以電 極30、35之間發展的電場方向延伸。第二突肋17a至17d 的形成是使得每一第二突肋實質上垂直於電場的方向。在 此實施例中，十二個第一突肋16，在電極30的中心附近 每隔30度形成一個。此外，具有不同直徑的四個第二突 肋17a至17d以電極30的中心爲中心的同心圓方式來形 成。 在此實施例中，電極對30、35配置在凹面的電性絕 緣壁15的內面。電極是由具有環狀開口中心36的環形電 極35及圓形的中央電極30構成。環形電極35以中央電 極30爲中心的同心圓方式配置，使得中央電極的外緣與 環形電極的內緣相隔固定距離dl。亦即，如第3A圖及第 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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n n el n I SI, 本紙張叉度適用中國國家標準（CNS)A1規格（21〇χ297公釐） A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（) 3B圖所繪示，中央電極30配置於最小直徑的第二突肋17a 所圍繞的區域。可以在相鄰的第二突肋17c與17d之間沉 積金屬薄膜，藉以於其中整個區域形成環形電極35。環形 電極35的寬度最好實質上等於中央電極3〇的寬度。 電極之間形成的電場定義了濕度偵測區域。最好是以 金屬電鍍在電極上形成額外的金屬層，藉以提高電極的腐 蝕電阻。此外，在電極的接線完成後，最好是在凹面塡入 電性絕緣材料65，藉以在感測器外殼產生凝結時避免電極 間引起短路。此電性絕緣材料可以使用矽橡膠或環氧樹 脂。 舉例來說，可以沉積諸如鋁或銅的金屬材料藉以在感 測器外殻上形成薄膜，以及依照所需的圖案選擇性地將感 測器外殻上的薄膜去除，用來形成這些電極。 如第4圖所繪示，電路單元包括電容偵測電路40，用 以偵測電極30、35之間之電容値Cx，其依據濕度偵測區 域的水分含量而變化，輸出電路42，用以依據電容偵測電 路偵測到的電容値提供對應於水分含量之電氣信號，例 如，電壓信號，電源供應44，用以供應偵測電路及輸出電 路的電源，電容器CE，連接在濕度感測器電路的零電壓點 (α)與地（/3)之間，藉以決定其間之阻抗。 電容偵測電路40之一實施例繪示於第5圖。在此實 施例中，電容偵測電路40包括PLL(Phase Locked Loop)電 路50及振盪電路52，用以依據隨濕度偵測區域的水分含 量而變化的電容値Cx來決定振盪頻率。振盪頻率的變化 會被PLL電路50轉換成電壓變化，PLL電路50包括相位 本纸張尺度適用中國國家標準（CNSM1規格（210 X 297公釐） I.----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（β) 比較器54，低通濾波器55及VC〇(Voltage Controlled 〇scillator)58，藉以求得一電壓。依據此電壓變化，輸出電 路42提供對應於濕度偵測區域的水分含量的電氣信號。 亦即，當濕度偵測區域的水分含量增加（或降低）時’則振 盪電路的振盪頻率降低(或增加）。在PLL電路5〇中’當允 許VC0 58的頻率追隨振盪電路的振盪頻率時’則低通濾 波器55的輸出電壓隨水分含量的變化而改變。輸出電路42 輸出對應於水分含量的輸出電壓。 輸出電壓經由具有接頭64的纜線62送至控制單元 60。因此，控制單元60經由纜線62供應電源至電源供應 44 ’以及輸出信號經由該續線迭至控制單兀60。 因爲振盪電路在，例如，數十MHz至數百MHz的範 圍內振盪，會增加電流消耗。由於此因素，電源供應需要 散熱板。藉著使用隔離蓋5當作散熱板’能夠減少元件數 目以及縮小濕度感測器的體積。 濕度感測器電路的零電壓點U )與地（/5 )之間並非電 性連接。當垃圾容器以導電材料製造時’其以一阻抗値連 接至地。因此，在零電壓點U)與地（/3)之間存在阻抗的 等級。因爲濕度感測器的特性會受到此阻抗値的影響，電 容器CE連接在零電壓點（《 )與地（/5)之間’使其充分地小 於該阻抗値。電容器CE是一種電子零件，用以決定地（/3) 與零電壓點（α)之間的阻抗。此電容器可以如第6圖所繪 示般的插入。在此圖式中’ ’71"及”22”表示振盪電路52的 阻抗元件。ΠΑΡ"表示振盪電路52的一個元件’用以決定 關於電容値Cx的振盪頻率。例如，當濕度感測器附著在 本紙張瓦度適用中國國家標準（CNS)Al规格（210 x 297公堃） ϋ —ϋ ϋ n ϋ n ϋ H ϋ ϋ ϋ · ^1 ϋ ·ϋ n I ϋ ϋ 一-^4 n ϋ ϋ ϋ H ϋ n I _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) b . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 ^_____ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548406 7893pif.doc/008 發明說明（0) 垃圾處理裝置的垃圾容器的壁面時，會在壁面與環形電極 之間產生雜散電容C1。 因爲雜散電容C1會隨著濕度偵測區域中的水分含量 而變化，其會導致電容偵測電路的錯誤動作。當不管水分 含量且C1與cE的關係爲C1»CE時，則其可以藉由保持 環形電極與壁面（地）之間的交聯電容來避免錯誤動作。爲 了得到大數値的雜散電容C1，最好是縮短垃圾容器的壁 面與環形電極之間的距離。例如，如第7圖所繪示，環形 電極的外徑L1爲90 mm，與環形電極爲同心圓關係的環 形凹面14的直徑L2爲110 mm，以及垃圾容器的壁面與 環形電極之間的距離約爲10 mm，其可以得到大數値的雜 散電容C1。 並且最好該電路單元包括一信號處理單元，用以偵測 不正常狀態，即依據輸出電路提供的電氣信號的大小得到 的濕氣含量超過預定的上限値。此外，該信號處理單元亦 可偵測的不正常狀態爲依據輸出電路提供的電氣信號的大 小得到的濕氣含量低於預定的下限値。在此實施例中，輸 出電路具有一比較器，用來當作該信號處理單元。在此比 較器中，諸如電壓信號之輸出電路的輸出與第一檩準値VH 比較，用以指示濕氣含量超過上限，同時也與第二標準値 VL比較，用以指示濕氣含量低於下限値。當該電壓信號 超過第一標準値VH或是低於第二標準値VL時，如第8A 圖及第8B圖所繪示，該比較器送出告知發生不正常狀態 的輸出至控制單元60。依據此輸出，垃圾處理裝置可以執 行關於此不正常狀態的處置。 -I ^----------裝-----^---訂-----I I I (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) · - 本紙張反度適用中國國家標奉（CNS)A丨規格（210x 297公f ) A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（以） 在此實施例中，於感測器外殼2的內面’除了凹面14 以外，藉由沉積金屬材料來形成電波隔離層4 °在此情形 下，其優點爲降低電波隔離裝置的生產成本以及縮小感測 器外殼的體積。電波隔離層4連接至電容偵測電路40的 零電壓點。此外，於電極30、35與用以裝設電路單元的 電子零件的印刷電路板3之間，以及隔離層4與印刷電路 板之間的電性連接最好是使用金屬薄膜沉積。例如’如第 9A圖及第9B圖所繪示，可以在感測器外殼2的方形底壁 的四個角落上形成四個支柱18，每個支柱的頂面具有螺絲 孔，用以支撐印刷電路板3。在其中一個支柱的頂面沉積 一金屬薄膜，以及延伸至隔離層。當印刷電路板3以螺絲 固定在感測器外殻2時，濕度感測器電路的零電壓點（^) 可以經由支柱18上的金屬薄膜連接至隔離層4。於是，當 隔離層4及電極30、35同時以沉積法形成在感測器外殼2 上時，可以相當可觀地降低濕度感測器的生產成本。 對於上述濕度感測器的變化型式，所形成的具有金屬 薄膜的支柱，其長度可以使其頂面經由在印刷電路板上形 成的開孔暴露出來。在此情形下，將印刷電路板以螺絲鎖 在另外三個支柱上。所形成的由支柱頂面延伸至隔離層的 金屬薄膜用來作爲濕度感測器電路的零電壓點（α )與隔離 層之間的連接。 隔離蓋5附著至印刷電路板。隔離蓋5對於保護印刷 電路板免於高頻段（數十MHz〜數百MHz)的電波干擾是很 有用的，同時可避免印刷電路板的電波幅射洩露至外面， 其會導致其他電器的錯誤動作。因此，印刷電路板3被包 本紙張尺度適用中國國家標:fMCNS)Al叫格（21〇χ 297公楚） ------------*^^裝--------訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 548406 7893pif .doc/008 五、發明說明) 覆在隔離蓋5與隔離層4之間的空間中，藉以將印刷電路 板與電波隔離開。例如，電極30、35經由導線連接至印 刷電路板3的所需位置。另外，導電性蓋7經由導線及電 容器CE電性連接至濕度感測器電路的零電壓點（α )。 接著，解釋使用本發明之電容式濕度感測器的垃圾處 理裝置。對於在垃圾處理裝置中有效地進行垃圾的分解及 發酵來說，偵測垃圾容器中的濕氣含量是很重要的。當在 垃圾處理裝置中使用本發明之濕度感測器時，可以直接偵 測垃圾容器中的寬廣範圍的水分含量。 例如，此垃圾處理裝置包括垃圾容器，其中放入生物 碎片（Biochip)及垃圾，用以混合生物碎片與垃圾的攪拌翼， 以及催化劑脫臭裝置。本發明之濕度感測器可以使用諸如 螺栓及螺帽的固定裝置附著在垃圾容器的壁面，使電性絕 緣壁15的外部表面與垃圾容器100的內部表面102齊平， 如第7圖所繪示。因此，所形成的感測器外殼2最好是使 垃圾容器的牆壁厚度實質上等於凸面13的突出高度。另 外，爲了很容易地將濕度感測器附著至垃圾容器，最好在 感測器外殻或垃圾容器的外部表面上形成導引突出。 因爲感測器外殻的電性絕緣壁15並未突出垃圾容器 的裏面，故能夠避免在垃圾容器中的垃圾攪拌的動作被抑 制的情況。另外，不管垃圾的種類，諸如米、穀類、茶葉、 煙葉、濕的殘渣、木塊、泥土、或混凝土的細粒等，都可 以精確地偵測在垃圾容器中的保持靜止的垃圾，或是攪拌 中的垃圾的水分含量。 在本發明中，因爲環形電極的內圍與中央電極的外圍 -----------裝--------訂.-----11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A丨規恪（2丨0 X 297公釐） 548406 Λ7 7893pif.doc/008 五、發明說明（) 之間的距離保持固定，可以減少電力線的洩漏。因而，能 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 夠減少中央電極與垃圾容器之間的雜散電容的影響。另 外，因爲中央電極的寬度，亦即，中央電極的直徑，等於 環形電極的的寬度，這兩個電極都會產生相同數量的電力 線。這可達到更進一步地減少雜散電容。其結果爲，能夠 穩定地高度精確地偵測水分的含量。 如上所述，此種垃圾處理裝置處理有生物碎片存在的 垃圾容器中的垃圾。因爲生物碎片含有濕氣，必須考慮生 物碎片的水分含量藉以精確地偵測垃圾容器中的水分含 量。例如，在只有垃圾佔住電極間定義的濕度偵測區域時， 輸出電路可能提供只對應垃圾的水分含量的電氣信號。在 此種情形時，可能會降低水分含量的偵測精確度。 爲了進一步改善濕度感測器的偵測精確度，本發明發 現當放入垃圾容器中的垃圾具有平均約15至20 mm的大 小時，可以避免發生只有垃圾佔住濕度偵測區域的不期望 的狀況。另外，依照下述實驗決定適當的電極大小及電極 間距。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本實驗是使用如第10圖所繪示的容器104以及三種 電極對30、35來進行的。第一對電極，每個以0.1 mm厚 的銅片製造，長度爲115 mm以及寬度爲24 mm，平行地 配置，間距爲2 mm。第二對電極，每個以0.1 mm厚的銅 片製造’長度爲115 mm以及寬度爲10 mm，平彳了地配置， 間距爲30 mm。第三對電極，其由厚度爲0.1 mm，長度爲 115 mm以及寬度爲5 mm及25 mm的銅片構成，平行地配 置，間距爲20 mm。對於容器104，使用電性絕緣的合成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A丨規丨Μ:?1〇χ 297公釐） 548406 Λ7 B7 7 8 93pif . doc/008 五、發明說明（（1 ) 樹脂外殼，其構成包括尺寸爲115 mm及厚度爲1 mm的方 形底壁，由底壁周圍突出的40 mm高的側壁，以及上方開 口。每對電極附著在合成樹脂外殼的底壁的外部表面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，將水放入合成樹脂外殻中，藉以達到所需的水 位。針對第一至第三對電極，在三種不同水位下，亦即， 5 mm、10 mm及25 mm，測量電極間的電容値。結果如第 11圖所繪示。在圖式中，水平軸表示在合成樹脂外殻中的 水位，垂直軸表示測量到的電容値。nGl"表示使用第一對 電極測量到的電容値。”G2”表示使用第二對電極測量到的 電容値。"G3"表示使用第三對電極測量到的電容値。 如第12A圖所繪示，濕度偵測區域以垂直於電性絕緣 壁的方向從電極開始具有臨界高度DH。電容値在臨界高 度或更小的範圍之內變化，亦即，濕度偵測區域。換言之， 在濕度偵測區域以外，不管水位高度爲何，電容値幾乎不 變化。由第11圖的圖形，可以發現臨界高度DH大約平行 配置的電極的外側間距的一半。例如，在使用第一對 電極的情形時，電極的外側間距爲50 mm(=24+2+24)，以 及臨界高度DH約爲25 mm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，在使用具有第1圖的濕度感測器的垃圾處理裝 置的情形時，可以決定電極的寬度尺寸及電極間距，如以 下所示，藉以避免只有垃圾佔住濕度偵測區域的不期望的 狀況。 亦即，如第12B圖所繪示，中央電極30的直徑爲d0， 以及環形電極35的寬度爲d2。中央電極的外圍與環形電 極的內圍間的距離爲dl。環形電極的內徑及外徑分別給定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A.l規格（2丨0 X 297公釐） A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（(J ) 爲 d0+(dl*2)及 d0+(dl*2)+(d2*2)。另外，總共的距離(DL)， 其爲dO、dl及d2的加總，最好可以決定爲臨界高度dh 的兩倍以上。藉由使用符合此條件的電極配置，能夠更進 一步改善在垃圾處理裝置中使用的濕度感測器的偵測精確 度。 上述條件亦可用在使用由中央矩形電極及矩形環形電 極構成的電極配置的情形。亦即，如第13圖所繪示，該 些電極可以由具有矩形開口中央的環形電極及矩形的中央 電極所構成。在此情形下，中央電極配置在環形電極的開 □中央，使得中央電極的外圍與環形電極的外圍間隔固定 的距離。 以下是本發明之電容式濕度感測器的變化型式。 對於上述濕度感測器的變化型式，如第14圖所繪示， 隔離殻70配置在感測器外殻2中，代替隔離層4。在此情 形下，隔離殻70由具有開孔72的底壁74及由底壁74的 周圍向上突出的側壁76所構成，其配置在感測器外殻2 中’使得凹面14由開孔72暴露於隔離殼的內部。隔離殻 70連接至電容偵測電路40的零電壓點。 對於上述濕度感測器的另一變化型式，只有第一突肋 可以形成在電性絕緣壁15的內面上。同樣的，只有第二 突肋可以形成在電性絕緣壁的內面上。例如，如第15圖 所繪示，第一突肋16不可以形成在第二突肋He與17d之 間的區域。 另外，對於濕度感測器的變化型式，可以在形成中央 電極30的第一電極區域與形成環形電極35的第二電極區 本紙張尺摩適用中國國家標準（CNS)Al規格（LMO X 297公釐） I I I I---I I · I I I--I I ^ 0 I I--I I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 548406 7893pif.doc/008 五、發明說明（θ) 域之間形成至少一個階梯。例如，第16Α圖所繪示的感測 器外殻2具有形成的中央階梯19，使得第一電極區域在比 第二電極區域高的位置。 另外，當垃圾處理裝置的垃圾容器100具有弧形壁面 102時，最好是使用具有弧形表面的電性絕緣壁15的感測 器外殻，如第16Β圖所繪示。在此情形下，濕度感測器附 著於垃圾處理裝置，使得電性絕緣壁弧形壁面的弧形表面 與垃圾容器100的齊平。 並不限制導線連接至電極的方式。例如，如第ΠΑ圖 及第17Β圖所繪示，可以在中央電極30及環形電極35的 每一個形成具有L型剖面的終端構件80。在此情形下，能 夠很容易且可靠地完成印刷電路板3與該些電極間的電性 連接。 或者，如第18Α圖及第18Β圖所繪示，當焊接部份90 可以形成在鄰近第二突肋17d的所需位置時，則能夠使用 相當少量的焊錫94將導線92可靠地連接至電極，且可避 免焊錫漏出焊接部份的外面。 對於上述濕度感測器的更進一步的變化型式，當垃圾 處理裝置的垃圾容器是以金屬材料製造時，則垃圾容器可 以用g作其中一個電極。亦即，如第19圖所繪示，第一 電極30形成在感測器外殻2的電性絕緣壁15的內面的中 央。第二電極，其與第一電極共同定義濕度偵測區域，由 金屬材料的垃圾容器1〇〇來提供。在此濕度感測器的電路 單元中’垃圾容器1〇〇連接至地yg，如第20圖所繪示。 該電路單元的其他元件則實質上與第4圖中的相同。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A1规格⑵Gx 297公爱） I:----1------裝-----^---訂---------^9. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 548406 A8 B8 7 8 93pi f . doc/ 0 0 8 六、申請專利範圍 1·一種電容式濕度感測器，包括： 一感測器外殼，具有一電性絕緣壁，該電性絕緣壁之 一外部表面面對一空間，於其中的水分含量將被偵測； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一對電極，配置於該感測器外殼上，其中至少一個形 成在該電性絕緣壁之一內部表面上，該些電極之間產生的 電場定義一濕度偵測區域；以及 一電路單元，包括一電容偵測電路，用以偵測該些電 極之間之一電容値，其依據該濕度偵測區域的水分含量變 化，以及一輸出電路，用以依據該電容偵測電路偵測到的 該電容値提供對應於該水分含量的一電氣信號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該至少一個電極係沉積在該電性絕緣壁之該內部表面 上之一金屬薄膜。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該感測器外殻具有一凹面，形成在其中一底壁之一內 部表面，以及一凸面，形成在該底壁之該外部表面之相對 於該凹面之位置，以及其中該凹面之一底部表面係該電性 絕緣壁之該內部表面以及該凸面之一上部表面係該電性絕 緣壁之該外部表面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該對電極由具有一開口中央之一環形電極及一中央電 極所構成，其配置在該環形電極之該開口中央，使得該中 央電極之一外圍與該環形電極之一內圍間隔一固定距離。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該對電極由具有一環狀開口中央之一環形電極及具有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 548406 7893pif.doc/〇〇8 六、申請專利範圍 圓形外形之一中央電極所構成，以及該環形電極與該中央 電極以同心圓方式配置，使得該中央電極之一外圍與該環 形電極之一內圍間隔一固定距離。 6.如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器’ 其中該對電極由具有一矩形開口中央之一環形電極及具有 矩形外形之一中央電極所構成，其配置在該環形電極之該 開口中央，使得該中央電極之一外圍與該瓌形電極之一內 圍間隔一固定距離。 7·如申請專利範圍第4項所述之電容式濕度感測器’ 其中該感測器外殼具有複數個第一突肋，突出於該電性絕 緣壁之該內部表面，其幅射狀地由該中央電極之一中心延 伸。 8. 如申請專利範圍第4項所述之電容式濕度感測器， 其中該感測器外殼具有至少一個第二突肋，突出於該電性 絕緣壁之該內部表面，其以與該中央電極爲同心圓之方式 延伸。 9. 如申請專利範圍第3項所述之電容式濕度感測器， 其中該感測器外殻具有複數個第一突肋，突出於該電性絕 緣壁之該內部表面，其實質上以該些電極之間產生之電場 方向延伸。 10. 如申請專利範圍第3項所述之電容式濕度感測器， 其中該感測器外殼具有至少一個第二突肋，突出於該電性 絕緣壁之該內部表面，使得該第二突肋之一延伸方向實質 上垂直於該些電極之間產生之電場方向。 11·如申請專利範圍第4項所述之電容式濕度感測器， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 --------------------訂--------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 548406 7893pif.doc/008 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中該環形電極之寬度實質上等於該中央電極之寬度。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該電路單元包括一信號處理裝置，用以藉由比較對應 於該輸出電路提供之該電氣信號之水分含量變化與一預定 數値來偵測一不正常狀態。 13. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中每一該些電極之一暴露表面係以一電性絕緣材料塗 覆。 14. 如申請專利範圍第3項所述之電容式濕度感測器， 包括一隔離殻‘，由具有一開口之一底壁及由該底壁之周圍 向上突出之側壁所構成，其配置於該感測器外殻，使得該 感測器外殻之該凹面經由該開口暴露於該隔離殼之內部， 以及其中該隔離殼連接至該電容偵測電路之一零電壓點。 15. 如申請專利範圍第14項所述之電容式濕度感測 器，包括一隔離殻，配置於該感測器外殻，以及其中用以 裝設該電路單元之電子零件之一印刷電路板被包覆在該隔 離殻與該隔離蓋之間。 16. 如申請專利範圍第2項所述之電容式濕度感測器， 包括一額外的金屬層，以金屬電鍍形成在該金屬薄膜上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17. 如申請專利範圍第3項所述之電容式濕度感測器， 其中該對電極形成在該凹面之該底部，以及然後將一電性 絕緣材料塡入該凹面。 18. 如申請專利範圍第3項所述之電容式濕度感測器， 包括一電波隔離層，其藉由將一金屬材料沉積在該感測器 外殼之除了該凹面之外之一內部表面上來形成，以及其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 548406 A8 B8 7893pif.doc/008 六、申請專利範圍 該隔離層連接至該電容偵測電路之一零電壓點。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19. 如申請專利範圍第18項所述之電容式濕度感測 器，其中該些電極與用以裝設該電路單元之電子零件之一 印刷電路板之間，以及該電波隔離層與該印刷電路板之間 之電性連接係使用一金屬薄膜沉積來製造。 20. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該些電極之至少一個係一金屬薄膜，使用一插入模造 來形成在該電性絕緣壁之內部表面。 21. 如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度感測器， 其中該些電極之至少一個係一金屬薄膜，聯結在該電性絕 緣壁之內部表面。 22. —種製造如申請專利範圍第1項所述之電容式濕度 感測器之方法，包括下列步驟： 模造一合成樹脂材料藉以得到該感測器外殻； 沉積一金屬材料藉以在該感測器外殻上形成一金屬薄 膜；以及 由該感測器外殻選擇性地移除該金屬薄膜藉以得到該 對電極。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23. —種垃圾處理裝置，使用如申請專利範圍第1項所 述之電容式濕度感測器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）