电容式温度传感器：AM2301电容式数字温湿度传感器

AM2301电容式数字温湿度传感器

发布时间：2020/3/27 14:55:13
所属类别：传感器  ? 温度传感器
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AM2301电容式数字温湿度传感器属性

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AM2301电容式数字温湿度传感器描述

产品名称：AM2301电容式数字温湿度传感器
AM2301湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品分为3引线（单总线接口），和4引线连接方便，可自由选择任何一种总线方式。特殊封装形式可根据用户需求而提供。
产品名称：AM2313高温型数字温湿度传感器
AM2313湿敏电容数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。采用专用的温湿度采集技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件，并与一个高性能微处理器相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
产品名称：AMT2001电压输出电容式温湿度模块
AMT2001湿敏电容温湿度模块相对湿度传感器与电路一体化的产品模块的供给电压为直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算，本模块具有精度高，可靠性高，一致性好，且已带温度补偿，确保长期稳定性好，使用方便及价格低廉等特点，尤其适合对质量、成本要求比较苛刻的企业使用。可应用于暖通空调、加湿器、除湿机、通迅、大气环境监测、工业过程控制、农业、测量仪表等应用领域。
产品名称：AMT1001温湿度模块高品质最低价格
AMT1001电压输出温湿度模块相对湿度传感器与电路一体化的产品模块的供给电压为直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算，本模块具有精度高，可靠性高，一致性好，确保长期稳定性好，低功耗，小体积、带温度补偿、单片机校准线性输出、使用方便、成本低、完全互换、超长的信号传输距离、精确校准，使用方便及价格低廉等特点，尤其适合对质量、成本要求比较苛刻的企业使用。可应用于暖通空调、加湿器、除湿机、通迅、大气环境监测、工业过程控制、农业、测量仪表等应用领域。
产品名称：AM1001湿度模块高品质最低价格
AM1001电压输出温湿度模块相对湿度传感器与电路一体化的产品模块的供给电压为直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算，本模块精度高，低功耗，小体积、带温度补偿、单片机校准线性输出、使用方便、成本低、完全互换、超长的信号传输距离、精确校准。用于暖通空调、加湿器、除湿机、通迅、大气环境监测、工业过程控制、农业、测量仪表等应用领域。

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电容式温度传感器：一种电容式MEMS温度传感器

摘要：

一种电容式MEMS温度传感器,它涉及一种温度传感器.本实用新型的目的是要解决现有电容式温度传感器的体积大,功耗高的问题.一种电容式MEMS温度传感器包括底板,中段和顶盖,底板,中段和顶盖由下至上依次叠在一起;所述底板包括底板SiO绝缘膜层,底板Si基层,底板SiO隔离层,底板Ag电极层和底板AlN绝缘导热层;所述中段包括Si支架,中段SiO绝缘层和三维黑磷电解质层;所述顶盖包括顶盖SiO绝缘膜层,顶盖Si基层,顶盖SiO隔离层,顶盖Ag电极层和顶盖AlN绝缘导热层.优点:体积小,成本低,功耗低的特点;提高了敏感度.本实用新型主要用于制备电容式MEMS温度传感器.

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电容式温度传感器：一种电容式温度传感器及使用方法与流程

本发明涉及温度测量技术领域，涉及一种温度传感器，更具体是涉及一种电容式温度传感器及使用方法，适用于工业制造产业和智能制造行业。
背景技术：
在工业制造业产业和智能制造行业中，设备及物料的温度是一项重要参数，对车间能否正常运转、生产产品质量都有很大的影响。目前，工业制造业中所使用测量温度的方式有很多，例如：压力式测温系统、电接点温度计、双金属温度计、热电偶、光学高温计、辐射高温计和红外测温仪。但所述种种方式，都还存在一定的局限性。
其中，压力式测温系统是最早应用于生产过程温度测量方法之一，是就地指示、控制温度应用十分广泛的测量方法。优点是结构简单、机械强度高、不怕震动；缺点是热损失大、响应时间较慢，测量精度受环境温度及感温包安装位置影响较大、毛细管传送距离有限制。电接点温度计，优点是测量精度高、再现性好；缺点是需外接电源、热惯性大、不能使用在有机械振动场合。双金属温度计是用途十分广泛的就地温度计，优点是结构简单、价格低、维护方便；缺点是测量精度较低、大多用于现场显示及不需要控制的场合。热电偶在工业测温中占了很大比重，生产过程远距离测温大多使用热电偶。优点是体积小、安装方便；缺点是热电势与温度之间是非线性关系、精度比热电阻低，在同样条件下,热电偶接点易老化。光学高温计结构简单、轻巧、使用方便；缺点是测量靠人眼比较、容易引入主观误差、价格高。辐射高温计主要用于热电偶无法测量的超高温场合。优点是高温测量、响应速度快；缺点是非线性刻度、被测对象的辐射率、辐射通道中间介质的吸收率会对测量造成影响、结构复杂。红外测温仪精度高、响应时间快、携带方便，但不能测量大型装置，属于便携式装备。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题和不足，提供一种结构简单、响应时间快，读数误差小，测量精度高的电容式温度传感器。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种电容式温度传感器，由感温包1、毛细管2、波纹管3、底座4、感温工质5、电容器左极板6和电容器右极板7构成，其中所述底座4为∟形板状结构，竖直板上开设有半圆槽，所述波纹管3的一端固定连接在半圆槽中，并向外依次固定连接所述毛细管2和所述感温包1，另一端悬伸在所述底座4横板上，其端面固定连接所述电容器左极板6，所述电容器右极板7距离所述电容器左极板6一间隙竖直固定连接在所述底座4上；所述相连通的波纹管3、毛细管2和感温包1中填充有同种感温工质5。
进一步地，所述底座4、电容器左极板6和电容器右极板7的材质均为金属材料，其中所述电容器左极板6和电容器右极板7为同种金属材料。
进一步地，所述电容器左极板6与电容器右极板7之间的间隔为3～5mm。
进一步地，所述底座4、电容器左极板6和电容器右极板7的材质均为金属材料，其中所述电容器左极板6和电容器右极板7为同种金属材料。
进一步地，所述固定连接均为焊接连接。
进一步地，所述波纹管3为圆柱体金属波纹管。
进一步地，所述感温工质5为氟利昂或乙醇或乙醚。
进一步地，所述感温包1材料为铁或铜或不锈钢。
工作原理：将感温包1与被测物体持续充分接触，引起由感温包1、毛细管2、波纹管3所组成的感温组件内部填充的感温工质5温度变化，进而使得感温工质7发生热胀冷缩现象，驱动波纹管3体积膨胀并向右侧产生位移，带动电容器左极板6向右运动，致使电容器两极板间距离减小，导致电容器输出的电容值发生变化，可通过测量输出的电容值进而测出被测物体的温度。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、本发明结构简单，使用过程操作便捷，系统误差小，经济成本低。
2、本发明的电容式温度传感器利用感温工质受温度变化而产生的体积变化，驱动波纹管向右侧单方向伸缩，进而带动电容器左极板产生位移，改变电容器电容值，测量出的数据更为真实可靠，有效降低温度传感器的迟滞误差及读数误差。
3、本发明的电容式温度传感器可根据不同工作环境选择不同感温工质，适用范围广，测温效果良好。
4、本发明的电容式温度传感器对电容器的应用可以降低对工作电源品质的要求，达到节能性与安全性的双重提高。
本发明所提出的电容式温度传感器的使用方法：
a、将电容器左极板6、电容器右极板7与测量电容器电容值的电路相连接；
b、通过选择合适的位置安放底座4使电容式温度传感器保持静止且感温包1与被测物体保持充分接触；
c、读取电容器电容值，进而获取被测物体温度值及温度变化量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是本发明的感温组件示意图，
图3是本发明的底座示意图，
图中附图标记说明：1.感温包、2.毛细管、3.波纹管、4.底座、5.感温工质、6电容器左极板、7.电容器右极板。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种电容式温度传感器，由感温包1、毛细管2、波纹管3、底座4、感温工质5、电容器左极板6和电容器右极板7构成，其中所述底座4为∟形板状结构，竖直板上开设有半圆槽，所述波纹管3的一端固定连接在半圆槽中，并向外依次固定连接所述毛细管2和所述感温包1，另一端悬伸在所述底座4横板上，其端面固定连接所述电容器左极板6，所述电容器右极板7距离所述电容器左极板6一间隙竖直固定连接在所述底座4上；所述相连通的波纹管3、毛细管2和感温包1中填充有同种感温工质5。
在本实施例中，所述底座4、电容器左极板6和电容器右极板7的材质均为金属材料，其中所述电容器左极板6和电容器右极板7为同种金属材料。
在本实施例中，所述电容器左极板6与电容器右极板7之间的间隔为3～5mm。
在本实施例中，所述底座4、电容器左极板6和电容器右极板7的材质均为金属材料，其中所述电容器左极板6和电容器右极板7为同种金属材料。
在本实施例中，所述固定连接均为焊接连接。
在本实施例中，所述波纹管3为圆柱体金属波纹管。
在本实施例中，所述感温工质5为氟利昂或乙醇或乙醚，可根据工作环境中所需选用不同中感温工质。
在本实施例中，所述感温包1材料为铁或铜或不锈钢。
本实施例的感温组件如图2所示，感温组件由感温包1、毛细管2、波纹管3构成；所述感温包选用金属圆柱体感温包，材料可以选用铁、铜、不锈钢；所诉波纹管选用圆柱体金属波纹管；感温组件内部装有同种感温工质5，可根据具体工作环境及测量温度范围选择，如氟利昂、乙醇、乙醚；工作时，将感温包1持续充分接触被测物体，使得内部感温工质5发生温度变化并产生热胀冷缩现象，进而使波纹管3产生体积变化，向右侧单方向伸缩。
本实施例的电容式温度传感器的工作原理如下：将感温包1与被测物体保持充分接触，引起由感温包1、毛细管2、波纹管3所组成的感温组件内部填充的感温工质5温度变化，进而使得感温工质5发生热胀冷缩现象，驱动波纹管3体积膨胀并向右侧产生位移，带动电容器左极板6向右运动，致使电容器两极板间距离减小，导致电容器输出的电容值发生变化，可通过测量输出的电容值进而测出被测物体的温度。
本实施例电容式温度传感器的使用方法：
a、将电容器左极板6、电容器右极板7与测量电容器电容值的电路相连接；
b、通过选择合适的位置安放底座4使电容式温度传感器保持静止且感温包1与被测物体持续充分接触；
c、读取电容器电容值，进而获取被测物体温度值及温度变化量。
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

电容式温度传感器：一种电容式温度传感器的制造方法

一种电容式温度传感器的制造方法
【专利摘要】一种电容式温度传感器，该传感器包括衬底（1）、感温介质（2）、钝化层（3）、中间叉指电极（1-3）、边叉指电极（1-2）构成的检测电容；所述的检测电容具有高深宽比的叉指结构，其中，衬底（1）位于检测电容的底部，起基座作用，中间叉指电极（1-3）与衬底之间设有感温介质（2），边叉指电极（1-2）处于所述检测电容的外部的四周，在中间叉指电极（1-3）的周边、边叉指电极（1-2）的内表面上表面设有钝化层（3）；感温介质（2）处于中间叉指电极（1-3）之间、边叉指电极（1-2）与中间叉指电极（1-3）之间、以及中间叉指电极（1-3）与衬底（1）之间的空腔（4）之中。该电容式温度传感器具有灵敏度高，结构简单，加工方便，感温结构新颖等优点。
【专利说明】一种电容式温度传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于体娃工艺的MEMS (微电子机械系统)电容式温度传感器,尤其是一种利用感温介质体积和感温介质介电常数的双重变化感测温度的新型叉指结构电容式温度传感器。
【背景技术】
[0002]温度传感器是最早开发，应用广泛的一类传感器。从17世纪初人们就已经开始对温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。随着MEMS技术的发展，一些采用MEMS技术的微温度传感器也不断被提出。
[0003]温度传感器的种类繁多，其中多种传统温度传感器难与IC工艺兼容。无论是电阻式温度传感器还是基于硅基集成温度传感器，其自加热效应常会影响测量精度。通常常规温度传感器的原理可移植到MEMS领域，已出现的MEMS温度传感器与传统传感器相比，具有体积小、重量轻的特点。而电容式传感器具有灵敏度高、动态响应时间短、热损耗极小等特点。现存的较常见的电容式温度传感器是基于双金属效应的双层悬臂梁结构的电容式温度传感器，这种温度传感器输出电容与温度之间的非线性比较大。加工工艺比较复杂，不但需要表面释放工艺，更需要硅与玻璃的键合工艺，传感器的成本较高。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中电容式传感器输出电容与温度之间的非线性比较大。加工工艺比较复杂，不但需要表面释放工艺，更需要硅与玻璃的键合工艺，传感器的成本较高的问题，提出一种结构简单，敏感电容大的新型电容式温度传感器。它具有灵敏度高，响应较快，结构简单等优点。
[0005]技术方案:本发明的电容式温度传感器包括衬底、感温介质、钝化层、中间叉指电极、边叉指电极构成的检测电容；所述的检测电容具有高深宽比的叉指结构，其中，衬底位于检测电容的底部，起基座作用，中间叉指电极与衬底之间设有感温介质，边叉指电极处于所述检测电容的外部的四周，在中间叉指电极的周边、边叉指电极的内表面上表面设有钝化层；感温介质处于中间叉指电极之间、边叉指电极与中间叉指电极之间、以及中间叉指电极与衬底之间的空腔之中。
[0006]所述感温介质为体膨胀系数大且介电常数随温度变化大的液体介质。
[0007]所述钝化层为二氧化硅。所述中间叉指电极、边叉指电极之间的电容等效为以空气为介质的电容和以感温介质为介质的电容，两个电容的并联。所述衬底为玻璃。
[0008]本发明的一种电容式温度传感器，其工作原理为:当温度发生变化时，感温介质的体积会发生变化，因此在两个检测电极之间的感温介质体积会发生变化，且其介电常数也会随温度发生变化，进而引起检测电容值发生变化，从而实现温度测量功能。[0009]叉指电极之间的电容等效为以空气为介质的电容和以感温介质为介质的电容，两个电容的并联。
[0010]有益效果:作为对本发明所述技术方案的一种改进，叉指电极为体硅工艺加工的具有高深宽比的叉指结构。综合其材料的加工成本、制作工艺的实现方式以及敏感电容的大小来说，体加工工艺加工的叉指电极具有成本低、制作工艺简单、敏感电容大的优点。
[0011]作为对本发明所述技术方案的一种改进，衬底使用玻璃材质，通过键合工艺与低阻硅形成结构。综合所选材料的成本，制作工艺以及材料性能来说，选用玻璃衬底可以减少寄生电容，硅-玻璃键合工艺成熟的优点。
[0012]作为对本发明所述技术方案的一种改进，叉指结构与玻璃衬底之间有较大体积的液体腔。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的俯视图。
[0014]图2是本发明的截面图。
[0015]图中有:衬底1，边叉指电极1-2，中间叉指电极1-3，空气间隙1-4，感温介质2，钝化层3，空腔4。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]本发明优选实施例如下:
[0018]如图2所示，本实施例所述电容式温度传感器包括呈叉指结构的检测电容，该检测电容由覆盖有钝化层的边叉指电极1-2、覆盖有钝化层的中间叉指电极1-3，感温介质2处于边叉指电极1-2与中间叉指电极1-3以及电极与衬底I之间的空腔4之中。
[0019]在本实施例中，衬底I选用玻璃衬底，感温介质2为不易挥发的硅油，钝化层3为二氧化硅，边叉指电极1-2、中间叉指电极1-3都为低阻硅。
[0020]如图2所示，本实施例所述电容式温度传感器的制作过程如下:首先，选用低阻硅作为初始材料，对其背面进行光刻工艺和湿法腐蚀工艺，形成背面的空气腔2 ;进行硅片和玻璃衬底I键合，形成带有底座的空腔结构；对硅片正面进行光刻和深反应离子刻蚀工艺，形成具有高深宽比的叉指电容结构，即形成边叉指电极1-2、中间叉指电极1-3 ;对整个结构进行氧化处理，形成钝化层3 ;最后注入感温介质2即可。
[0021]在本实施例中，正负电极、钝化层以及感温介质层构成叉指结构状的检测电容，当温度发生变化时，感温介质会随温度变化而体积发生变化，引起电容之间的介质组成发生改变，进而引起电容大小发生变化。
[0022]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种电容式温度传感器，其特征在于，该传感器包括衬底(I)、感温介质(2)、钝化层(3)、中间叉指电极(1-3)、边叉指电极(1-2)构成的检测电容；所述的检测电容具有高深宽比的叉指结构，其中，衬底(I)位于检测电容的底部，起基座作用，中间叉指电极(1-3 )与衬底之间设有感温介质(2)，边叉指电极(1-2)处于所述检测电容的外部的四周，在中间叉指电极(1-3)的周边、边叉指电极(1-2)的内表面上表面设有钝化层(3);感温介质(2)处于中间叉指电极(1-3)之间、边叉指电极(1-2)与中间叉指电极(1-3)之间、以及中间叉指电极(1-3)与衬底(I)之间的空腔(4)之中。
2.根据权利要求1所述的一种电容式温度传感器，其特征在于，所述钝化层(3)为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种电容式温度传感器，其特征在于，所述中间叉指电极(1-3)、边叉指电极(1-2)之间的电容等效为以空气为介质的电容和以感温介质为介质的电容，两个电容的并联。
4.根据权利要求1所述的一种电容式温度传感器，其特征在于，所述衬底(I)为玻璃。
【文档编号】G01K7/34GKSQ
【公开日】2013年12月25日   申请日期:2013年9月30日   优先权日:2013年9月30日
【发明者】任青颖, 王立峰, 黄见秋, 黄庆安   申请人:东南大学