Датчик относительной влажности и температуры

Датчик относительной влажности и температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ig i 1!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849617/25 (22) 28.05.90 (46) 23.09.92. Бюл. ¹ 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума (72) А, Н. Ануфриев, М,Н, Титов и Ю.А. Ходос (56) Авторское свидетельство СССР ¹

221157, кл, 6 01 N 27/00, 1963, К. Toi, Т. Yamomoto, H„Yoshida. Problem

in pressure coocer test./Mater. 5-й intern.

conf. on reliability and maintainability, 1986, Biaritz, France, р. 1 — 6.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной влажности и температуры в широком классе приборов и устройств.

Широко известны устройства для измерения относительной влажности (ОВ), использующие эффект изменения длины волоса или другой органической нити при изменении OB. Также широко известны устройства измерения температуры, основанные на использовании теплового расширения жидких веществ, Устройства указанных типов обладают малой точностью и большой инерционностью и имеют в основном бытовое назначение.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются устройства, реализующие психометрический способ измерения

ОВ, использующие сравнение показаний

"мокрого" и сухого термометров (К, Toi, Т

Yamomoto, Н, Yoshida, Problem in pressure

coocer test,— Materials of 5-th international

„„5U „„1763960 А1 (54) ДАТЧИК ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование: измерение относительной влажности и температуры в широком классе устройств, Сущность изобретения: в устройстве в качестве влага- и термочувствительных элементов используют высокочастотные контуры с размещенными на них структурами кремния на диэлектрике, например кремния на сапфире, По изменению добротности ВЧ-контуров судят об относительной влажности и температуре среды, 1 ил.

conference on reliabiiity and maintainabiiity.

1986, BIARITZ, FRANCE, р. 1 — 6).

Недостатками этих устройств являются инерционность и затрудненность их использования при температурах, превышающих

1PPoС, Целью изобретения является повышение скорости измерения ОВ и температуры и расширение области применения в сторону более высоких температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве в качестве влага- и термочувствительных элементов используют высокочастотные (ВЧ) контуры с размещенными на них структурами кремния на диэлектрике, например, кремния на сапфире (КНС).

Удельное сопротивление КНС чувствительно к изменению температуры и ОВ среды.

Изменение удельного сопротивления сильно влияет ьа добротность ВЧ контура, на котором размещена структура КНС(положительное решение по заявке СССР N 4425035/21, кл. G P1 R 27/02, 1988), Преоб1763960 разуя добротность ВЧ-контура в электрический сигнал и дешифруя его, получем данные об 0В и температуре среды.

B результате анализа научно-технических и патентных источников технических решений со сходными признаками не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям, предъявляемым к изобретению.

На чертеже показано схематическое устройство датчика ОВ и температуры: влагочувствительный 1 и термочувствительный 2 элементы, полупроводниковая пленка 3, диэлектрическая подложка 4, ВЧ-контуры 5, слой герметизирующего немагнитного диэлектрика 6, непроводящий немагнитный корпус 7.

Устройство работает следующим образом.

Для проведения измерений датчик помещают в исследуемую атмосферу. Удельное сопротивление р пленок кремния в структуре КНС изменяется: в термочувствительном элементе — под воздействием температуры среды, во влагочувствительном— под воздействием и температуры среды, и влаги, поскольку поверхность пленки не защищена.

Taic как пленки находятся в ВЧ-поле ,контуров, то в них возникают токи Фуко. которые обратно пропорциональны удельному сопротивлению пленок. Потери на токи Фуко снижают добротность контуров, по изменению которой судят об удельном сопротивлении пленок кремния в структуре

КНС, Добротность контуров преобразуют в электрические сигналы, из которых формируют разностный сигнал, отвечающий величине ОВ атмосферы (так как температурная часть сигналов при вычитании гасится).

Электрический сигнал, отвечающий добротности ВЧ-контура термочувствительного элемента, дешифруют в показания температуры, а разностный сигнал — в показания влажности.

Пример, В датчике использована структура KHC с толщиной слоя кремния 0,6 м км и удел ь н ы м с оп роти влением 20

Ом.см. ВЧ-контуры изготовлены из посеребренного медного провода диаметром 1 мм.

5 Контуры одинаковы и представляют собой плоские катушки, содержащие 1 — 2 витка и имеющие внешний диаметр 2,5 см.

Рабочая частота подобрана по максимуму чувствительности и составляет 135 — 155

10 МГц, Для повышения точности датчика использована одна структура КНС, разделенная методом скрайбирования на две части, Для измерения добротности ВЧ-конту15 ров можно использовать измерители добротности, имеющие встроенный

ВЧ-генератор, например Е9-5А.

Устройство обладает высоким быстродействием за счет практически мгновенного

20 реагирования тонкой (0,5-2 мкм) пленки кремния на смену температуры и влажности, Датчик работоспособен до температур, определяющих стойкость кремния к внешним воздействиям.

25 В ы бор материала для датчика (КН С) обусловлен его оптимальными характеристиками: высоким качеством полупроводниковой пленки и ее BblcoKQA чувствительностью к состоянию поверхности и пара30 метрам окружающей среды, а также уникальными диэлектрическими свойствами сапфира.

Формула изобретения

Датчик относительной влажности и тем35 пературы, содержащий влаго- и термочувствительные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения в сторону более высоких температур, каждый

40 из элементов содержит одинаковый высокочастотный (ВЧ) контур, выполненный в виде плоской катушки, содержащей 1 — 2 витка, на которых размещены структуры кремния на диэлектрике, обращенные слоем диэлектри45 ка к плоским катушкам ВЧ-контуров, в термочувствительном датчике на слой кремния дополнительно нанесен слой герметизирующего немагнитного диэлектрика, 1763960

Составитель А,Ануфриев

Техред М,Моргентал Корректор И,Шмакова

Редактор Т,Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3453 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5