Датчик относительной влажности и температуры Советский патент 1992 года по МПК G01N27/00 

разуя добротность ВЧ-контура в электрический сигнал и дешифруя его, получем данные об О В и температуре среды.

В 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 0В и температуры: влаго- чувствительный 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.

Так 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 0В 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.

П р и м е р. В датчике использована структура КНС с толщиной слоя кремния 0,6

мкм и удельным сопротивлением Ом.см. ВЧ-контуры изготовлены из посеребренного медного провода диаметром 1 мм.

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

МГц.

Для повышения точности датчика использована одна структура КНС, разделенная методом скрайбирования на две части. Для измерения добротности ВЧ-контуров можно использовать измерители добротности, имеющие встроенный ВЧ-генератор, например Е9-5А.

Устройство обладает высоким быстродействием за счет практически мгновенного

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

Выбор материала для датчика (КНС) обусловлен его оптимальными характеристиками: высоким качеством полупроводни- ковой пленки и ее высокой чувствительностью к состоянию поверхности и параметрам окружающей среды, а также уникальными диэлектрическими свойствами сапфира.

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

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 диэлектрика к плоским катушкам ВЧ-контуров, в термочувствительном датчике на слой кремния дополнительно нанесен слой герметизирующего немагнитного диэлектрика.

Г

щ

fe

:c sSNSS oo4

щ

fe

E5S5S