[發(fā)明專利]一種納升級電容式液位傳感器及制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107525564B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 韋學勇;張宏才;王威威;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 王萌

本發(fā)明公開一種電容式液位傳感器及其制備方法。包括表面PDMS層，Si結構層，底部玻璃層。其中Si結構層及電極使用DRIE干法刻蝕、濕法腐蝕相結合的工藝實現(xiàn)，通過離子鍵合與PDMS層形成密閉液腔，液位的變化引起電容極板間電解質(zhì)變化，從而導致電容極板間電荷發(fā)生變化，通過外圍電路可以檢測極板間液位的改變。且由于間距處處相等，直接可以準確計算極板間液位的體積，其實施例二可以實現(xiàn)特征液位精確監(jiān)測，又可以實現(xiàn)整體連續(xù)型觀測。具有反應靈敏、制備成本低、高精度等特點。

【技術領域】

本發(fā)明涉及一種液位傳感器技術領域，具體涉及一種基于MEMS技術的高精度連續(xù)型電容式液位傳感器。

【背景技術】

在工業(yè)領域，為了實現(xiàn)自動化生產(chǎn)與測量，需要對液位進行精密的測量。

液位測量又包括液位信號器和連續(xù)液位測量。前者主要對幾個固定的液面位置進行監(jiān)測和預警，而后者需要全量程范圍內(nèi)進行連續(xù)的液位測量，被廣泛地應用于石油化工、生物制藥微型流量控制等領域。

目前，應用于連續(xù)液位測量的方法有二十多種，例如浮球法、激光干涉法、磁致伸縮法等，在實際應用中，需要根據(jù)某些特定的要求選擇合適的測量方式。對于微型流量控制領域，需要對反應容器進行微米級別的液位控制，甚至需要nL(10^-9L)級別的液位體積測量。而目前高精度液位、體積傳感器制造成本高，且大多數(shù)不具備液位、體積的同步測量。例如李吉海等人發(fā)明的基于超聲波的液體體積測量裝置，可以實現(xiàn)不規(guī)則容器內(nèi)液體體積較精密測試，卻無法實現(xiàn)液位高度的測試；李曉亮等人通過測量密閉容積內(nèi)氣壓的變化進而檢測的測試容積的體積，該方法對容器的氣密性要求較高且需要對溫度進行精確的控制。

電容式液位傳感器具有原理簡單，安裝調(diào)試方便，并且具有較好的環(huán)境適應性和溫度穩(wěn)定性等特點，被廣泛應用于工業(yè)領域。李居東等人設計的電容式液位傳感器，可以實現(xiàn)離散加連續(xù)測量兩種檢測方式，且通過設計測量點表面積突然增大(或減小)的方式，可以對特定位置液體進行較高精度的傳感。但由于尺寸過大，且無法準確測量液體體積，仍不適用于微流控領域。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是設計一種納升級電容式液位傳感器及制備方法，解決微流控領域微弱液位、體積變化的檢測問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種納升級電容式液位檢測裝置，該電容式液位檢測裝置安裝在反應容器的外表面，包括與反應容器接觸的封裝層，以及硅結構層，所述硅結構層設置有一對極板陣列電極，相應的極板陣列電極分別連接有極板陣列，一對極板陣列之間設置有供液體流通的空間，該空間與反應容器內(nèi)部空間連通，方便反應容器內(nèi)的液體進入到該空間；反應容器內(nèi)液位的變化引起電容極板電容發(fā)生變化，借此檢測極板間液位的改變。

一對極板陣列之間的空間為多折線的結構。

一對極板陣列之間的空間為蛇形結構，包括與硅面垂直的直線段、與硅面平行的平行線，以及與水平存在夾角的傾斜線段。

在所述蛇形結構中進一步包括有橫向凸起結構，該橫向凸起結構為三面圍起來的半封閉結構。

所述封裝層為PDMS層，所述硅結構層表面進一步設置有玻璃層，該玻璃層上開設有電極，所述硅結構層通過該電極與外部電路連接。

所述封裝層開設有液體入口和液體出口，該液體入口和液體出口與反應容器內(nèi)部空間連通。

所述極板列陣電極包括左側(cè)極板陣列、右側(cè)極板陣列和中間極板陣列，供液體流通的空間設置在左側(cè)極板陣列或右側(cè)極板陣列與中間極板陣列之間。

一種納升級電容式液位傳感器的制備方法，基于MEMS技術，包括以下步驟：

(1)將大小相同的(100)晶相n型硅片與玻璃基底鍵合；