[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部空間連通，方便反應容器內的液體進入到該空間；反應容器內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部空間連通。

所述極板列陣電極包括左側極板陣列、右側極板陣列和中間極板陣列，供液體流通的空間設置在左側極板陣列或右側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；