[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
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710231221.3 | 申請日: | 2017-04-10 |
| 公開(公告)號: | CN107525564B | 公開(公告)日: | 2019-12-24 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 韋學(xué)勇;張宏才;王威威;蔣莊德 | 申請(專利權(quán))人: | 西安交通大學(xué) |
| 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(zé)任公司 | 代理人: | 王萌 |
| 地址: | 710049 陜*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 升級 電容 式液位 傳感器 制備 方法 | ||
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(jié)構(gòu)層,底部玻璃層。其中Si結(jié)構(gòu)層及電極使用DRIE干法刻蝕、濕法腐蝕相結(jié)合的工藝實(shí)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(dǎo)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(zhǔn)確計(jì)算極板間液位的體積,其實(shí)施例二可以實(shí)現(xiàn)特征液位精確監(jiān)測,又可以實(shí)現(xiàn)整體連續(xù)型觀測。具有反應(yīng)靈敏、制備成本低、高精度等特點(diǎn)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種液位傳感器技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于MEMS技術(shù)的高精度連續(xù)型電容式液位傳感器。
【背景技術(shù)】
在工業(yè)領(lǐng)域,為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)與測量,需要對液位進(jìn)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(gè)固定的液面位置進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警,而后者需要全量程范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的液位測量,被廣泛地應(yīng)用于石油化工、生物制藥微型流量控制等領(lǐng)域。
目前,應(yīng)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(shí)際應(yīng)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(lǐng)域,需要對反應(yīng)容器進(jìn)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(shí)現(xiàn)不規(guī)則容器內(nèi)液體體積較精密測試,卻無法實(shí)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(jìn)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(jìn)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(yīng)性和溫度穩(wěn)定性等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。李居?xùn)|等人設(shè)計(jì)的電容式液位傳感器,可以實(shí)現(xiàn)離散加連續(xù)測量兩種檢測方式,且通過設(shè)計(jì)測量點(diǎn)表面積突然增大(或減小)的方式,可以對特定位置液體進(jìn)行較高精度的傳感。但由于尺寸過大,且無法準(zhǔn)確測量液體體積,仍不適用于微流控領(lǐng)域。
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種納升級電容式液位傳感器及制備方法,解決微流控領(lǐng)域微弱液位、體積變化的檢測問題。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)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(yīng)容器的外表面,包括與反應(yīng)容器接觸的封裝層,以及硅結(jié)構(gòu)層,所述硅結(jié)構(gòu)層設(shè)置有一對極板陣列電極,相應(yīng)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(shè)置有供液體流通的空間,該空間與反應(yīng)容器內(nèi)部空間連通,方便反應(yīng)容器內(nèi)的液體進(jìn)入到該空間;反應(yīng)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(jié)構(gòu)。
一對極板陣列之間的空間為蛇形結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)中進(jìn)一步包括有橫向凸起結(jié)構(gòu),該橫向凸起結(jié)構(gòu)為三面圍起來的半封閉結(jié)構(gòu)。
所述封裝層為PDMS層,所述硅結(jié)構(gòu)層表面進(jìn)一步設(shè)置有玻璃層,該玻璃層上開設(shè)有電極,所述硅結(jié)構(gòu)層通過該電極與外部電路連接。
所述封裝層開設(shè)有液體入口和液體出口,該液體入口和液體出口與反應(yīng)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(shè)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(shù),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;
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G01F 容積、流量、質(zhì)量流量或液位的測量;按容積進(jìn)行測量
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G01F23-14 .通過測量壓力
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