一種快速響應的電阻式氣體傳感器及其製備方法
2023-04-23 20:18:06 1
專利名稱：一種快速響應的電阻式氣體傳感器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種新型的快速響應的電阻式氣體傳感器 結構及其製備方法。
背景技術：
自20世紀末人類進入信息社會以來，人們的一切活動都是以信息獲取與信息交 換為中心，作為信息技術的基礎與三大支柱之一的傳感器技術也進入高速發展的新時期。由於叉指電極對塗覆在其上面的膜的電阻、電解質變化響應極其靈敏，因此基於 叉指電極的電阻型、電容型氣體傳感器如雨後春筍般湧現。但不同敏感膜對不同的氣體有 不同的最佳工作溫度。例如熱蒸發的Sn02m米線在400°C時對液化氣有很好的氣敏特性。 此外即使在同一溫度下氣體傳感器對氣體的響應都較之解析要快。因此，如何使傳感器能 在簡單的結構下獲得最佳工作溫度和最佳氣敏特性是氣體傳感器急需解決的問題。
發明內容
本發明所要解決的問題是如何提供一種快速響應的電阻式氣體傳感器及其制 備方法。該傳感器結構簡單，生產成本低，對製備工藝要求不高，有效地解決了基於敏感膜 氣體吸附的電阻式傳感器在同一溫度下解析慢的缺點，增強了傳感器檢測的準確性和實時 性。本發明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種快速響應的電阻式氣體傳感 器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或 者等於2;②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉 指電極的電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立 且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器電極連接並 控制每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸 附並正常工作，而同時另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並且不工作；經過一定 時間間隔(時間間隔的大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後， 兩部分傳感器單元交換工作狀態；從而始終保持一半傳感器單元吸附氣體並正常工作，另 一半傳感器單元解析並且不工作。一種快速響應的電阻式氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟①對基片進行清洗並預處理，通過磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜， 用勻膠機塗膠，在曝光機上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進行反濺刻蝕形成N個傳感器單元圖形，N為 偶數且大於或者等於2，每個傳感器單元圖形都由加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉指電極的電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立且不 與加熱器接觸；③將加熱器電極和叉指電極電焊引出後，採用旋塗、滴塗等工藝在基片表面塗覆 敏感膜。每個傳感器單元的加熱器電極分別和時鐘控制電路模塊對應接口連接，每個傳感 器單元的叉指電極作為信號輸出端與讀出裝置或者計算機連接，所述時鐘控制電路模塊控 制著每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸 附並正常工作，而同時另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並且不工作；經過一定 時間間隔(時間間隔的大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後， 兩部分傳感器單元交換工作狀態；從而始終保持一半傳感器單元吸附氣體並正常工作，另 一半傳感器單元解析並且不工作。按照本發明所提供的快速響應的電阻式氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，所 述叉指電極作為傳感器信號的輸出端，根據敏感膜的特性可以通過電阻、電壓或者電容等 形式輸出傳感器信號。本發明所提供的快速響應的電阻式氣體傳感器，其特徵在於，所述時鐘控制電路 模塊設置應與對應傳感器單元相匹配。本發明的有益效果本發明提供了一種新型的快速響應的電阻式氣體傳感器結 構，該傳感器採用雙傳感器單元結構或者多傳感器單元結構，每個傳感器電極之間均勻地 穿插加熱電極，加熱器狀態和供電電壓由時鐘控制電路控制，使其中一半傳感器單元在最 佳吸附溫度下進行氣體吸附並正常工作，另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下只進行解 析而不工作；通過時鐘控制電路模塊的調節，經過一定時間間隔(時間間隔的大小可根據 實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，交換兩部分傳感器的工作狀態，從 而始終保持部分傳感器吸附並正常工作，而另外一半傳感器解析並不工作。該傳感器結構 簡單，採用傳統的微加工技術便可以實現，解決了基於敏感膜氣體吸附的電阻式傳感器在 同一溫度下解析慢的缺點，同時傳感器響應值結合了兩組傳感器單元的響應數據，增強了 傳感器檢測的準確性和實時性。本發明提供的基於雙傳感器的電阻式氣體傳感器結構在對 有毒有害氣體檢測中有非常廣闊的應用前景。
圖1是本發明的一個實施例的結構示意圖；圖2是本發明的時鐘控制電路模塊的邏輯方框圖。其中，1、2、3和4為叉指電極，5、6、7和8為加熱器的電極端。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述如圖2所示，本發明提供了一種快速響應的電阻式氣體傳感器，包括N個結構相同 的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2 ；每個傳感器單元都由 設置在同一基片上的加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉指電極的電極片分別均勻地穿插 在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立且不與加熱器接觸；所述時鐘控 制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器電極連接並控制每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸附並正常工作，而同時 另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並且不工作；經過一定時間間隔(時間間隔的 大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，兩部分傳感器單元交換 工作狀態；從而始終保持一半傳感器單元吸附氣體並正常工作，另一半傳感器單元解析並 且不工作，叉指電極作為輸出端連接讀出裝置或者計算機。作為本發明的一個實施例，即採用雙傳感器單元結構的傳感器，如圖1所示，該傳 感器採用雙傳感器結構，每個傳感器電極之間均勻地穿插加熱電極，加熱器狀態和供電電 壓由時鐘控制電路控制，使其中一個傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸附並正常工 作，另一個傳感器單元則在最佳解析溫度下只進行解析而不工作；通過時鐘控制電路模塊 的調節，經過一定時間間隔(時間間隔的大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模 塊進行調節)後，交換兩個傳感器的工作狀態，從而始終保持一個傳感器單元吸附氣體並 正常工作，而另一個傳感器單元解析並不工作。製備方法包括以下步驟傳感器單元採用的加熱電極和叉指電極在同一個基底上；圖形製作過程為對基片進行清洗並預處理，通過磁控濺射等工藝在基片拋光的 表面濺射Pt膜，用勻膠機塗膠，在曝光機上曝光和顯影等，再進行反濺刻蝕形成加熱器電 極和叉指電極圖形，兩個叉指電極的電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電 極片的上下兩側，各自獨立且不與加熱器接觸，以保證對塗覆在叉指電極上的敏感膜加熱 效果均勻，叉指電極的叉指寬度和長度以及條數可以根據需要設計；將加熱器電極和叉指電極電焊引出後，採用旋塗、滴塗等工藝在基片表面塗覆敏 感膜。在第一傳感器單元和第二傳感器單元的加熱器電極之間加上時鐘控制電路模塊(根 據具體的吸附和解析時間的要求設計)，以便使第一傳感器單元和第二傳感器單元分別在 最佳溫度下吸附氣體和解析氣體成對出現，加熱電極在直流電壓下工作，而叉指電極作為 傳感器信號的輸出，根據敏感膜的具體特性可以以電阻、電壓以及電容輸出。
權利要求
一種快速響應的電阻式氣體傳感器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2；②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉指電極的電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器電極連接並控制每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸附並正常工作，而同時另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並且不工作；經過一定時間間隔後，兩部分傳感器單元交換工作狀態。
2.一種快速響應的電阻式氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟①對基片進行清洗並預處理，通過磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜，用勻 膠機塗膠，在曝光機上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進行反濺刻蝕形成N個傳感器單元圖形，N為偶數 且大於或者等於2，每個傳感器單元圖形都由加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉指電極的 電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立且不與加 熱器接觸；③將加熱器電極和叉指電極電焊引出後，在基片表面塗覆敏感膜，每個傳感器單元的 加熱器電極分別和時鐘控制電路模塊對應接口連接，每個傳感器單元的叉指電極作為信號 輸出端與讀出裝置或者計算機連接，所述時鐘控制電路模塊控制著每個傳感器單元的工作 狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下進行氣體吸附並正常工作，而同時另一 半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並且不工作。
3.根據權利要求2所述的快速響應的電阻式氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，所 述叉指電極作為傳感器信號的輸出端，根據敏感膜的特性通過電阻、電壓或者電容形式輸 出傳感器信號。
4.根據權利要求2所述的快速響應的電阻式氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，所 述時鐘控制電路模塊設置應與對應傳感器單元相匹配。
全文摘要
本發明公開了一種快速響應的電阻式氣體傳感器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2；②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器和兩個叉指電極構成，兩個叉指電極的電極片分別均勻地穿插在所述加熱器的呈迂折狀的電極片的上下兩側，各自獨立且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器電極連接並控制每個傳感器單元的工作狀態。該傳感器結構簡單，生產成本低，對製備工藝要求不高，有效地解決了基於敏感膜氣體吸附的電阻式傳感器在同一溫度下解析慢的缺點，增強了傳感器檢測的準確性和實時性。
文檔編號G01N27/04GK101832961SQ201010161750
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月4日 優先權日2010年5月4日
發明者孫萍, 杜曉松, 王然, 蔣亞東, 謝光忠 申請人:電子科技大學