包括具有集成加热的传感器元件的蒸气传感器制造技术

技术编号:9493949 阅读:91 留言:0更新日期:2013-12-26 04:49
本发明专利技术公开了一种蒸气传感器,所述蒸气传感器包括电容相关特性型传感器元件(110)、加热器电路元件(170)、电容相关特性型测量电路元件(180)、和至少一个开关构件(190)。所述电容相关特性型传感器元件包括介电基底(120)、第一导电电极(130)、第二导电电极(140)、以及设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极之间并且与它们接触的介电微孔材料层(150)。所述至少一个开关构件能够中断所述第一导电电极与所述加热器电路元件之间的电导通、以及所述电容相关特性型测量电路元件与所述第一导电电极之间的电导通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种蒸气传感器,所述蒸气传感器包括电容相关特性型传感器元件(110)、加热器电路元件(170)、电容相关特性型测量电路元件(180)、和至少一个开关构件(190)。所述电容相关特性型传感器元件包括介电基底(120)、第一导电电极(130)、第二导电电极(140)、以及设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极之间并且与它们接触的介电微孔材料层(150)。所述至少一个开关构件能够中断所述第一导电电极与所述加热器电路元件之间的电导通、以及所述电容相关特性型测量电路元件与所述第一导电电极之间的电导通。【专利说明】包括具有集成加热的传感器元件的蒸气传感器
本专利技术广义地涉及蒸气传感器。
技术介绍
在多个研究领域中,需要监测蒸气的存在及其在空气中的浓度。已经开发出多种用于检测蒸气(如,挥发性有机化合物(VOC))的方法,所述方法包括(例如)光离子化法、气相色谱法、重量分析技术、光谱技术(如质谱法、红外光谱法、或荧光光谱法)、和吸收感测技术。在电容传感器中,两个导电电极的电容(通常平行或交叉)随着两个电极之间的材料的介电常数的改变(归因于所存在的环境被分析物蒸气)而变化。希望从导电电极之间周期性地移除被分析物(例如,交换被分析物蒸气)。在此类情况下,可在应用电容传感器之前利用加热来蒸发被分析物。
技术实现思路
在一个方面,本专利技术提供了蒸气传感器,所述蒸气传感器包括:电容相关特性型传感器元件,所述电容相关特性型传感器元件包括:介电基底;设置在介电基底上的第一导电电极,所述第一导电电极具有第一和第二末端;第二导电电极;和包括微孔材料的介电层,所述介电层设置在第一导电电极和第二导电电极之间并且与它们接触;加热器电路元件,所述加热器电路元件具有第一和第二导电构件,其中所述第一和第二导电构件分别与所述第一导电电极的第一和第二末端可拨转中断地电导通;电容相关特性型测量电路元件,所述电容相关特性型测量电路元件具有第一和第二导电构件,其中所述电容相关特性型测量电路元件的第一导电构件与所述第一导电电极可拨转中断地电导通,并且其中所述电容相关特性型测量电路元件的第二导电构件与所述第二导电电极电导通;至少一个开关构件,其中所述至少一个开关构件能够可拨转地中断所述加热器电路元件的第一和第二导电构件与所述第一导电电极的第一和第二末端之间的电导通,其中所述至少一个开关构件能够可拨转地中断所述电容相关特性型测量电路元件的第一导电构件与所述第一导电电极之间的电导通。在一些实施例中,第一和第二导电电极以及检测层各自接触基底。在一些实施例中,第一和第二导电电极为平行的。在一些实施例中,所述至少一个开关构件能够同时可拨转地中断:加热器电路元件的第一和第二导电构件与第一导电电极的相应第一和第二末端之间的可拨转中断地电导通;和电容相关特性型测量电路元件的第一导电构件与第二导电电极之间的可拨转中断的电导通。在一些实施例中,蒸气传感器还包括靠近第一导电电极设置在介电基底上的温度传感器。在一些实施例中,蒸气传感器还包括开关控制器,其中所述开关控制器与开关构件电导通并且控制开关的操作。在这些实例中,开关控制器与温度传感器电导通。根据本专利技术的蒸气传感器可用于(例如)测量被分析物(如,挥发性有机化合物和/或湿气)的浓度。有利地,在根据本专利技术的蒸气传感器中,第一导电电极具有电容相关特性感测和作为加热元件的双重作用,从而消除对于额外的加热元件的需要并且简化蒸气传感器的设计和制造。用于本专利技术的实施过程中的传感器元件通常被构造为使得吸收性介电层足够靠近第一导电电极和第二导电电极,以至于在该层中含有的吸收性介电材料将能够与由电极建立的电场发生相互作用。在传感器元件的操作中,吸收性介电层在吸收一种或多种被分析物(例如,一种或多种有机蒸汽)时表现出电气特性的变化。电气特性可为如下所述的电容相关特性。通过在第一导电电极和第二导电电极之间赋予电荷差(例如,向该电极赋予电压差)并监测传感器元件响应于被分析物的存在的特性,可测量这种与电容相关特性的变化。术语“电容相关特性”涵盖任何电气特性及其测定过程,这种测定过程通常与施加电荷(无论是静电荷还是时变电荷)和在施加电荷期间和/或之后监测电气特性相关。例如,这种特性不仅包括电容,还包括阻抗、电感、导纳、电流、电阻、电导系数等,并且可根据本领域熟知的多种方法测量到。如本文所用,术语“吸收”是指材料变为设置在介电微孔材料内,无论其仅吸附到孔壁还是溶解到整体介电微孔材料中。如本文所用,关于材料层(如,导电电极)的术语“可渗透的”是指在存在该层的区域内,该层为足够多孔的,以使得至少一种有机化合物能够非反应性地渗透穿过其厚度(如,在25°C下)。如本文所用,术语“导电构件”是指诸如(例如)导线、金属迹线、电子组件、或它们的组合之类的导电构件。在考虑【具体实施方式】以及所附权利要求书之后,将进一步理解本专利技术的特征和优点。【专利附图】【附图说明】图1为根据本专利技术的示例性蒸气传感器100的示意性平面图;图2为图1所示的传感器元件110的示意性分解透视图;图3为根据本专利技术的示例性蒸气传感器300的示意性平面图;并且图4为图3所示的传感器元件310的示意性平面图。尽管上述各图示出了本专利技术的若干实施例,但如论述中所述,也可以构想出其他实施例。应当理解,本领域的技术人员可以设计出大量其他修改形式和实施例,这些修改形式和实施例也在本专利技术的原理的范围和精神内。附图可能并未按比例绘制。在所有附图中,相同参考标号可以用来表示相同部件。【具体实施方式】适用于本专利技术的蒸气传感器可包括多种传感器元件构型。在图1所不的一个实施例中,蒸气传感器包括具有分层电极构型的传感器兀件。现在参见图1,根据本专利技术的示例性蒸气传感器100包括电容相关特性型传感器元件110。如图2所示,电容相关特性型传感器元件110包括:介电基底120 ;设置在介电基底120上的第一导电电极130 ;第二导电电极140 ;以及设置在第一导电电极130和第二导电电极140之间并且与它们接触的介电微孔材料层150。介电基底120可包括(例如)介电材料的连续块、层、或膜。将其设置为足够靠近第一导电电极130,以使其可用于为传感器元件提供物理强度和完整性。可使用任何合适的介电材料,所述介电材料包括(例如)玻璃、陶瓷、和/或塑料。在大规模生产中,可使用聚合物膜(例如,聚酯或聚酰亚胺)。第一导电电极130可包括任何合适的导电材料。可使用作为不同层或作为混合物的不同材料(导电和/或不导电)的组合,前提条件是提供足够的整体导电性。通常,第一导电电极130具有小于约IO7欧姆/平方米的表面电阻。可用于制备第一导电电极130和/或第二导电电极140的材料的实例包括(但不限于)有机材料、无机材料、金属、合金以及包含任何或全部这些材料的各种混合物和复合物。在某些实施例中,可使用涂布(例如,热蒸镀或溅镀)金属或金属氧化物、或者它们的组合。合适的导电材料包括(例如)铝、镍、钛、锡、铟锡氧化物、金、银、钼、钯、铜、铬、碳纳米管、以及它们的组合。在某些实施例中,也可通过印刷金属墨(如,银墨或金墨)、然后干燥该墨来形成第一导电电极130。第一导电电极130具有相应的第一和第二末端134、136。第二导电电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·C·帕拉佐托J·藤格琼雅萨姆S·H·格里斯卡M·S·文德兰德
申请(专利权)人:三M创新有限公司
类型:
国别省市:

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