Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

Mikrosenzory a mikromechanické systémy 53Výhodou takovéhoto senzoru je jeho jednoduchost a nízké náklady (na elektrody nenípotřeba používat speciálních past). Nevýhodou je nutnost umístění bimetalového proužku doblízkosti substrátu, což představuje montážní operaci navíc. Teplotní rozsah a přesnost tohotosenzoru záleží na vlastnostech bimetalového proužku a na geometrickém uspořádání celéhokondenzátoru. Hlavní vliv má velikost a tvar elektrod a vzdálenost bimetalového proužku odsubstrátu (mezera představující vzduchové dielektrikum). Čím bude mezera menší, tím budemít senzor větší přesnost, ale zároveň se sníží jeho měřicí rozsah, a naopak.Dalším příkladem využití kapacitního principu je kapacitní tlustovrstvý senzor proměření atmosférického tlaku. Struktura je obdobná jako u senzoru teploty s bimetalovouelektrodou. Jedna elektroda realizována na keramickém substrátu a druhá elektroda jeumístěna mimo substrát. První uspořádání zobrazené na využívá pružné kovové membránysenzoru realizovaného přímo na substrátu (alternativou může být dielektrická pružnámembrána s nanesenou vodivou vrstvou). Druhá varianta využívá běžný aneroid umístěnýnad substrátem. Toto druhé zapojení je sice velice jednoduché, ale jeho přesnost je omezená,stejně tak jako rozsah měřeného tlaku.vodivá membránavakuumatmosférickýtlakaneroidatmosférickýtlakTLV elektrodaTLV elektrodaObrázek 6.13:Senzory atmosférického tlaku v zapojení s kapacitním převodem změnyatmosférického tlaku na elektrický signál.Pro tvorbu elektrod se používá běžných vodivých past. Většinou jsou to pasty na báziAg, které jsou levnější, ale konkrétní volba materiálu vždy záleží na předpokládané aplikaci.Jako poslední příklad je uveden kapacitní senzor vlhkosti se změnou permitivitydielektrika. Vlhkostní senzory kapacitního typu využívají toho, že sorpce molekul s vysokýmdipólovým momentem, jako je voda, vede ke změně dielektrické konstanty jinak nízképermitivity polymerních vrstev. Se změnou vlhkosti se změní i vlastnosti dielektrické vrstvy atím dojde i ke změně kapacity senzoru, která se následně vyhodnotí.Uspořádání senzoru se skládá z vrstvy vhodného polymerního dielektrika, které seumístí mezi dvě vodivé vrstvy, které tvoří elektrody. Uspořádání musí dovolovat přístupvlhkosti k polymerní vrstvě. To je důvodem využití tzv. interdigitální struktura, která siceumožňuje tvorbu jen malých kapacit, ale nabízí možnost vystavení velké plochy citlivéhopolymeru působení okolí.Kapacitního polymerní senzoru vlhkosti vyráběný firmou Vaisala je zobrazen na(Obrázek 6.14). Jedná se tenkovrstvý senzor, jehož spodní dvojice elektrod je nanesena naskleněný substrát napařováním iridia. Přes elektrody je potom na povrch nanesen ve formětenkého dielektrika citlivého na vlhkost acetát celulózy rozpuštěný v ethylen dichloridu.Horní vrstvu tvoří zlatá elektroda, která je dostatečně tenká a porézní, aby umožnila rychlýpřenos vlhkosti. Horní elektroda plní funkci společné opačné elektrody oběma spodnímelektrodám. Kapacita je přibližně přímo úměrná okolní vlhkosti. Senzor vykazuje hystereziméně než 2% RH a 90% časová odezva je menší než 1s.