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濕度傳感器資訊
添加時間:2015-12-07

高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、矽等材料上,用絲網漏印或真空鍍膜工藝做出電極,再用浸漬或其它辦法將感濕膠塗覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對濕度的大氣環境中,因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現規律性變化,此即為濕度傳感器的基本機理。影響高分子電容型元件的溫度特性,除作為介質的高分子聚合物的介質常數ε及所吸附水分子的介電常數ε受溫度影響產生變化外,還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數影響而產生變化等因素。根據德拜理論的觀點,液體的介電常數ε是壹個與溫度和頻率有關的無量綱常數。水分子的ε在T=5℃時為78.36,在T=20℃時為79.63。有機物ε與溫度的關系因材料而異,且不完全遵從正比關系。在某些溫區ε隨T呈上升趨勢,某些溫區ε隨T增加而下降。多數文獻在對高分子濕敏電容元件感濕機理的分析中認為:高分子聚合物具有較小的介電常數,如聚酰亞胺在低濕時介電常數為3.0壹3.8。而水分子介電常數是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質在吸濕後,由於水分子偶極距的存在,大大提高了吸水異質層的介電常數,這是多相介質的復合介電常數具有加和性決定的。由於ε的變化,使濕敏電容元件的電容量C與相對濕度成正比。在設計和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器,高分子介質膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關。溫度變化所引起的介質幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數可達到的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數為108x10-5/℃。隨著溫度上升,介質膜厚d增加,對C呈負貢獻值;但感濕膜的膨脹又使介質對水的吸附量增加,即對C呈正值貢獻。可見濕敏電容的溫度特性受多種因素支配,在不同的濕度範圍溫漂不同;在不同的溫區呈不同的溫度系數;不同的感濕材料溫度特性不同。總之,高分子濕度傳感器的溫度系數並非常數,而是個變量。所以通常傳感器生產廠家能在-10-60攝氏度範圍內是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響。

  比較優質的產品主要使用聚酰胺樹脂,產品結構概要為在硼矽玻璃或藍寶石襯底上真空蒸發制作金電極,再噴鍍感濕介質材料(如前所述)形式平整的感濕膜,再在薄膜上蒸發上金電極。濕敏元件的電容值與相對濕度成正比關系,線性度約±2%。雖然,測濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想,在工業領域使用,壽命、耐溫性和穩定性、抗腐蝕能力都有待於進壹步提高。

  陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發展的壹種新型傳感器。優點在於能耐高溫,濕度滯後,響應速度快,體積小,便於批量生產,但由於多孔型材質,對塵埃影響很大,日常維護頻繁,時常需要電加熱加以清洗易影響產品質量,易受濕度影響,在低濕高溫環境下線性度差,特別是使用壽命短,長期可靠性差,是此類濕敏傳感器迫切解決的問題。

  當前在濕敏元件的開發和研究中,電阻式濕度傳感器應當最適用於濕度控制領域,其代表產品氯化鋰濕度傳感器具有穩定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優點,氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產和研究的歷史,有著多種多樣的產品型式和制作方法,都應用了氯化鋰感濕液具備的各種優點尤其是穩定性最強。

  氯化鋰濕敏器件屬於電解質感濕性材料,在眾多的感濕材料之中,首先被人們所註意並應用於制造濕敏器件,氯化鋰電解質感濕液依據當量電導隨著溶液濃度的增加而下降。電解質溶解於水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實現感濕。

  氯化鋰濕敏器件的襯底結構分柱狀和梳妝,以氯化鋰聚乙烯醇塗覆為主要成份的感濕液和制作金質電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產品制作不斷改進提高,產品性能不斷得到改善,氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩定性是其它感濕材料不可替代的,也是濕度傳感器最重要的性能。在產品制作過程中,經過感濕混合液的配制和工藝上的嚴格控制是保持和發揮這壹特性的關鍵。