濕度傳感器簡(jiǎn)介和分類(lèi)介紹

1、濕度傳感器簡(jiǎn)介和分類(lèi)介紹1目錄一、簡(jiǎn)介二、濕度及濕度傳感器三、電解質(zhì)系濕度傳感器四、半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器五、有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器六、濕度傳感器的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向本章小結(jié)2一、簡(jiǎn)介濕度測(cè)量技術(shù) （可參濕度測(cè)量一書(shū)）濕度測(cè)量技術(shù)發(fā)展已有200多年歷史人們對(duì)濕敏元件的認(rèn)識(shí)是從1938年美國(guó)研制成功浸涂式LiCl濕敏元件才開(kāi)始的，從此以后，已有幾十種濕敏元件及傳感器應(yīng)運(yùn)而生。 3 濕度檢測(cè)的重要性濕度與科研、生產(chǎn)、人們生活、植物生長(zhǎng)有密切關(guān)系，環(huán)境的濕度具有與環(huán)境溫度同等重要意義。目前人們對(duì)濕度的重視程度遠(yuǎn)不及對(duì)溫度的重視。因此濕度測(cè)量技術(shù)的研究及其測(cè)量?jī)x器遠(yuǎn)不如溫度測(cè)量技術(shù)與儀器那樣精確與

2、完善。由于對(duì)濕度監(jiān)測(cè)不夠精確，致使大批精密儀器與機(jī)械裝置銹蝕、谷物發(fā)霉等，每年因此造成巨大損失。4二、濕度及濕度傳感器1、濕度及其表示方法2、濕度傳感器及其特性參數(shù)3、濕度傳感器的分類(lèi) 51、濕度及其表示方法 在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周?chē)拇髿饫锟偸呛谢蚨嗷蛏俚乃?大氣中含有水汽的多少，表示大氣的干、濕程度，用濕度來(lái)表示，也就是說(shuō)，濕度是表示大氣干濕程度的物理量。 大氣濕度有兩種表示方法：絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度。6、絕對(duì)溫度絕對(duì)濕度表示單位體積空氣里所含水汽的質(zhì)量，其表達(dá)式為:式中： 被測(cè)空氣的絕對(duì)濕度 MV一被測(cè)空氣中水汽的質(zhì)量 V 被測(cè)空氣的體積7、相對(duì)濕度相對(duì)濕度是氣體的

3、絕對(duì)濕度(V)與在同一溫度下，水蒸汽已達(dá)到飽和的氣體的絕對(duì)濕度(W)之比，常表示為RH其表達(dá)式為相對(duì)濕度= (V /W)100%RH根據(jù)道爾頓分壓定律，空氣中壓強(qiáng)PPa十PV(Pa為干空氣分壓，PV為濕空氣氣壓)和理想狀態(tài)方程，通過(guò)變換又可將相對(duì)濕度用分壓表示：相對(duì)濕度 (PV /PW)100% RH；式中：PV一待測(cè)氣體的水汽分壓； Pw一 同一溫度下水蒸汽的飽和水汽壓。82、濕度傳感器及其特性參數(shù)濕度傳感器是指能將濕度轉(zhuǎn)換為與其成一定比例關(guān)系的電量輸出的器件式裝置。主要特性參數(shù)有：濕度量程感濕特征量靈敏度濕度溫度系數(shù)響應(yīng)時(shí)間濕滯回線(xiàn)和濕滯回差9、濕度量程保證一個(gè)濕敏器件能夠正常工作所允許環(huán)

4、境相對(duì)濕度可以變化的最大范圍，稱(chēng)為這個(gè)濕敏元件的濕度量程。濕度量程越大，其實(shí)際使用價(jià)值越大。理想的濕敏元件的使用范圍應(yīng)當(dāng)是0100RH的全量程。10、感濕特征量 相對(duì)濕度特性曲線(xiàn)每一種濕敏元件都有其感濕特征量， 如電阻、電容、電壓、頻率等。11 感濕特性曲線(xiàn)濕敏元件的感濕特征量隨環(huán)境相對(duì)濕度變化的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為該元件的感濕特征量 相對(duì)濕度特性曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)感濕特性曲線(xiàn)。人們希望特性曲線(xiàn)應(yīng)當(dāng)在全量程上是連續(xù)的，曲線(xiàn)各處斜率相等，即特性曲線(xiàn)呈直線(xiàn)。斜率應(yīng)適當(dāng)，因?yàn)樾甭蔬^(guò)小，靈敏度降低；斜率過(guò)大，穩(wěn)定性降低，這些都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)困難。 二氧化鈦-五氧化二釩濕敏器件的感濕特性曲線(xiàn)靈敏度12 PI電容式濕度傳

5、感器濕度特性圖 13 PI電容式濕度變送器輸出特性曲線(xiàn) 14 、靈敏度定義：濕敏元件的靈敏度，就其物理含義而言，應(yīng)當(dāng) 反映相對(duì)于環(huán)境濕度的變化、元件感濕特征量的變化程度。表示法：直線(xiàn)的斜率。因此，它應(yīng)當(dāng)是濕致元件的感濕特性曲線(xiàn)斜率。在感濕特性曲線(xiàn)是直線(xiàn)的情況下，用直線(xiàn)的斜率來(lái)表示濕敏元件的靈敏度是恰當(dāng)而可行的。然而，大多數(shù)濕敏元件的感濕特性曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的在不同的相對(duì)濕度范圍內(nèi)曲線(xiàn)具有不同的斜率。因此，這就造成用濕敏元件感濕特性曲線(xiàn)的斜率來(lái)表示靈敏度的困難。15普遍采用的靈敏度的方法目前雖然關(guān)于濕敏元件靈敏度的表示方法尚未得到統(tǒng)一，但較為普遍采用的方法是用元件在不同環(huán)境濕度下的感濕特征量之比來(lái)表

6、示靈敏度。例如日本生產(chǎn)的MgCr2O4TiO2濕敏元件的靈敏度用一組電阻比R1%R20%，R1%R40%，R1%R60%，R1%R80%及R1%R100%表示，其中R1%， R20%， R40%， R60%，R80%及R100% 分別為相對(duì)濕度在1，20，40，60，80及100時(shí)濕敏元件的電阻值之比。16、濕度溫度系數(shù)濕敏元件的濕度溫度系數(shù)是表示感濕特性曲線(xiàn)隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。在不同的環(huán)境溫度下，濕敏元件的感濕特性曲線(xiàn)是不相同的，它直接給測(cè)量帶來(lái)誤差。濕敏元件的濕度溫度系數(shù)定義為；在濕敏元件感濕特征量恒定的條件下，該感濕特征量值所表示的環(huán)境相對(duì)濕度隨環(huán)境溫度的變化率。由濕敏元件的濕度

7、溫度系數(shù)值，即可得知濕敏元件由于境環(huán)溫度的變化所引起的測(cè)濕誤差。17 MgCr2O4TiO2 濕敏元件的溫度特性18 、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間反映濕敏元件在相對(duì)濕度變化時(shí)輸出特征量隨相對(duì)濕度變化的快慢程度。一般規(guī)定：響應(yīng)相對(duì)濕度變化量的時(shí)所需要的時(shí)間為響應(yīng)時(shí)間。在標(biāo)記時(shí)，應(yīng)寫(xiě)明濕度變化區(qū)的起始與終止?fàn)顟B(tài)。人們希望響應(yīng)時(shí)間快一些為好。19 K2O一Fe2O3濕度敏感器件的響應(yīng)特性曲線(xiàn)20 、濕滯回線(xiàn)和濕滯回差各種濕敏元件吸濕和脫濕的響應(yīng)時(shí)間各不相同，而且吸濕和脫濕的特性曲線(xiàn)也不相同。一般總是脫濕比吸濕遲后，我們稱(chēng)這一特性為濕滯現(xiàn)象21Mn3O4- TiO2濕敏器件在80時(shí)的濕滯回線(xiàn)濕滯回線(xiàn)定義：濕滯現(xiàn)

8、象可以用吸濕和脫濕特征曲線(xiàn)所構(gòu)成的回線(xiàn)來(lái)表示，我們稱(chēng)這一回線(xiàn)為濕滯回線(xiàn)。濕滯回差定義：在濕滯回線(xiàn)上所表示的最大量差值為濕滯回差。人們希望濕敏元件的濕滯回差越小越好。22一個(gè)理想化的濕敏器件所應(yīng)具備的性能參數(shù)使用壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好靈敏度高，感濕特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性度好使用范圍寬，濕度溫度系數(shù)小響應(yīng)時(shí)間短濕滯回差小能在有害氣氛的惡劣環(huán)境中使用器件的一致性和互換性好，易于批量生產(chǎn)器件感濕特征量應(yīng)在易測(cè)范圍以?xún)?nèi)23三、電解質(zhì)系濕度傳感器無(wú)機(jī)電解質(zhì)濕度傳感器典型的是氯化鋰濕敏元件光硬化樹(shù)脂電解質(zhì)濕敏元件 高分子電解質(zhì)濕度傳感器24 氯化鋰濕敏元件敏感機(jī)理 氯化鋰是典型的離子晶體。氯化鋰溶液中的Li+和Cl

9、+是以正、負(fù)離子形式存在。機(jī)理1：不揮發(fā)鹽（加氯化鋰）溶解于水，降低了水的蒸氣壓，同時(shí)鹽的濃度降低，電阻率增加(水的蒸氣壓越低，鹽的濃度越低，電阻率越高相對(duì)濕度越小，電阻越高）。機(jī)理2：當(dāng)溶液置于一定濕度環(huán)境中，若環(huán)境相對(duì)濕度高，氯化鋰將吸收水分而使其電離程度提高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，從而使氯化鋰濕敏元件電阻降低；反之，環(huán)境相對(duì)濕度變低氯化鋰將釋放出部分水分而使其電離程度下降，導(dǎo)電能力下降，其電阻上升；所以用氯化鋰濕敏元件可實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)濕度的測(cè)量。25 、登莫(Dunmore)式工 藝登莫式傳感器是在聚苯乙烯圓管上做出兩條相互平行的鋁引線(xiàn)作為電極，在該聚苯乙烯管上涂覆一層經(jīng)過(guò)適當(dāng)堿化處理的聚乙烯醋酸鹽

10、和氯化鋰水溶液的混合液，以形成均勻薄膜。若只采用一個(gè)傳感器件，則其檢測(cè)范圍狹窄。因此，設(shè)法將氯化鋰含量不同的幾種傳感器組合使用，使其檢測(cè)范圍能達(dá)到(20一90)的相對(duì)濕度。A為用聚苯乙烯包封的鋁管；B為用聚乙烯醋酸鹽覆蓋在A上的鋁絲。26 氯化鋰濕敏特性曲線(xiàn)27、浸漬式（1）浸漬式傳感器是在基片材料上直接浸漬氯化鋰溶液構(gòu)成的。這類(lèi)傳感器的浸漬基片材料為天然樹(shù)皮。在基片上浸漬氯化鋰溶液。這種方式與登莫式不同，它部分地避免了高濕度下所產(chǎn)生的濕敏膜的誤差。由于采用了表面積大的基片材料，并直接在基片上浸漬氯化鋰溶液，因此這種傳感器具有小型化的特點(diǎn)。它適應(yīng)于微小空間的濕度檢測(cè)。28與登莫式傳感器一樣，若

11、僅使用一個(gè)這種傳感器，則所能檢測(cè)的濕度范圍狹窄。因此，為了能夠?qū)鞲衅鞑牧纤軝z測(cè)的整個(gè)濕度范圍(20一90)的相對(duì)濕度)都能進(jìn)行檢則，就必須使用幾個(gè)特性不同(改變氯化鋰溶液濃度的器件)的傳感器。29、浸漬式(2)在這種方式的傳感器中，還有在玻璃帶上浸有氯化鋰溶液的另一類(lèi)浸漬式濕度傳感器。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：采用兩種不同氯化鋰溶液濃度的傳感器就能夠檢測(cè)出(20一80RH)的相對(duì)濕度。30如圖所示，阻值的對(duì)數(shù)與相對(duì)濕度(5085)RH成線(xiàn)性關(guān)系;同樣，若僅采用一支傳感器,則所能檢口的濕度范圍也較窄.應(yīng)設(shè)法用(1-1.5)不同濃度的氯化鋰來(lái)檢測(cè)(4080)RH范圍的濕度。這樣就能完成整(2080)

12、RH濕度范圍的檢測(cè)。玻璃帶上浸LiCl的濕度傳感器的 感濕特性曲線(xiàn)31 、光硬化樹(shù)脂電解質(zhì)濕敏元件 將樹(shù)脂、氯化理、感光劑和水按一定比例配成膠體溶液，浸涂在蒸鍍有電極的塑料基片上，干燥后放置在紫外線(xiàn)下、助膜劑曝光并熱處理，即可形成耐溫耐濕的感濕膜。它可在80溫度下使用，并且有較好助耐水性，不怕“沖蝕”，從而提高了元件的性能。32332.高分子電解質(zhì)濕度傳感器 、聚苯乙烯磺酸鋰濕敏元件 、有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件 、聚苯乙烯磺酸銨濕敏元件34、聚苯乙烯磺酸鋰濕敏元件此類(lèi)元件是用聚苯乙烯作為基片，其表面用硫酸進(jìn)行磺化處理，引入磺酸基團(tuán)(-SO4H-)，形成具有共價(jià)鍵結(jié)合的磁化聚苯乙烯親水層。

13、為了提高濕敏元件的感濕特性，再引入氯化鋰溶液中，通過(guò)離子交換Li置換出磺酸基團(tuán)中的氫離子H，形成磺酸鋰感濕層，最后，在感濕層表面再印刷上多孔性電極。35在整個(gè)相對(duì)濕度范圍內(nèi)元件均在感濕特性，并且其阻值與相對(duì)濕度的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上基本為一直線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明，元件的感濕特性與基片表面的磺化時(shí)間密切相關(guān)，亦即與親水性的離子交換樹(shù)脂的性能有關(guān)。元件的濕滯回差亦較理想，在阻值相同的情況下，吸濕和脫濕時(shí)濕度指示的最大差值為(34)RH。36 對(duì)濕敏元件進(jìn)行抗水浸性能的試驗(yàn)(水浸兩小時(shí))結(jié)果如圖所示，水浸后元件阻值略有提高，在低濕段較為明顯。37 溫度特性3839、有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件該類(lèi)高分子濕度傳

14、感器的感濕材料即是含有氯化季銨鹽的高分子聚合物丙烯酸酯，該材料是一種離子導(dǎo)電的高分子材料。40 有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件感濕原理其感濕原理為：大氣中增加的濕度越大，則感濕膜被電離的程度就越大，電極間的電阻值也就越小，電阻值的變化與相對(duì)濕度的變化成指數(shù)關(guān)系。41有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件的主要參數(shù)精度（%RH)工作溫度范圍（C）測(cè)濕范圍（%RH)滯后（%RH)響應(yīng)時(shí)間()額定功率（mv)額定電壓（V)額定電流（mA)23-20+602099.9 2300.31.5(AC)0.242 、聚苯乙烯磺酸銨濕敏元件聚苯乙烯磺酸銨元件是在氧化鋁基片上印刷梳狀金電極，然后涂覆加有交聯(lián)劑的苯乙烯磺酸

15、銨溶液，之后，用紫外線(xiàn)光照射，苯乙烯磺酸銨交聯(lián)、聚合，形成體形高分子，再加保護(hù)膜，形成具有復(fù)膜結(jié)構(gòu)的感濕元件。該元件測(cè)濕范圍為(30100)RH；溫度系數(shù)為-0.6%RH；具有優(yōu)良的耐水性，耐煙草性，一致性好。43 四、半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器按其制作工藝分類(lèi)：涂覆膜型燒結(jié)體型薄膜型MOS型441、涂覆膜型此類(lèi)濕度敏感元件是把感濕粉料(金屬氧化物)調(diào)漿，涂覆在已制好的梳狀電極或平行電極的滑石瓷、氧化鋁或玻璃等基板上。四氧化三鐵、五氧化二釩及三氧化二鋁等濕敏元件均屬此類(lèi)。其中比較典型是性能較好的是四氧化三鐵濕敏元件。45 涂覆膜型Fe 3O4濕敏元件工藝： 一般采用滑石瓷作為元件的基片。在基片上用

16、絲網(wǎng)印刷工藝印刷梳狀金電極。將純凈的黑色Fe 3O4膠粒，用水調(diào)制成適當(dāng)粘度的漿料，然后用筆涂或噴霧在已有金電極的基片上，經(jīng)低溫烘干后，引出電極即可使用。46 Fe 3O4濕敏元件構(gòu)造47 Fe 3O4濕敏元件濕度濕滯曲線(xiàn)元件的濕滯現(xiàn)象在高濕較為明顯、最大濕滯回差約為土4%RH，可以滿(mǎn)足民用的要求. 48 Fe 3O4濕敏元件的響應(yīng)時(shí)間49 2、燒結(jié)體型工藝特點(diǎn)代表性產(chǎn)品50工 藝這類(lèi)元件的感濕體是通過(guò)典型的陶瓷工藝制成的。即將顆粒大小處于一定范圍的陶瓷粉料外加利于成型的結(jié)合劑和增塑劑等,用壓力軋膜，流延或注漿等方法成型，然后在適合的燒成條件下，于規(guī)定的溫度和氣氛下燒成，待冷卻清洗，檢選合格產(chǎn)

17、品送去被復(fù)電極，裝好引線(xiàn)后，就可得到滿(mǎn)意的陶瓷濕敏元件。51 特 點(diǎn)這類(lèi)元件的可靠性、重現(xiàn)性等均比涂覆元件好，而且是體積導(dǎo)電，不存在表面漏電流，元件結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。52 代表性產(chǎn)品這是一類(lèi)十分有發(fā)展前途的濕敏元件，其中較為成熟，且具有代表性的是：鉻酸鎂一二氧化鈦(MgCr2O4TiO2)陶瓷濕敏元件，五氧化二釩一二氧化鈦(V 2O5TiO2)陶瓷濕敏元件、羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH) 2)陶瓷濕敏元件及氧化鋅一三氧化二鉻(ZnOCr2O3)陶瓷濕敏元件等。53、 MgCr2O4TiO2陶瓷溫敏元件(MCT型)在MgCr2O4TiO2陶瓷片的兩面,設(shè)置高孔金電極，并用摻金玻璃粉將引出線(xiàn)與

18、金電極燒結(jié)在一起。在半導(dǎo)體陶瓷片的外面,安放一個(gè)由鎳鉛絲燒制而成的加熱清洗圈(又稱(chēng)Kathal加熱器)，以便對(duì)元件進(jìn)行經(jīng)常加熱清洗，排除有害氣氛對(duì)元件的污染。54元件安放在一種高度致密的、疏水性的陶瓷底片上。為消除底座上測(cè)量電極2和3之間由于吸濕和沾污而引起的漏電在電極2和3的四周設(shè)置了金短路環(huán).55MgCr2O4TiO2半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件感濕機(jī)理 感濕機(jī)理(一般認(rèn)為)是：利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對(duì)水分子進(jìn)行吸濕或脫濕使電極間電阻值隨相對(duì)濕度成指數(shù)變化。56MgCr2O4TiO2濕敏元件感濕特性及特點(diǎn)體積小，測(cè)濕范圍寬，一片即可測(cè)(1100)RH，并可用于高溫環(huán)境(150)，最高承受溫度可達(dá)6

19、00；能用電熱反復(fù)進(jìn)行清洗除掉吸附在陶瓷上的油霧、灰塵、鹽、酸、氣溶膠或其它污染物，以保持精度不變；響應(yīng)速度快(一般不超過(guò)20s)；長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。該類(lèi)濕敏元件的特點(diǎn)57 、五氧化二釩一二氧化鈦(V 2O5TiO2)陶瓷濕敏元件 V 2O5TiO2 陶瓷濕敏元件系陶瓷多孔質(zhì)燒結(jié)體，是利用體積吸附水汽現(xiàn)象的濕敏元件、元件內(nèi)部的兩根白金絲電極包埋在線(xiàn)圈內(nèi)，通過(guò)測(cè)定電極間的電阻檢測(cè)濕度。這類(lèi)元件的特點(diǎn)是：測(cè)濕范圍寬，能夠耐高溫，響應(yīng)時(shí)間短；缺點(diǎn)是這類(lèi)元件容易發(fā)生漂移，漂移量與相對(duì)濕度成比例。58 、羥基磷灰石陶瓷濕敏元件羥基磷灰石陶瓷濕敏元件是國(guó)外研究得比較多的磷灰石系陶瓷濕敏元件。羥基的存在有利于提

20、高元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性當(dāng)在54RH和100RH濕度下，以每5min加熱30s(450)的周期進(jìn)行4000次熱循環(huán)試驗(yàn)后，其誤差僅為3.5RH59、氧化鋅-三氧化二鉻陶瓷濕敏元件上面介紹的幾種燒結(jié)型陶瓷濕敏元件均需要加熱清洗去污。這樣在通電加熱及加熱后，延時(shí)冷卻這段時(shí)間內(nèi)元件不能使用，因此，測(cè)濕是斷續(xù)的。這在某些場(chǎng)合下是不允許的；為此、國(guó)外已研制出不用電熱清洗的陶瓷濕敏元件； ZnOCr2O3陶瓷濕敏元件就是其中的一種。特點(diǎn)： 該濕敏元件的電阻率幾乎不隨溫度改變，老化現(xiàn)象很小，長(zhǎng)期使用后電阻率變化只有百分之幾；元件的響應(yīng)速度快，(0一100)RH時(shí)，約10s；濕度變化土20時(shí)，響應(yīng)時(shí)間僅2s；吸濕和

21、脫濕時(shí)幾乎沒(méi)有濕滯現(xiàn)象。60 3、薄膜型 、氧化鋁薄膜濕敏元件 、鉭電容敏感元件61 、氧化鋁薄膜濕敏元件特點(diǎn)：電容式該濕敏元件測(cè)濕的原理主要是多孔的三氧化二鋁薄膜易于吸收空氣中的水蒸氣，從而改變了其本身的介電常數(shù)，這樣由三氧化二鋁做電介質(zhì)構(gòu)成的電容器的電容值，將隨空氣中水蒸氣分壓而變化。測(cè)量電容位，即可得出空氣的相對(duì)濕度。優(yōu)點(diǎn)：體積小，工作溫度范圍寬(從-111+20及從+20 +60)，元件響應(yīng)快,在低濕下靈敏度高，沒(méi)有“沖蝕”；缺點(diǎn)：對(duì)污染敏感而影響精度，高濕時(shí)精度較差，工藝復(fù)雜，老化嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差。采用等離子法制作的元件，穩(wěn)定性有所提高，但尚待進(jìn)一步在應(yīng)用中考核。62氧化鋁薄膜濕敏濕

22、度傳感器多孔導(dǎo)電層A:是用蒸發(fā)金膜制成的對(duì)面電極,它能使水蒸汽浸透氧化鋁層B:為濕敏部分C:為絕緣層(高分子絕緣膜)；D:為導(dǎo)線(xiàn)。63 、鉭電容敏感元件目前以鉭為基礎(chǔ)的濕敏元件在有腐蝕劑和氧化劑的環(huán)境中使用時(shí)，都不能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性。但以鉭作為基片，利用陽(yáng)極氧化法形成氧化鉭多孔薄膜是一種介電常數(shù)高、電特性和化學(xué)特性較穩(wěn)定的薄膜。以此薄膜制成電容式濕敏元件可大大提高元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。電容式濕敏元件就是采用氧化物為感濕材料的。制作工藝：它是在鉭絲上陽(yáng)極氧化一層氧化鉭薄膜；膜上還有一層含防水劑的二氧化錳層，做為一對(duì)電極的導(dǎo)電層：考慮到對(duì)油煙、灰塵等應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性，還裝有活性炭紙過(guò)濾器，使之適于測(cè)量腐

23、蝕件氣體的濕度。64 五、有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器1、脹縮性有機(jī)物濕敏元件2、高分子聚合物薄膜濕敏元件65 1、脹縮性有機(jī)物濕敏元件有機(jī)纖維素具有吸濕溶脹、脫濕收縮的特性。利用這種特性，將導(dǎo)電的微粒或離子摻入其中作為導(dǎo)電材料，就可將其體積隨環(huán)境濕度的變化轉(zhuǎn)換為感濕材料電阻的變化。這一類(lèi)濕敏元件主要有：碳濕敏元件及結(jié)露敏感元件（后面介紹）等。66 、碳濕敏元件碳濕敏元件采用的感濕材料是溶脹性能較好的羥乙基纖維素(HEC)。工藝：羥乙基纖維素碳濕敏元件多采用丙烯酸塑料作為基片，采用涂刷導(dǎo)銀漆或真空鍍金、化學(xué)淀積等方法，在基片兩長(zhǎng)邊的邊緣上形成金屬電極，然后，再在其上浸涂一層由羥乙基纖維素、導(dǎo)

24、電碳黑和潤(rùn)濕性分散劑組成的浸涂液，待溶劑蒸發(fā)后即可獲得一層具有脹縮特性的感濕膜。經(jīng)老化、標(biāo)定后即可使用。67羥乙基纖維素碳濕敏感元件敏感功能結(jié)構(gòu)68 羥乙基纖維素碳濕敏感元件的感濕特性曲線(xiàn)69羥乙基纖維素碳濕敏感元件的感濕特性曲線(xiàn)的“隆起”現(xiàn)象這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于混入浸涂液中的離子性雜質(zhì)所引起的。實(shí)踐證明，在干燥和超凈條件下制得的元件，曲線(xiàn)的“隆起”現(xiàn)象就極其輕微。曲線(xiàn)B為在正常批量生產(chǎn)中元件的感濕特性曲線(xiàn)；曲線(xiàn)C是在高濕和離子污染較重的條件所得到元件的感濕特性曲線(xiàn)， “隆起”現(xiàn)象明顯。曲線(xiàn)A是理想的元件所應(yīng)具有的感濕特性曲線(xiàn)；70 、結(jié)露敏感元件該元件是在印制梳狀電極的氧化鋁基片上涂以電阻式

25、感濕膜，感濕膜由新型樹(shù)脂和碳粒組成。該元件具有獨(dú)特的性能：在低濕時(shí)幾乎沒(méi)有感濕靈敏度，而在高濕(94RH以上)時(shí)，其阻值劇增，呈現(xiàn)開(kāi)關(guān)式阻值變化特性。71 該元件的特點(diǎn)為：A、即使在使用中有灰塵和其它氣體產(chǎn)生的表面污染，對(duì)元件的濕度特性影響很?。籅、能夠檢測(cè)并區(qū)別結(jié)露、水分等高濕狀態(tài)；C、盡管存在滯后等因素會(huì)引起特性變化， 但由于具有急劇的開(kāi)關(guān)特性，故工作點(diǎn)變動(dòng)較??；D、能使用直流電壓設(shè)計(jì)電路，因?yàn)槭菍?dǎo)電無(wú)極化現(xiàn)象，故可用直流電源。72 結(jié)露敏感元件主要技術(shù)特性該元件被大量應(yīng)用于檢測(cè)磁帶機(jī)、照像機(jī)結(jié)露及小汽車(chē)玻璃窗除露等。732、高分子聚合物薄膜濕敏元件電容式 這是70年代新發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)比較

26、理想的濕敏元件。作為感濕材料的高分子聚合物能隨周?chē)h(huán)境的相對(duì)濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。因?yàn)檫@類(lèi)高分子大多是具有較小電介常數(shù)(r27)的電介質(zhì)，而水分子偶極矩的存在大大提高了聚合物的介電常數(shù)(r 83)。因此將此類(lèi)特性的高分子電介質(zhì)做成電容器，測(cè)定其電容量的變化，即可得出環(huán)境相對(duì)濕度。74、等離子聚合法聚苯乙烯薄膜濕敏元件用等離子聚合法聚合的聚苯乙烯因有親水的極性基團(tuán)。隨環(huán)境濕度大小而吸濕或脫濕而引起介電常數(shù)的改變。制作方法：在玻璃基片上鍍上一層鋁薄膜作為下電極，用等離子聚合法在鋁膜上鍍一層(0.05m)聚苯乙烯作為電容器的電介質(zhì)再在其上層多孔金膜做為上電極該類(lèi)元件的特點(diǎn)是測(cè)濕范圍寬有的可覆蓋全濕范圍；使用溫度范圍寬，有的可達(dá)-40+150；響應(yīng)速度快，有的小于1s；尺寸小可用于狹小空間的測(cè)濕；溫度系數(shù)小，有的可忽略不計(jì)。75 、醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件電容式濕敏元件的感濕材料即是醋酸纖維。制作工藝：在玻璃基片上蒸發(fā)梳狀金電極，作為下電極將醋酸纖維按一定比例溶解于丙酮、乙醇(或乙醚)溶液中配成感濕溶液然后通過(guò)浸漬或涂覆的方法，在基片上附著一層(0.5m)感濕膜再用蒸發(fā)工藝制成上電極，其厚度為20m左右。這種濕敏元件響應(yīng)