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- 濕度傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/9/10
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、硅等材料上，用絲網(wǎng)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涂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(huán)境中，因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)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(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)ε及所吸附水分子的介電常數(shù)ε受溫度影響產(chǎn)生變化外，還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點，液體的介電常數(shù)ε是一個與溫度和頻率有關的無量綱常數(shù)。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(qū)ε隨T呈上升趨勢，某些溫區(qū)ε隨T增加而下降。多數(shù)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(shù)，如聚酰亞胺在低濕時介電常數(shù)為3.0一3.8。而水分子介電常數(shù)是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后，由于水分子偶極距的存在，大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù)，這是多相介質(zhì)的復合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于ε的變化，使?jié)衩綦娙菰碾娙萘緾與相對濕度成正比。
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(zhì)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(zhì)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(shù)可達到的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數(shù)為108x10-5/℃。隨著溫度上升，介質(zhì)膜厚d增加，對C呈負貢獻值；但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對水的吸附量增加，即對C呈正值貢獻�？梢姖衩綦娙莸臏囟忍匦允芏喾N因素支配，在不同的濕度范圍溫漂不同；在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù)；不同的感濕材料溫度特性不同�？傊�，高分子濕度傳感器的溫度系數(shù)并非常數(shù)，而是個變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-10-60攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響。
比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹脂，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極，再噴鍍感濕介質(zhì)材料（如前所述）形式平整的感濕膜，再在薄膜上蒸發(fā)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(yè)領域使用，壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進一步提高。
陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點在于能耐高溫，濕度滯后，響應速度快，體積小，便于批量生產(chǎn)，但由于多孔型材質(zhì)，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(chǎn)品質(zhì)量，易受濕度影響，在低濕高溫環(huán)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(fā)和研究中，電阻式濕度傳感器應當最適用于濕度控制領域，其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優(yōu)點，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史，有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法，都應用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點尤其是穩(wěn)定性最強。
氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料，在眾多的感濕材料之中，首先被人們所注意并應用于制造濕敏器件，氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當量電導隨著溶液濃度的增加而下降。電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實現(xiàn)感濕。
氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝，以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產(chǎn)品制作不斷改進提高，產(chǎn)品性能不斷得到改善，氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的，也是最重要的性能。在產(chǎn)品制作過程中，經(jīng)過感濕混合液的配制和工藝上的嚴格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關鍵。
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