《传感器应用技术》课件第10章.ppt

图10-24ZnO-ZnCr2O4陶瓷湿度传感器结构（6）Mn3O4-TiO2半导体陶瓷温湿敏传感器：在氧化铝管上涂敷添加有热固性合成树脂有机溶剂的（Mn3O4）0.7TiO2）0.3，经高温烧结，即形成具有温湿敏的坚固电阻膜，其阻值较前几种烧结型陶瓷传感器都小（Rmax≈106Ω）。在膜上等间隔烧结三条银电极环，分别引出引线，再用耐热憎水性树脂覆盖其中一个敏感膜，即构成温湿敏传感器。裸露的膜感湿，覆盖的膜感温。元件具有感湿、感温负特性，感温一般不高于400℃。表10-16部分国产湿敏元件和湿敏传感器的特性参数3）薄膜型湿敏传感器（1）氧化铝薄膜电容式湿敏元件：由三氧化二铝做电介质构成的电容器，利用多孔的三氧化二铝薄膜易于吸收空气中的水蒸气，改变其本身的介电常数，从而使电容值随空气中水蒸气分压而变化。测量电容值，即可得出空气的相对湿度。氧化铝薄膜湿敏元件的结构如图10-25所示，多孔导电层A是用蒸发金膜制成的对面电极，它能使水蒸汽浸透氧化铝层；B为湿敏部分；C为绝缘层(高分子绝缘膜)；D为导线。图10-25氧化铝薄膜湿敏元件结构氧化铝薄膜电容式湿敏元件的优点是体积小；温度范围宽，从-111～20℃及从20～60℃；元件响应快；在低湿下灵敏度高，没有“冲蚀”。其缺点是对污染敏感而影响精度，高湿时精度较差，工艺复杂，老化严重，稳定性较差。采用等离子法制作的元件，稳定性有所提高，但尚需进一步在应用中考核。（2）钽电容湿敏元件：目前以铝为基础的湿敏元件在有腐蚀剂和氧化剂的环境中使用时，都不能保证长期稳定性。但以钽作为基片，利用阳极氧化法形成氧化钽多孔薄膜是一种介电常数高、电特性和化学特性较稳定的薄膜。用这种薄膜制成电容式湿敏元件可大大提高元件的长期稳定性。它是采用氧化钽为感湿材料，在钽丝阳极上氧化一层氧化钽薄膜，膜上敷一层含防水剂的二氧化锰层，作为一对电极的导电层；考虑到对油烟、灰尘等应用环境的适应性，还装有活性炭纸过滤器，使之适于测量腐蚀性气体的湿度。4.有机物及高分子聚合物湿度传感器1）胀缩性有机物湿敏元件有机纤维素具有吸湿溶胀、脱湿收缩的特性。利用这种特性，将导电的微粒或离子掺入其中作为导电材料，就可将其体积随环境湿度的变化转换为感湿材料电阻的变化。这一类湿敏元件主要有：碳湿敏元件及结露敏感元件等。（1）碳湿敏元件：它采用的感湿材料是溶胀性能较好的羟乙基纤维素（HEC）。羟乙基纤维素碳湿敏元件多采用丙烯酸塑料作为基片，采用涂刷导银漆或真空镀金、化学淀积等方法，在基片两长边的边缘上形成金属电极，然后在其上面浸涂一层由羟乙基纤维素、导电碳黑和润湿性分散剂组成的浸涂液，待溶剂蒸发后即可获得一层具有胀缩特性的感湿膜。经老化、标定后即可使用，其结构如图10-26（a）所示。图10-26羟乙基纤维素碳湿敏元件的结构与感湿特性曲线（a）结构；（b）感湿特性曲线及湿滞回线；（c）感湿特性曲线“隆起”现象（2）结露敏感元件：它是在印制梳状电极的氧化铝基片上涂以电阻式感湿膜制成的。感湿膜由新型树脂和碳粒组成。该元件呈现开关式阻值变化特性：在低湿时几乎没有感湿灵敏度，而在94％RH以上高湿时，其阻值剧增。该元件具有以下特点：①灰尘和其他气体产生的表面污染对元件的湿度特性影响很小。②能够检测并区别结露、水分等高湿状态。③由于具有急剧的开关特性，尽管滞后等因素会引起特性变化，但其工作点变动较小。④因为是导电无极化现象，因此能使用直流电压设计电路。表10-17结露敏感元件的主要技术特性2）高分子聚合物薄膜湿敏元件（1）等离子聚合法聚苯乙烯薄膜湿敏元件：用等离子聚合法聚合的聚苯乙烯因有亲水的极性基团，随环境湿度大小而吸湿或脱湿，从而引起介电常数的改变。一般的制作方法是在玻璃基片上镀上一层铝薄膜作为下电极，用等离子聚合法在铝膜上镀一层0.05μm厚的聚苯乙烯作为电容器的电介质，再在上面镀一层多孔金膜作为上电极。该类元件具有以下特点：①测湿范围宽，有的可覆盖全湿范围。②使用温度范围宽，有的可达-40～150℃。③响应速度快，有的小于1s。④尺寸小，可用于狭小空间的测湿。⑤温度系数小，有的可忽略不计。（2）醋酸纤维有机膜湿敏元件：电容式湿敏元件的感湿材料即是醋酸纤维。它是在玻璃基片上蒸发梳状全电极，作为下电极；将醋酸纤维按一定比例溶解于丙酮、乙醇（或乙