设为首页 | 会员中心
838电子

公告:

本站最新推出MARKING

贴片丝印带码查询功能

.

您当前的位置:首页 > 自动化 > 测量与控制技术

陶瓷湿度传感器工作原理

发布时间:2010-02-20 19:26:12  来源:资料室    作者:   更新20171217 130422

1. 构造与原理:
陶瓷湿度传感器又称金属氧化物湿度传感器,因其感湿材料是由金属氧化物粉末经加压成型、烧结而成陶瓷物。因烧结程度可得很多孔状物,而在多孔质表面上会吸附水蒸气,以形成吸附层,而吸附层内之H+离子会因水蒸气的附着形成电流载子,当湿度高时,吸附层之水蒸气附着的电流容易流动。陶瓷湿度传感器即利用此性质,使湿度变化而转变成阻抗值变化的输出。

以上述原理制成的陶瓷湿度传感器有两种。其一为加热净化型,其构造如图1 所示,它分成感测部、加热部与基座部,其感湿材料多由Mg:Cr2O4-TiO2类的金属氧化物所构成,为多孔质结构。其两面接上与感湿材料热膨胀系数几乎相等且强度大的RuO2电极,再以Pt-Ir 为电极引线,构成湿度感测部。加热部材料为耐热性优良的肯撒尔(Kanhal)合金线,为了防止因加热引起此合金线的氧化,在线表面上涂一层氧化铝水泥烧结而成。为增加加热效率,因此,加热部紧紧围绕传感器。上述两部份全部都植在 Al2O3 之基座上,以引线点焊端子固定之。为了防止基座表面污染引起漏电,影响感湿特性,因此在底部设有保护环。为维持传感器的灵敏度,通常使用前以450~500℃的温度加热数分钟,以消除因长期使用所累积下来的OH 基使H+离子能恢复原先之活性。


图1 陶瓷湿度传感器结构
另一种则为非加热净化型,此类的传感器为了防止OH基的产生,而在多孔质粒子表面,被覆Pd化合物,图3为此传感器之构造。


   图2 非加热净化型湿度传感器的微细构造

2. 特性:
(1)感湿特性:
如图3 所示,为陶瓷湿度传感器的湿度特性,于图中可知有两型不同特性之感湿材料,I型在低湿领域感度高,II型成线性特性。此两型之湿度一电阻变化率均极大,其滞后特性小,且感湿范围函盖了1%RH 的低湿度到100%RH的高湿度。



图3 陶瓷湿度传感器感湿特性
(2)反应速度:
一般陶瓷湿度传感器有反应速度慢的缺点。因此为改善其反应速度,在其构造上有了下列措施,必须有1μm 以下的吸湿细孔,其气孔率约为25%~40%,使成为大表面积之多孔质瓷器,瓷器厚度必须小到200~250μm,而瓷器两面必须以吸去湿特性佳的 RuO2 当电极。如图4为其吸湿脱湿的反应速度特性。



图4 反应速度特性

(3)温度特性:
如图5所示,为感湿材料与温度变化的关系,由整体看来,均呈负温度特性,一般使用至150℃亦均能测出其湿度变化情况。


图5 感湿特性的温度依存性
(4)动作电压:
外加电压在AC5V以下时, 感湿特性几乎不受外加电压影响,但若超过5V 以上或长时间加直流电压,在高温范围内会受到焦耳热的影响,尤以高湿度领域时,此倾向愈强烈。
(5)加热除污及长期变化
感湿材料吸收空气中的水份及其它物质,长期使用将减少其实效感湿面积及灵敏度,因此,在湿度计测以外的时间以加热部做 450℃ 短时间加热除污。由于短时间之加热除污将使得湿度感测器特性维持良好状态,就其长期变化而言,高温负载寿命大气中150℃约1万小时。高温高湿负载寿命95%RH 以上,60℃约1万小时。结露—加热除污循环可达25万回。

除上列五项特性之外,在使用湿度传感器时,须注意加热净化型不适于连续监视,因其一次净化之效果只维持15~30分钟,而非加热净
化型之湿度传感器,则可连续使用,但其测定环境温度不能高于50℃,且在长时间内不结露才可使用。

特性-结构


来顶一下
近回首页
返回首页
分享到:
发表评论

 共有人参与,请您也说几句看法

 
   验证码: 看不清楚,点击刷新 看不清楚,点击刷新