|
|
|
РЕЗИСТИВНЫЕ ДАТЧИКИ ВЛАЖНОСТИСопротивление многих неметаллических проводников, в основном, зависит от содержания в них воды (см. раздел 3.5.4 главы 3). На этом принципе реализуются резистивные датчики влажности или гигристоры. На рис. 13.6 отображена схема гигри-стора. В нем используется материал, обладающий сравнительно низким удельным сопротивлением, то сильно зависит от влажности окружающей среды. Слой такого материала довольно большой площади наносится сверху двух гребенчатых электродов. Когда он поглощает молекулы воды, сопротивление между электродами меняется, что регистрируется при помощи электронной схемы. 
Рис. 13.6. Схема гигристора
Первый датчик такого типа был реализован Ф.В. Данмором в
1935 году; его гигроскопическая пленка состояла из 2...5% водного раствора LiCl
[10]. В качестве пленки для гигристоров иногда применяют полистирол,
обработанный серной кислотой для получения требуемых значений поверхностного
удельного сопротивления.
Другим перспективным материалом для изготовления пленок для
гигристоров являются твердые полиэлектролиты, поскольку их электропроводность
достаточно сильно зависит от влажности. Долговременная стабильность и
воспроизводимость таких элементов может быть значительно улучшена при
использовании взаимопроникающих цепей полимеров, а также соответствующих
конструкционых материалов. При проведении измерений на частоте 1 кГц на
экспериментальном образце такой пленки было отображено, что при изменении RH от 0
до 90% ее импеданс уменьшается с 10 МОм до 100 Ом.
На рис. 13.7А отображен твердотельный датчик влажности,
реализованный на кремниевой подложке, обладающей высокой электропроводностью,
чтобы пропускать через себя ток от алюминиевого электрода, нанесенного на ее
поверхности методом вакуумного осаждения металлов. На электрод наносится слой
из оксида алюминия, сверху того формируется второй электрод из пористого
золота, не мешающего прохождению газов, но обеспечивающего хороший
электрический контакт. Слой алюминия подвергается специальной обработке для
получения пористой оксидной поверхности. Среднее поперечное сечение пор должно
быть достаточным для прохода через них молекул воды. Электрические выводы
формируются в кремниевой подложке и слое золота. Оксид алюминия, как и многие
другие материалы, при контакте со смесью газов, содержащей водяные пары,
поглощает воду. Количество поглощенных молекул воды пропорционально
парциальному давлению водяных паров и обратно пропорционально абсолютной
температуре. Оксид алюминия является диэлектрическим материалом.
Рис. 13.7. А — структура тонкопленочного датчика влажности
на основе тонких пленок из А1203, Б — упрощенная эквивалентная схема датчика
влажности; Rx и С, — переменные компоненты, реагирующие на изменение влажности;
R2 и С2 сопротивление и емкость слоя оксид алюминия, расположенного между
порами, на который вода не оказывает никакого влияния; /?3 и С3 соответсвуют
участкам оксида ниже пор, также влагонепроницаемым
Его диэлектрическая проницаемость и поверхностное удельное сопротивление зависят от количества адсорбированной воды. По этой причине этот материал может применяться для изготовления чувствительных элементов сенсоров влажности. На рис. 13.7Б отображена эквивалентная электрическая схема такого датчика [13]. Значения Rt и С, определяются средними величиными пор в оксиде алюминия и его плотностью. Они зависят о количества молекул, прошедших через поры и осевших на поверхности. R2 и С2 — это сопротивление и емкость оксида, расположенного между пор, характеристики того не зависят от уровня влаги. С3 — эквивалентная последовательная емкость, определяемая при измерении полного сопротивления компонентов в условиях сухой атмосферы на очень высоких частотах. При приближении частоты к нулю сопротивление датчика становится очень высоким (более 108 Ом). Поэтому при измерении влажности необходимо учитывать и импеданс датчика. Все остальные резистивные и емкостные элементы, существующие в датчике, не реагирующие на изменения влажности, шунтируют RlnC[, что приводит к уменьшению чувствительности преобразователя, а это, в свою очередь, вызывает снижение точности при низких значениях измеряемой величины. Поскольку отображения влажности сильно зависят от температуры, в состав датчика обычно входят: сенсор влажности, термистор и эталонный конденсатор, защищенный от влияния влаги и обладающий низким температурным коэффициентом. .
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
