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浅谈有关陶瓷湿敏传感器的构成与应用
发布时间: 2020-08-25 10:37 | 【 【打印】【关闭】

  合适的湿度对于生物、人类生活和生产都是十分重要的。过高的湿度易使衣料、纸张、烟草、食品等霉坏变质;致使精密仪器失灵敏度降低,甚至因绝缘霉变而毁坏;机械、兵器、设备生锈,弹药失效等。相反,空气中湿度过低形成干燥环境也会使木材开裂、制品材质变脆、培养的细菌和其他微生物枯死等现象产生。所以科学的测量和控制湿度,对于工业生产、气象、环保、医疗、食品工业、货物储存、国防等都有十分重要的意义。

  在测量湿度这块,早年有毛发湿度计、干湿球湿度计等,后来出现了采用电阻型湿度计,不过缺陷在于仪器灵敏度低,适用范围受限,无法满足现代科学技术发展的要求。而陶瓷湿敏传感器的出现则很好的克服了这些问题,为现代湿度检测和控制领域开拓了新的途径。

  按照所测环境湿度的不同,湿敏电阻大致可分为三大类: 

  ①高湿型。适于相对湿度(RH,Relative Humidity)大于70%的环境。其中的一个特例是结露传感器,湿度达到100%

  ②低湿型。适于RH小于40%的环境

  ③全湿型。适于RH在0~100%的整个范围。

  湿敏陶瓷的特性指标主要有: 

  ①灵敏度(湿敏性)。通常以相对湿度变化1%时阻值变化的百分率表示,写为%/%RH。湿敏电阻要求较高的灵敏度,但过高的灵敏度会使仪表量程过窄,带来不便。

  ②响应速率。响应速率是指环境变化后到元件阻值发生变化之间所需的时间,最快的不到1秒。最慢的可达数十分钟。从使用要求上讲,当然是越快越好。

  ③分辨率。分辨率与灵敏度和响应速率相关,用相对湿度的百分数表示。

  ④温度特性。温度特性是指温度每变化1℃时,元件阻值的变化相当于多少“%RH”的变化。

  1.陶瓷湿敏传感器的构成 

  陶瓷湿敏传感器由金属氧化物陶瓷构成,分离子型和电子型两类。

  ①离子型湿敏元件是由绝缘材料制成的多孔陶瓷元件。由于水分子在微孔中的物理吸附作用,在湿空气中呈现H ,使元件的电导率增加,主要成分分两种α-Fe2O3及K2CO3和ZnO.V2O5.LI2O。陶瓷湿度传感器在低湿段电阻随湿度阻值变化较大,在40%-80%RH范围内,线性度比较好,高湿段则变化过小,可见陶瓷湿度传感器在常湿状态下具有较好的特性曲线,而在高湿段,低湿段曲线发生畸变,非线性比较明显。陶瓷湿敏元件的感湿特性还受到温度变化的影响,温度补偿对测量精度是重要的。

  ②电子型湿敏传感器主要有氧化铝、一氧化镁合成陶瓷湿度传感器元件电导率的增加和减少,利用分子在氧化物表面上的化学吸附作用而成,N型半导体,P型半导体氧化物反应出正湿度特性和负湿度特性。氧化铝和一氧化镁湿度传感器,在700℃以下温度下可以进行湿度测量而比较稳定。但结构复杂,需要加热光栅加热至700℃,耗电大使用条件苛刻,价格昂贵,还要防止空气流速变动所引的特性改变,不易在工业领域普及使用。

  陶瓷湿敏传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点在于湿度滞后,吸附水蒸气能力强且灵敏度高,物理化学性能稳定;响应速度快;体积小,便于批量生产;可加热清洗,有利于在恶劣环境下工作。但由于多孔型材质,对尘埃影响很大,日常维护频繁,时常需要电加热加以清洗易影响产品质量,易受湿度影响,在低湿高温环境下线性度差,特别是使用寿命短,长期可靠性差,是此类湿度传感器迫切解决的问题。

  2.陶瓷湿敏传感器的应用 

  陶瓷湿敏传感器已广泛应用于各类机具中,例如湿度计、空调器、增湿机、去湿机、微波炉等。其应用领域及用途可见表1所示。

  表1.陶瓷湿敏传感器的主要应用领域及用途

  

 

    文章来源:CERADIR特种陶瓷资讯、新材料网

 

 

  

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