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1. 陶瓷濕度傳感器構(gòu)造與原理：

陶瓷濕度傳感器又稱金屬氧化物濕度傳感器，因其感濕材料是由金屬氧化物粉末經(jīng)加壓成型、燒結(jié)而成陶瓷物。因燒結(jié)程度可得很多孔狀物，而在多孔質(zhì)表面上會(huì)吸附水蒸氣，以形成吸附層，而吸附層內(nèi)之H+離子會(huì)因水蒸氣的附著形成電流載子，當(dāng)濕度高時(shí)，吸附層之水蒸氣附著的電流容易流動(dòng)。陶瓷濕度傳感器即利用此性質(zhì)，使?jié)穸茸兓�而轉(zhuǎn)變成阻抗值變化的輸出。

以上述原理制成的陶瓷濕度傳感器有兩種。其一為加熱凈化型，其構(gòu)造如圖1 所示，它分成感測部、加熱部與基座部，其感濕材料多由Mg：Cr2O4-TiO2類的金屬氧化物所構(gòu)成，為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)。其兩面接上與感濕材料熱膨脹系數(shù)幾乎相等且強(qiáng)度大的RuO2電極，再以Pt-Ir 為電極引線，構(gòu)成濕度感測部。加熱部材料為耐熱性優(yōu)良的肯撒爾（Kanhal）合金線，為了防止因加熱引起此合金線的氧化，在線表面上涂一層氧化鋁水泥燒結(jié)而成。為增加加熱效率，因此，加熱部緊緊圍繞傳感器。上述兩部份全部都植在 Al2O3 之基座上，以引線點(diǎn)焊端子固定之。為了防止基座表面污染引起漏電，影響感濕特性，因此在底部設(shè)有保護(hù)環(huán)。為維持傳感器的靈敏度，通常使用前以450~500℃的溫度加熱數(shù)分鐘，以消除因長期使用所累積下來的OH 基使H+離子能恢復(fù)原先之活性。



圖1 陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu)

另一種則為非加熱凈化型，此類的傳感器為了防止OH基的產(chǎn)生，而在多孔質(zhì)粒子表面，被覆Pd化合物，圖3為此傳感器之構(gòu)造。



圖2 非加熱凈化型濕度傳感器的微細(xì)構(gòu)造




2. 陶瓷濕度傳感器特性：

(1)感濕特性：

如圖3 所示，為陶瓷濕度傳感器的濕度特性，于圖中可知有兩型不同特性之感濕材料，I型在低濕領(lǐng)域感度高，II型成線性特性。此兩型之濕度一電阻變化率均極大，其滯后特性小，且感濕范圍函蓋了1％RH 的低濕度到100％RH的高濕度。



圖3 陶瓷濕度傳感器感濕特性

(2)反應(yīng)速度：

一般陶瓷濕度傳感器有反應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。因此為改善其反應(yīng)速度，在其構(gòu)造上有了下列措施，必須有1μm 以下的吸濕細(xì)孔，其氣孔率約為25％~40％，使成為大表面積之多孔質(zhì)瓷器，瓷器厚度必須小到200~250μm，而瓷器兩面必須以吸去濕特性佳的 RuO2 當(dāng)電極。如圖4為其吸濕脫濕的反應(yīng)速度特性。



圖4 反應(yīng)速度特性



(3)溫度特性：

如圖5所示，為感濕材料與溫度變化的關(guān)系，由整體看來，均呈負(fù)溫度特性，一般使用至150℃亦均能測出其濕度變化情況。



圖5 感濕特性的溫度依存性

(4)動(dòng)作電壓：

外加電壓在AC5V以下時(shí), 感濕特性幾乎不受外加電壓影響，但若超過5V 以上或長時(shí)間加直流電壓，在高溫范圍內(nèi)會(huì)受到焦耳熱的影響，尤以高濕度領(lǐng)域時(shí)，此傾向愈強(qiáng)烈。

(5)加熱除污及長期變化

感濕材料吸收空氣中的水份及其它物質(zhì)，長期使用將減少其實(shí)效感濕面積及靈敏度，因此，在濕度計(jì)測以外的時(shí)間以加熱部做 450℃ 短時(shí)間加熱除污。由于短時(shí)間之加熱除污將使得濕度感測器特性維持良好狀態(tài)，就其長期變化而言，高溫負(fù)載壽命大氣中150℃約1萬小時(shí)。高溫高濕負(fù)載壽命95％RH 以上，60℃約1萬小時(shí)。結(jié)露—加熱除污循環(huán)可達(dá)25萬回。

除上列五項(xiàng)特性之外，在使用濕度傳感器時(shí)，須注意加熱凈化型不適于連續(xù)監(jiān)視，因其一次凈化之效果只維持15~30分鐘，而非加熱凈

化型之濕度傳感器，則可連續(xù)使用，但其測定環(huán)境溫度不能高于50℃，且在長時(shí)間內(nèi)不結(jié)露才可使用。