厚膜湿度传感器工作原理

厚膜湿度传感器
1. 构造与原理
厚膜湿度传感器，是最近开发出来的产品，改善了使用前加热除污的麻烦，它是利用厚膜混合IC 制作技术及电子陶质技术来制作出采用电气阻抗转换方式的传感器。这种传感器的外围尺寸为 14.7 x 21.0 x 6.0mm。图1所示者为这种传感器的结构。该感测器有两个金属厚膜的梳形电极，此两电极是生成在陶质基板上，在梳形电极的上面形成厚达10μm 的厚膜感湿层，另外在感湿层上又覆盖一层防止感湿层污染用的过滤器，一般是由多孔性高分子膜形成。此类组件的感湿层为具有多孔质结构的ZrO2 类的厚膜，其上面处理了一层碱金属以稳定阻抗值的调整过程。传感器的两极间传导介质，则是由感湿层吸着水之后，表面解离产生的氢离子担任，当湿度高时解离的氢离子增加，传感器的阻抗随即降低。

图1 厚膜湿度传感器结构外型

(1)感湿特性：
此类组件的阻抗会随着相对湿度的变化呈指数式地减少，其感湿范围在30％RH ~90％RH，图2 为GH 4007-A的典型感湿特性。（电压AC1V 频率100HZ）

图2 感湿特性

(2)反应速度
图3为25℃时的湿度反应特性。脱湿过程（90→30％RH）到达平衡的时间比吸湿过程（30→90％RH）还大，大约60秒左右，所以不适用于快速测定中。


图3 湿度反应特性

(3)温度特性
图4 所示为以湿度做参考的温度特性，在15~35℃，60％RH的时候，系数值约在0.7％RH/℃，所以温度补偿可以很容易达成。

图4 定湿下的阻抗－温度依存性

图25 频率特性

(4)动作电压
图5 所示者为阻抗、电压之依存性。当电压超过AC 5V时，阻抗变化将产生非线性之变化，所以一般标准电压均采用AC1V较多。

(5)频率特性：
图6 所示者为频率特性，在30%RH以上时，数KHz 以下几乎没有什么变化，在10％RH 时，使用频率超过100Hz 即有很大的变化，所以一般使用频率为配合感湿范围均在200~300Hz左右。

图26 阻抗的电压依存性
(6)可靠性
图7 所示者为室内放置特性，在1000小时内几乎不会有什么变化，即使到了3000小时，与初值之差异，也只不过在5％以下。

图7 室内放置特性