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費斯托FESTO傳感器的工作原理
點擊次數(shù)：605 發(fā)布時間：2010-7-5
傳感器在人們生活中扮演著重要的角色。濕度傳感器的種類很多，它們的工作機理又是什么樣的呢？又各有什么樣的優(yōu)缺點，我們該如何改善呢？
濕度傳感器的感濕機理主要是水分子在陶瓷顆粒表面的作用過程，水分子在其表面吸附，使半導體陶瓷介電常數(shù)隨濕度變化而變化。但在感濕中既有化學吸附，也有物理吸附；既要考慮電子過程，也不能忽視離子電導。電子，質子（離子）導電感濕理論認為：水分子在濕敏陶瓷表面和晶界處的化學吸附和物理吸附降低了表面和晶界電阻。使?jié)穸葌鞲衅鞯目傠娮桦S濕度增大而降低。在低濕時，水分子以化學吸附為主，陶瓷主要靠電子或空穴導電；高濕時，水分子以物理吸附為主，陶瓷主要靠質子和離子導電；在中濕時，水分子的化學吸附和物理吸附都具有重要作用，隨著濕度增大，水分子的吸附由化學吸附為主轉向物理吸附為主，導電則由電子或空穴導電為主轉向質子和離子導電為主。電子，質子（離子）導電感濕理論是目前*的在解釋陶瓷感濕機理方面比較成功的模型，比較符合實際，被人們普遍接受。
濕度傳感器的元件在使用過程中性能的漂移是由濕敏陶瓷的微觀結構和元件結構的變化引起的。濕敏陶瓷表面和晶界的能態(tài)比內部和晶粒高，對水分子和其它污染物易產生化學吸附。陶瓷表面的高價態(tài)正離子具有*的表面電場作用，對水的吸附能力很強，還能促進吸附水的離解。過渡金屬離子一般都有空軌道，能接受有弧對電子的配位體。水和由水離解出的 OH。都有孤對電子，可作為配位體。因此陶瓷表面的過渡金屬離子能與 H2O和OH一以配位鍵結合，使?jié)穸葌鞲衅鞯谋砻胬喂痰匚揭粚親20或OH一離子，形成表面化學吸附層。這種化學吸附水隨著時間推移逐漸增多，部分 H20與高價離子逐漸形成氫氧化物，或形成結晶水，很難脫附。研究還表明，灰塵、NH3、腐蝕性氣體和酸性氣體（如 H2S、No1SOx、Co2、C ）、含有羥基、羧基、羰基等基因的有機物（如丙酮、酒精、油蒸汽等）都極易化學吸附在能態(tài)高的陶瓷表面上，使表面鈍化或中毒。傳感器的陶瓷表面和晶界處化學吸附物質的不斷增多，導致表面活性吸附位置逐漸減少，表面不斷鈍化，表面電阻不斷增大，元件阻值也就不斷向高阻值方向漂移，濕度傳感器的感濕靈敏度也隨之不斷降低。陶瓷長期和水分子相接觸，其體積和比表面積會不斷發(fā)生變化。例如陶瓷比表面積的減少會引起吸附容量下降，使感濕靈敏度降低。一般的濕敏陶瓷既有電阻變化感濕，也有電容變化感濕。因此陶瓷的介電性能變化也會引起性能漂移。陶瓷體積和比表面的變化會引起介電常數(shù)的變化，從而影響電容的感生能，zui終引起元件性能漂移。陶瓷在交變電場工作，再加上水分子的反復吸脫附作用，容易在不均勻的陶瓷中產生較大的應力，引起瓷體破壞。使用過程中的碰撞、摩擦、震動等也可能引起瓷體損傷。這些都會引起元件性能的漂移。
在深度認識陶瓷濕度傳感器的微觀結構、感濕機理及性能漂移機理的基礎上，人們提出了許多有針對性的措施來磷小或消除性能漂移，改善元件性能的長期穩(wěn)定性，取得了許多有價值的成果，歸納起來主要有以下幾項。1．對元件進行充分的老化處理。2．對元件進行氣氛處理，降低陶瓷表面能態(tài)3．加熱清洗。4．加保護膜或保護罩。5．對陶瓷進行表面修飾。6．摻雜一價感金屬離子。7．合成陶瓷．玻璃復合材料。8．采用先進的陶瓷制備工藝。9．改進濕敏元件的制作工藝，提高元件可靠性。
改善陶瓷濕敏元件的穩(wěn)定性對陶瓷濕度傳感器的實用化和推廣應用具有重要意義。現(xiàn)在已提出了許多卓有成效的措施來改善陶瓷的長期穩(wěn)定性，但要解決這一問題有賴于對濕敏陶瓷的微觀結構、感濕機理以及性能漂移機理作為陶瓷穩(wěn)定性的重要方向，采用先進的陶瓷制備工藝合成新型復合陶瓷是行之有效的途徑，需要后人持之以恒的研究。
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