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費(fèi)斯托FESTO傳感器的工作原理
點(diǎn)擊次數(shù)：610 發(fā)布時(shí)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(jī)理又是什么樣的呢？又各有什么樣的優(yōu)缺點(diǎn)，我們?cè)撊绾胃纳颇兀?br />濕度傳感器的感濕機(jī)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)。電子，質(zhì)子（離子）導(dǎo)電感濕理論認(rèn)為：水分子在濕敏陶瓷表面和晶界處的化學(xué)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(shí)，水分子以化學(xué)吸附為主，陶瓷主要靠電子或空穴導(dǎo)電；高濕時(shí)，水分子以物理吸附為主，陶瓷主要靠質(zhì)子和離子導(dǎo)電；在中濕時(shí)，水分子的化學(xué)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(xué)吸附為主轉(zhuǎn)向物理吸附為主，導(dǎo)電則由電子或空穴導(dǎo)電為主轉(zhuǎn)向質(zhì)子和離子導(dǎo)電為主。電子，質(zhì)子（離子）導(dǎo)電感濕理論是目前*的在解釋陶瓷感濕機(jī)理方面比較成功的模型，比較符合實(shí)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(jié)構(gòu)和元件結(jié)構(gòu)的變化引起的。濕敏陶瓷表面和晶界的能態(tài)比內(nèi)部和晶粒高，對(duì)水分子和其它污染物易產(chǎn)生化學(xué)吸附。陶瓷表面的高價(jià)態(tài)正離子具有*的表面電場(chǎng)作用，對(duì)水的吸附能力很強(qiáng)，還能促進(jìn)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(duì)電子的配位體。水和由水離解出的 OH。都有孤對(duì)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(jié)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(xué)吸附層。這種化學(xué)吸附水隨著時(shí)間推移逐漸增多，部分 H20與高價(jià)離子逐漸形成氫氧化物，或形成結(jié)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(jī)物（如丙酮、酒精、油蒸汽等）都極易化學(xué)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(xué)吸附物質(zhì)的不斷增多，導(dǎo)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(zhǎng)期和水分子相接觸，其體積和比表面積會(huì)不斷發(fā)生變化。例如陶瓷比表面積的減少會(huì)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(huì)引起性能漂移。陶瓷體積和比表面的變化會(huì)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(chǎng)工作，再加上水分子的反復(fù)吸脫附作用，容易在不均勻的陶瓷中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，引起瓷體破壞。使用過程中的碰撞、摩擦、震動(dòng)等也可能引起瓷體損傷。這些都會(huì)引起元件性能的漂移。
在深度認(rèn)識(shí)陶瓷濕度傳感器的微觀結(jié)構(gòu)、感濕機(jī)理及性能漂移機(jī)理的基礎(chǔ)上，人們提出了許多有針對(duì)性的措施來磷小或消除性能漂移，改善元件性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，取得了許多有價(jià)值的成果，歸納起來主要有以下幾項(xiàng)。1．對(duì)元件進(jìn)行充分的老化處理。2．對(duì)元件進(jìn)行氣氛處理，降低陶瓷表面能態(tài)3．加熱清洗。4．加保護(hù)膜或保護(hù)罩。5．對(duì)陶瓷進(jìn)行表面修飾。6．摻雜一價(jià)感金屬離子。7．合成陶瓷．玻璃復(fù)合材料。8．采用先進(jìn)的陶瓷制備工藝。9．改進(jìn)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(duì)陶瓷濕度傳感器的實(shí)用化和推廣應(yīng)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(zhǎng)期穩(wěn)定性，但要解決這一問題有賴于對(duì)濕敏陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、感濕機(jī)理以及性能漂移機(jī)理作為陶瓷穩(wěn)定性的重要方向，采用先進(jìn)的陶瓷制備工藝合成新型復(fù)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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