陶瓷湿度传感器的感湿机理,目前尚无定论。国内外学者主要提出了质子型和电子型两类导电机理,但这两种机理有时并不能独立地解释一些传感器的感湿特性,在此不再深入探究。只要知道这类传感器利用其表面多孔性吸湿进行导电,从而改变元器件的阻值即可。这种湿敏元器件随外界湿度变化而使电阻值变化的特性便是用来制造湿度传感器的依据。陶瓷湿度传感器较成熟的产品有MgCr2O4-TiO2系、ZnO-Cr2O3系、ZrO2系厚膜型、Al2O3薄膜型、TiO-V2O5薄膜型等。下面介绍其典型品种。
(1)MgCr2O4-TiO2系湿度传感器。该传感器是一种典型的多孔陶瓷湿度测量器件。它具有灵敏度高、响应特性好、测湿范围宽和高温清洗后性能稳定等优点,目前已商品化,并得到广泛应用。其结构如图8-6 所示。它是以MgCr2O4为基础材料,加入一定比例的TiO2(20% ~35%mol/L)制成的。感湿材料被压制成4mm×4mm×0.5mm 的薄片,在1300℃左右烧成,在感湿片两面涂布氧化钌(RuO2)多孔电极,并在800℃下烧结。在感湿片外附设有加热清洗线圈,此清洗线圈主要是通过加热来排除附着在感湿片上的有害雾气及油雾、灰尘,恢复对水汽的吸附能力。
图8-6 MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的结构(www.daowen.com)
(2)ZrO2系厚膜型湿度传感器。烧结法制成的烧结体型陶瓷湿度传感器结构复杂,工艺上一致性差,特性分散。近来,国外开发了厚膜型湿度传感器,不仅降低了成本,而且提高了传感器的一致性。
ZrO2系厚膜型湿度传感器的感湿层是用一种多孔ZrO2系厚膜材料制成的,可用碱金属调节阻值的大小,并提高其长期稳定性。其结构如图8-7 所示。
图8-7 ZrO2系厚膜型湿度传感器的结构
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