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國(guó)內(nèi)溫濕度測(cè)量領(lǐng)域與發(fā)展動(dòng)態(tài)

更新時(shí)間:2016-11-24      瀏覽次數(shù):2604
  隨著國(guó)內(nèi)科技發(fā)展,進(jìn)入21世紀(jì)后,特別在我國(guó)加入WTO后,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品面臨巨大挑戰(zhàn)。各行業(yè)特別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都急切需要應(yīng)用電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行改造和提升。例如紡織行業(yè),溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素,但紡織企業(yè)對(duì)溫濕度的測(cè)控手段仍很粗糙,十分落后,絕大多數(shù)仍在使用干濕球濕度計(jì),采用人工觀測(cè),人工調(diào)節(jié)閥門(mén)、風(fēng)機(jī)的方法,其控制效果可想而知。制藥行業(yè)里也基本如此。而在食品行業(yè)里,則基本上憑經(jīng)驗(yàn),很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是,隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,許多農(nóng)民意識(shí)到必需擺脫落后的傳統(tǒng)耕作、養(yǎng)殖方式,采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)應(yīng)付進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品的挑戰(zhàn),并打進(jìn)國(guó)外市場(chǎng)。各地建立了越來(lái)越多的新型溫室大棚,種植反季節(jié)蔬菜,花卉;養(yǎng)殖業(yè)對(duì)環(huán)境的測(cè)控也日感迫切;調(diào)溫冷庫(kù)的大量興建都給溫濕度測(cè)控技術(shù)提供了廣闊的市場(chǎng)。我國(guó)已引進(jìn)荷蘭、以色列等國(guó)家較先進(jìn)的大型溫室四十多座,自動(dòng)化程度較高,成本也高。國(guó)內(nèi)正在逐步消化吸收有關(guān)技術(shù),一般先搞調(diào)溫、調(diào)光照,控通風(fēng);第二步搞溫濕度自動(dòng)控制及CO2測(cè)控。此外,國(guó)家糧食儲(chǔ)備工程的大量興建,對(duì)溫濕度測(cè)控技術(shù)提也提出了要求。
  
  但目前,在濕度測(cè)試領(lǐng)域大部分濕敏元件性能還只能使用在通常溫度環(huán)境下。在需要特殊環(huán)境下測(cè)濕的應(yīng)用場(chǎng)合大部分國(guó)內(nèi)包括許多國(guó)外濕度傳感器都會(huì)“皺起眉頭”!例如在上面提到紡織印染行業(yè),食品行業(yè),耐高溫材料行業(yè)等,都需要在高溫情況下測(cè)量濕度。一般情況下,印染行業(yè)在紗錠烘干中,溫度能達(dá)到120攝氏度或更高溫度;在食品行業(yè)中,食物的烘烤溫度能達(dá)到80-200攝氏度左右;耐高溫材料,如陶瓷過(guò)濾器的烘干等能達(dá)到200攝氏度以上。在這些情況下,普通的濕度傳感器是很難測(cè)量的。
  
  高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上,用絲網(wǎng)漏印或真空鍍膜工藝做出電極,再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對(duì)濕度的大氣環(huán)境中,因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)律性變化,此即為濕度傳感器的基本機(jī)理。影響高分子電容型元件的溫度特性,除作為介質(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)ε及所吸附水分子的介電常數(shù)ε受溫度影響產(chǎn)生變化外,還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點(diǎn),液體的介電常數(shù)ε是一個(gè)與溫度和頻率有關(guān)的無(wú)量綱常數(shù)。水分子的ε在T=5℃時(shí)為78.36,在T=20℃時(shí)為79.63。有機(jī)物ε與溫度的關(guān)系因材料而異,且不*遵從正比關(guān)系。在某些溫區(qū)ε隨T呈上升趨勢(shì),某些溫區(qū)ε隨T增加而下降。多數(shù)文獻(xiàn)在對(duì)高分子濕敏電容元件感濕機(jī)理的分析中認(rèn)為:高分子聚合物具有較小的介電常數(shù),如聚酰亞胺在低濕時(shí)介電常數(shù)為3.0一3.8。而水分子介電常數(shù)是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后,由于水分子偶極距的存在,大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù),這是多相介質(zhì)的復(fù)合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于ε的變化,使?jié)衩綦娙菰碾娙萘緾與相對(duì)濕度成正比。在設(shè)計(jì)和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器,高分子介質(zhì)膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關(guān)。溫度變化所引起的介質(zhì)幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均脹系數(shù)可達(dá)到的量級(jí)。例如硝酸纖維素的平均脹系數(shù)為108x10-5/℃。隨著溫度上升,介質(zhì)膜厚d增加,對(duì)C呈負(fù)貢獻(xiàn)值;但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對(duì)水的吸附量增加,即對(duì)C呈正值貢獻(xiàn)??梢?jiàn)濕敏電容的溫度特性受多種因素支配,在不同的濕度范圍溫漂不同;在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù);不同的感濕材料溫度特性不同??傊叻肿訚穸葌鞲衅鞯臏囟认禂?shù)并非常數(shù),而是個(gè)變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-10-60攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對(duì)濕敏元件的影響。
  
  國(guó)外廠家比較的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹(shù)脂,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍(lán)寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極,再?lài)婂兏袧窠橘|(zhì)材料(如前所述)形式平整的感濕膜,再在薄膜上蒸發(fā)上金電極.濕敏元件的電容值與相對(duì)濕度成正比關(guān)系,線性度約±2%。雖然,測(cè)濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想,在工業(yè)領(lǐng)域使用,壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進(jìn)一步提高。
  
  陶瓷濕敏傳感器是近年來(lái)大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點(diǎn)在于能耐高溫,濕度滯后,響應(yīng)速度快,體積小,便于批量生產(chǎn),但由于多孔型材質(zhì),對(duì)塵埃影響很大,日常維護(hù)頻繁,時(shí)常需要電加熱加以清洗易影響產(chǎn)品質(zhì)量,易受濕度影響,在低濕高溫環(huán)境下線性度差,特別是使用壽命短,長(zhǎng)期可靠性差,是此類(lèi)濕敏傳感器迫切解決的問(wèn)題。
  
  當(dāng)前在濕敏元件的開(kāi)發(fā)和研究中,電阻式濕度傳感器應(yīng)當(dāng)適用于濕度控制領(lǐng)域,其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長(zhǎng)多項(xiàng)重要的優(yōu)點(diǎn),氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史,有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法,都應(yīng)用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點(diǎn)尤其是穩(wěn)定性強(qiáng)。
  
  氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料,在眾多的感濕材料之中,首先被人們所注意并應(yīng)用于制造濕敏器件,氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當(dāng)量電導(dǎo)隨著溶液濃度的增加而下降。電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實(shí)現(xiàn)感濕。
  
  氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝,以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個(gè)組成部分。多年來(lái)產(chǎn)品制作不斷改進(jìn)提高,產(chǎn)品性能不斷得到改善,氯化鋰感濕傳感器其*的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的,也是濕度傳感器重要的性能。在產(chǎn)品制作過(guò)程中,經(jīng)過(guò)感濕混合液的配制和工藝上的嚴(yán)格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關(guān)鍵。
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