Емкостный датчик влажности

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(11) 536425 61) Дополнительное к авт, свид-ву 22) Заявлено 04. 07,75 (21) 2152789/2 с присоединением заявки51) М, Кл,е (01 М 27/22 Государственный комитеСоввта Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описани 53) УДК 533,27) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТ нт относитс Изобретени ерительной т овано в сист и паро 5 ания степени влажн ого регулиро азовых сред Известны е ров, представп денсаторы, сна устройстваминения его, осв 111. Эти датч стью конструк ястью точност струкции, расп собой, геометр элементов дат значительным териала на их изасходом готовление.Известно т тройство для и жащее полупро проводник, с о окиси олова, и находящиеся в ем олова 21. кже пол змерени оводниковое усвлажности, содерматериал, полуна него слоем никовы ажденным еталличе ие электроды,атериалом и сл контакте ехнике и может быть испольмах контроля и автоматиче и процессов сушки.мкостные датчики влагомеяющие собой воздушные конбженные вспомогательными для введения образца, уппотобождения конденсатора и т.д ики характеризуются сложноции; значительной зависимоизмерения от жесткости коноложения электродов междуических размеров активныхчика; большими габаритами и Влажность окружающей среды этим устройством определяется как функция обратного тока полупроводникового соединения,Полупроводниковое устройство имеет не высокую чувствительность, низкую воспроизводимость параметров, значительную ине ционность.н Бпижаишим техническим решением явл ется емкостной датчик влажности 3. Такой датчик содержит нижний электрод, гигрочувствитепьный слой диэлектрика в виде А 1 0 а, выполненный в виде пористой пленки, верхний электрод, выполненный в виде сплошной пленки, и токовводы, Однако этот датчик влажности имеет невысокую чувстви тельность вследствие того, что гигрочувствительный спой представляет обычную структуру, окись алюминия и приращение емкости зависит только от процентного содержания влаги, а его значительная инерционность обусловлена тем, что дпя получения надежного омического контакта с токовводом, а также уменьшения тангенса угла диэлектрических потерь, толщина верхнего эле трода значительная (не менее 2 мкм).составила 1 а 2 мкм и плотной области 3 вещества и 60% медкодтисперс,.",то ле саллиВерхнего слоя ЕИТ 6 гетероструктуры - ческого порошка,0,5 мкм. В схеме прибора для измерения влажноВерхний электрод 5 датчика влажности сти парогазовых сред рвдагомера) датчиктаК жЕ, КаК И НнжНИй ВЫПОЛНЕН ИЗ МатЕрИада, 5 ВЛажНОСтИ ВКЛЮЧВЕтСЯ В ОДНО ИЗ тГПЕЧ ВЫСО,также обладающего высокой электропровод- кочувствительного задающего моста переменОстью и химическоЙ стОЙкОстью к аГрессиВ- КОГО токаПри воздействии порогазовэи среным средам, например, из алюминия. Во вре- ды происходит миграция влаги через споймя работы датчика пары влаги мигрируют в верхнего электрода 5 внутрь гигрочувствиего гигрочувствительный слой через слой 10 тельного слоя, в результате чего наступаетверхнего электр а 5 по всей поверхности, изменение приращение) полной емкости датМиграция влаги сквозь слой нижнего элек- чика влажности вследствие повышения сумтрода 1 отсутствует, поскольку толщина марной диэлектрической проницаемостиэтого слоя более чем на два порядка превы- Е+ЬХ и роста динамической емкости гешает толщину слоя верхнего электрода 5. 5 тероперехода за счет приращения ЬЯ/дЦ, т.е.Инерционность датчика влажности определяется,. главным обраеом, скоростью мигралии ббее+ б е/йе Аиб а3)аги нерее слой его верхнего електроаа ба 0я инерционности датчикащ Виде ячеис Ю пРоисход Р РО ьшением толщины слОЯ5 инерцион ость датчикаэтом значительно возтивпение этого электрода, что приводит к возрастанию диэлектрических потерь в датчике, снижению егоТехнико-экономические преимушества датчувствительности и неустойчивой работе. Из- чика влажности в сравнении с прототипомготовпение верхнего электрода 5 ячеистойследующие.структурой позволяет существенно снизить Чувствительность предлагаемого датчикаинерционность датчика вследствие того, что З 0 влажности, выполненного структурой Д -влага будет мигрировать, главным образом, 8 ЕИТе -41 по сравнению с датчикомчерез более тонкие участки верхнего элек- прототипом), представпяющим структурутрода 5, а металлическая сетка электрода, АР-АОдО-ДК а повышается более, чем в чеобладающая более высокой толщиной, снижа- тыре Раза, Это вызвано тем, что емкостьет омическое сопротивление верхнего эдек- Зб предложенного датчика изменяется с изметрода 5 и существенно повышает надежность нением его впагосодержания вспедствие одего работы, Кроме того, с уменьшением тол- новременного изменения статической и дищины верхнего слоя растет суммарная масса намической емкости. у предложенного датвлаги, мигрирующая вглубь гигрочувстви- чика влажности средняя чувствительность,тельного слоя, что ведет к повышению чуя 40 как показали эксперименты равна 68 пф/%хствительности датчика. В результате экспе- в диапазоне 10-100% насыщения влагой,римента было найдено, что наиболее опти- в то время у прототипа чувствительностьмальным условием получения низкой инер- не превышает 16 пф/% Х и благодаря выполционности датчика и высоких эдектрических нению верхнегО Электрода ячеистой структусвойств верхнего электрода 5 является из ф ,рой и выбора оптимальных размеров ячеек.Инготовление его такой структуры, когда его нерционность датчика снижается более, чемминимальная толщина составпяет 0,5 мкм,в три раза.максимальная 2 мкм, т.е. отношение мини- Йатчик влажности, выполненный на осномальной и максимальной толщины верхнего ве гетероструктуры, обладает инерционноэлектрода 5 составляет 1;4, а отношение стью, не превышающей 9 сек, а инерционплощадей тонкой и толстой его частей рав- ность прототипа 28 сек,но 5:1.Нижним токовводом датчика влажности формула изобретенияявляется пассивная область нижнего элек- Емкосмкостный датчик влажности, содержатрода 1, Верхний токоввод выполнен из ни- щии нижнии электрод, гигрочувствительныикелЯ толщиной 0,3 мкм. Он соединен с веРх- слой вьслой, выполненный с пористой пленкой, верхним электродом с помощью термокомпресси- ний электрод и токовводы, о т л и ч а ю -онной сварки или путем склеивания специаль- щ и й сщ и й с я тем, что, с целью повышения,ным составом, содержащим 40% клеяшего бр чувствитв чувствительности и снижения инерционности,гигрочувствительный слой выполнен в видегетероструктуры, состоящей из двух слоевразличных по электрофизическим свойствамширокозонных высокоомных полупроводников,верхний из которых представляет послойную Ьструктуру с плотной и пористой областямитолщины которых взяты в соотношении 2:1,при этом толщина нижнего слоя и плотнойобласти верхнего слоя равна соответствующей толщине области объемного заряда в 10каждом полупроводнике, причем верхний электрод имеет ячеистую структуру, а отношение минимальной толщины слоя верхнего электрода к его максимапьной топшине составляет1;4, а отношение плошадей тонкой и толстойего частей равно 5:1.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1, Берлинер М. А., "Измерения влажностиф, М., 1973 г 71-88.2, Патент франции2160095,Сг 01 Я 27/00, 1973.3, Патент США3574681, 117-213,1971 (прототип).Составитель А. Волков Редактор Е, Гончар Техред А, Богдан Корректор Т. Чаброва Заказ 5769/273 Тираж. 1029 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4