Главная страница  Измерения влажности 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [ 94 ] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

ве влaгoчyвcтfiиteльнoro элемента плёнку бкйси алюминия, полученную на поверхности чистого алюминия электролитическим путем - анодированием в растворе серной кислоты (реже щавелевой или хромовой). Выбор режима анодирования (температура раствора и концен-грация кислоты в нем, плотность тока и длительность анодирования) позволяет получить нужные параметры ксидной пленки - толщину и пористость. Различные режимы и методики анодирования, применяемые на практике, приведены в [Л. 8-15-8-18].

Оксидный слой, образованный на алюминиевой подложке, можно рассматривать как двухслойную пористую структуру, состоящую из: а) внешнего слоя с высокой пористостью, обеспечивающей адсорбцию паров на поверхности стенок пор; б) прилегающего к подложке тонкого, непористого и более плотного («барьерного») :лоя. По данным [Л. 8-16], толщину барьерного ёлоя можно изменять «вторым анодированием» в растворе борнокислого аммония при повышенном напряжении.

Алюминиевая подложка является одним из электродов датчика. Вторым электродом служит тонкий (проницаемый для водяных паров) слой проводящего вещества, нанесенный на внешнюю поверхность оксидного покрытия. Вначале применялся графит, в последующем - слой металла (чаще всего золота, реже серебра, алюминия, палладия или платины), нанесенный на часть поверхности окиси алюминия испарением в вакууме. Основные требования к внешнему электроду - хорошая адгезия, максимальная влагопроницаемость и минимальное электрическое сопротивление.

Известны две конструктивные модификации ЭГД рассматриваемого типа. У «стержневых» датчиков подложкой для влагочувствительной пленки служит цилиндрический алюминиевый стержень (чаще всего отрезок прутка или проволоки). Плоские датчики имеют основание из тонкого листового алюминия (иногда алюминиевой фольги). Форма основания - прямоугольная, реже круглая, а форму внешнего электрода и его расположение задают с помощью металлического трафарета. Вывод к внешнему электроду целесообразно прикреплять в той части основания, где отсутствует влаго-чувствительное покрытие. Отметим еще предложение [Л. 8-19] изготовлять датчик из двух скрученных или сплетенных алюминиевых проволочек малого диаметра



(0,3-0,4 мм), покрытых .слоем окйсИ; пройоЛоЧки выполняют роль электродов. При этом отпадает необходимость нанесения внешнего электрода, что существенно упрощает изготовление датчика. Сведения о практическом применении такой конструкции отсутствуют.

Характеристики алюминиевооксидных ЭГД определяются главным образом свойствами оксидной пленки. Идеализированная модель этой пленки (рис. 8-6,а) основана на представлении пористого слоя в виде совокупности плотно упакованных элементарных ячеек, каждая из которых имеет вертикальную пору, доходящую

Рис. 8-6. Оксидная пленка ЭГД. а - модель структуры; б, е, г - схемы замещения; / - алюминиевая подложка; 2 - внешний электрод; 3 - пора; 4 - пористый слой; 5 - барьерный слой.

до тонкого барьерного слоя. Такую модель можно описать различными электрическими схемами замещения в цепи переменного тока. По схеме, представленной на рис. 8-6,6 [Л. 8-15], Со и jRo - емкость и сопротивление всей пленки между электродами; jRi - поверхностное сопротивление стенок капилляров; R, Сг - параметры барьерного слоя.

В схеме замещения (рис. 8-6,в) [Л. 8-16] нижняя цепь соответствует барьерному слою (кг, Сг), правая ветвь верхней цепи - поре (jRi), а левая ветвь {Rs, Cs)-материалу пористого слоя.

Наконец, в схеме (рис. 8-6,г) пористый слой {Ri, Ci) и барьерный {Rz, Сг) соединены переходным сопротивлением г.

Из всех схем замещения следует, что: а) полное сопротивление датчика имеет активную и емкостную со-286



ставляющие-выходной величиной может служить полное сопротивление или любая из его составляющих; б) электрические параметры датчика определяются параметрами как пористого, так и барьерного слоев.

Если считать пористый слой источником полезного сигнала, а барьерный - источником помех, логическим следствием является предложение 1[Л. 8-20] уже в процессе изготовления датчика уничтожать барьерный слой путем соответствующей обработки подложки с примыкающим к ней плотным слоем (амальгамирование или растворение в кислотах).

ком 2


го W 60 % а)

&

пф 3.5

- 0,5

- 0/,

- 0,3

- 0,2

L 0,1

Рис. 8-7. Зависимость электрических свойств ЭГД с окисью алюминия от влажности воздуха.

Однако во всех применяемых датчиках барьерный слой сохраняется. Его влияние на параметры датчика зависит от степени увлажнения пленки. Так, при низкой влажности значение Ri (рис. 8-6,6) очень велико и шунтирующее влияние Сг на Со незначительно, а при высокой влажности значение Ri сильно уменьшается и роль Сг возрастает.

Влажностные характеристики датчиков получают экспериментальным путем при постоянной температуре. На рис. 8-7 приведены снятые при /=20 °С влажностные характеристики датчика, изготовленного автором, - зависимость от относительной влажности воздуха полного сопротивления при частоте f=50 гц (рис. 8-7,й), емкости И тангенса угла диэлектрических потерь при /=1 000 гц




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [ 94 ] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

0.0245