这类元件的感湿体是通过典型的陶瓷工艺制成的。即将颗粒大小处于一定范围的陶瓷粉料外加利于成型的结合剂和增塑剂等,用压力轧膜,流延或注浆等方法成型,然后在适合的烧成条件下,于规定的温度和气氛下烧成,待冷却清洗,检选合格产品送去被复电极,装好引线后,就可得到满意的陶瓷湿敏元件。
特点
这类元件的可靠性、重现性等均比涂覆元件好,而且是体积导电,不存在表面漏电流,元件结构也简单。
代表性产品
这是一类十分有发展前途的湿敏元件,其中较为成熟,且具有代表性的是:铬酸镁一二氧化钛(MgCr2O4—TiO2)陶瓷湿敏元件,五氧化二钒一二氧化钛(V2O5—TiO2)陶瓷湿敏元件、羟基磷灰石(Ca10(P04)6(OH)2)陶瓷湿敏元件及氧化锌一三氧化二铬(ZnO—Cr2O3)陶瓷湿敏元件等。
①、MgCr2O4—TiO2陶瓷温敏元件(MCT型)
1.结构:在MgCr2O4—TiO2陶瓷片的两面,设置高孔金电极,并用掺金玻璃粉将引出线与金电极烧结在一起。
在半导体陶瓷片的外面,安放一个由镍铅丝烧制而成的加热清洗圈(又称Kathal加热器),以便对元件进行经常加热清洗,排除有害气氛对元件的污染。
元件安放在一种高度致密的、疏水性的陶瓷底片上。
为消除底座上测量电极2和3之间由于吸湿和沾污而引起的漏电.在电极2和3的四周设置了金短路环。
2.感湿机理(一般认为)是:利用陶瓷烧结体微结晶表面对水分子进行吸湿或脱湿使电极间电阻值随相对湿度成指数变化。
3、主要特性与性能
(1)电阻一湿度特性
MgCr2O4-TiO2系陶瓷湿度传感器的电阻一湿度特性,随着相对湿度的增加,电阻值急骤下降,基本按指数规律下降。在单对数的坐标中,电阻—湿度特性近似呈线性关系。当相对湿度由0变为100%RH时,阻值从107Ω下降到104Ω,即变化了三个数量级。
(2)电阻—温度特性
是在不同的温度环境下,测量陶瓷湿度传感器的电阻—湿度特性。从图可见,从20℃到80℃各条曲线的变化规律基本一致,具有负温度系数,其感湿负温度系数为–0.38%RH/℃。如果要求精确的湿度测量,需要对湿度传感器进行温度补偿。
(3)响应时间
响应时间特性如图。根据响应时间的规定,从图中可知,响应时间小于10s。
主要优点:
1.体积小,测湿范围宽,一片即可测(1—100)%RH,并可用于高温环境(150℃),最高承受温度可达600℃;
2.能用电热反复进行清洗.除掉吸附在陶瓷上的油雾、灰尘、盐、酸、气溶胶或其它污染物,以保持精度不变;
3.响应速度快(一般不超过20s);
4.长期稳定性好。
② 、五氧化二钒一二氧化钛(V2O5—TiO2)陶瓷湿敏元件
V2O5—TiO2 陶瓷湿敏元件系陶瓷多孔质烧结体,是利用体积吸附水汽现象的湿敏元件、元件内部的两根白金丝电极包埋在线圈内,通过测定电极间的电阻检测湿度。
这类元件的特点是:测湿范围宽,能够耐高温,响应时间短;
缺点是这类元件容易发生漂移,漂移量与相对湿度成比例。
③、羟基磷灰石陶瓷湿敏元件
羟基磷灰石陶瓷湿敏元件是国外研究得比较多的磷灰石系陶瓷湿敏元件。
羟基的存在有利于提高元件的长期稳定性。
当在54%RH和100%RH湿度下,以每5min加热30s(450℃)的周期进行4000次热循环试验后,其误差仅为±3.5%RH。
主要技术指标
④、氧化锌-三氧化二铬陶瓷湿敏元件
上面介绍的几种烧结型陶瓷湿敏元件均需要加热清洗去污。这样在通电加热及加热后,延时冷却这段时间内元件不能使用,因此,测湿是断续的。这在某些场合下是不允许的;
为此、国外已研制出不用电热清洗的陶瓷湿敏元件; ZnO—Cr2O3陶瓷湿敏元件就是其中的一种。
特点:
– 该湿敏元件的电阻率几乎不随温度改变,老化现象很小,长期使用后电阻率变化只有百分之几;
–元件的响应速度快,(0一100)%RH时,约10s;
–湿度变化土20%时,响应时间仅2s;
–吸湿和脱湿时几乎没有湿滞现象。