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濕度傳感器的可靠性

傳感器及變送器在工業上和農業上的應用越來越廣泛，二氧化碳傳感器和二氧化碳變送器等也逐漸為人所知，但真正了解它的性能并不太多。今天我們主要談談濕度傳感器的感濕機理和引起濕敏半導體陶瓷元件性能漂移的因素和機理。
濕敏半導體陶瓷元件感濕機理主要是水分子在陶瓷顆粒表面的作用過程，水分子在濕度傳感器表面吸附，使半導體陶瓷介電常數隨濕度變化而變化。但在感濕中既有化學吸附，也有物理吸附；既要考慮電子過程，也不能忽視離子電導。電子，質子 ( 離子 ) 導電感濕理論認為，水分子在濕度傳感器表面和晶界處的化學吸附和物理吸附降低了表面和晶界電阻。使陶瓷總電阻隨濕度增大而降低。在低濕時，水分子以化學吸附為主，陶瓷主要靠電子或空穴導電；高濕時，水分子以物理吸附為主，陶瓷主要靠質子和離子導電；在中濕時，水分子的化學吸附和物理吸附都具有重要作用，隨著濕度增大，水分子的吸附由化學吸附為主轉向物理吸附為主，導電則由電子或空穴導電為主轉向質子和離子導電為主。
濕度傳感器元件在使用過程中性能的漂移是由濕敏陶瓷的微觀結構和元件結構的變化引起的。濕敏陶瓷表面和晶界的能態比內部和晶粒高，對水分子和其它污染物易產生化學吸附。濕度傳感器的陶瓷表面的高價態正離子具有極強的表面電場作用，對水的吸附能力很強，還能促進吸附水的離解。過渡金屬離子一般都有空軌道，能接受有弧對電子的配位體。水和由水離解出的 OH 。都有孤對電子，可作為配位體。因此陶瓷表面的過渡金屬離子能與 H2O 和 OH 一以配位鍵結合，使感濕體表面牢固地吸附一層 H20 或 OH 一離子，形成表面化學吸附層這種化學吸附水隨著時間推移逐漸增多，部分 H20 與高價離子逐漸形成氫氧化物或形成結晶水，很難脫附。如灰塵、 NH3 、腐蝕性氣體和酸性氣體 ( 如 H2S 、 No1(SOx 、 Co2 、 C ) 、含有羥基、羧基、羰基等基因的有機物 ( 如丙酮、酒精、油蒸汽等 ) 都極易化學吸附在能態高的陶瓷表面上，使表面鈍化或中毒。濕度傳感器陶瓷表面和晶界處化學吸附物質的不斷增多，導致表面活性吸附位置逐漸減少，表面不斷鈍化，表面電阻不斷增大，元件阻值也就不斷向高阻值方向漂移，感濕靈敏度也隨之不斷降低。陶瓷長期和水分子相接觸，其體積和表面積會不斷發生變化。一般的濕度傳感器既有電阻變化感濕，也有電容變化感濕。因此陶瓷的介電性能變化也會引起性能漂移。陶瓷體積和比表面的變化會引起介電常數的變化，從而影響電容的感生能，*終引起元件性能漂移。陶瓷在交變電場工作，再加上水分子的反復吸脫附作用，容易在不均勻的陶瓷中產生較大的應力，引起瓷體破壞。使用過程中的碰撞、摩擦、震動等也可能引起瓷體損傷。這些都會引起元件性能的漂移。

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