多孔性鈦酸鋇鍶基陶瓷溼度感測器的電氣特性

Abstract

本文將探討一系列以鈜酸鋇鍶基和二氧化鈦基金屬氧化物為起始材料的多孔性陶瓷溼 度感測器。這些感測器不須重複的高溫去溼過程即可可逆地正常使用。這些溼度感測 器在一寬廣的溼度範圍內，其對數電導與相對溼度幾乎成一線性關係。以純的鈦酸鋇 鍶氧化物在１２００℃之溫度下燒結出來的ＢＳ１感測器，其電導比在４００Ｈｚ， 溫度２５℃，相對溼度９５％與１５％的情況下約為仟倍。但是以鈦酸鋇鍶添加氧化 鉀在１２５０℃之溫度下燒結出來的ＢＳＫ感測器，其感溼度卻超過萬倍。利用純的 二氧化鈦和二氧化鈦添加氧化鉀當做起始材料製成的感測器，其對數電導與相對溼度 在９５％到１５％的範圍內的感溼度亦可高達萬倍。其中ＢＳＫ溼度感測器的吸附過 程非常的快速，ＢＳＫ感測器在相對溼度由１５％變成９５％所需的吸咐反應時間只 有幾秒鐘而已。 利用直流和交流的分析技巧可用來探討溼度感測器在不同溼度下的感溼機構和電氣特 性。在直流充電過程中，溼度感測器會像電解質般的產生極化現象，而這極化的程度 會隨著相對溼度的增加而增強。在室溫和潮溼的環境下，這些溼度感測器之傳導載子 為離子和電子，而離子為主要的傳導載子。 利用複數阻抗分析技巧加上〞ｎｏｎ－Ｄｅｂｙｅ〞概念，我們建立了一個溼度感測 器之等效電路模型。利用此一等效電路模型，我們可以將溼度感測器在溫度２５℃到 ８５℃，溼度６５％到９５％範圍內之所有電氣特性模擬出來。溼度感測器介電常數 的實部ｋ′在低頻，溼度６５％到９５％的範圍內會隨著相對溼度的增加而增加，並 和ω-1-n成正比。溼度感測器介電常數的虛部ｋ〞亦會隨相對溼度的增加而增加，並 在中低頻與中高溼度下和ω-1成正比。 此外，我們設計並製作了一３０％到９５％之相對溼度範圍內的溼度範圍內的溼度偵 測電路，此電路能夠偵測出環境溼度的含量，並將溼度的相對溼度值以數值顯現出來 ，此溼度感測電路的偵測誤差在±２％ＲＨ以內。