Датчик влажности газов

Конструктивно чувствительный элемент датчика влажности (гигрометра) выполнен (рис.10.5а) в виде пластины проводящего кремния – выполнен резистор R_k в виде полевого транзистора (МОП - резистор), имеющий электроды стока и истока (позиции 4 и 5 на рис.10.5а) и пористого электрода затвора 2, необходимого для проникновения в него влажного воздуха среды.

На рис.10.5бприведена принципиальная схема электронного преобразователя, реализующая зависимость выходного сигнала от диэлектрической проницаемости резистора R_k. Управляемое влажностью сопротивление R_k включено в обратную связь операционного усилителя ОУ₁.

Рисунок 10.5 –Датчик влажности:а)чувствительный элемент датчика влажности: 1 - кристалл кремния, 2 - пористый электрод затвора, 3 - защитная сетка, 4 и 5 – гребенчатые электроды стока и истока, 6 – герметические вводы,

7 – электронная плата; б) принципиальная схема датчика влажности.

Диэлектрическая проницаемость смеси газов теоретически может быть вычислена по известным диэлектрическим проницаемостям компонент и весовых долей, входящих в ее состав:

где e_i, G_i - соответственно диэлектрическая проницаемость и весовая доля вещества, входящего в состав смеси, e - диэлектрическая проницаемость смеси веществ.

В зависимости от влажности воздуха, находящегося в промежутке между электродами 4 и 5 – пористом электроде 2 (рис.10.5а), диэлектрическая проницаемость и проводимость резистора R_k будет изменяться. При постоянном R на выходе OУ₂ будет равно

где: U_оп – опорное напряжение ОУ₁, e_возд, e_воды и e_кр - соответственно постоянные значения диэлектрической проницаемости сухого воздуха, воды без примесей и окиси кремния; G_воды, G_возд.- доли воды и воздуха.

При соответствующем выборе параметров схемы зависимость выходного сигнала датчика от влажности W_абс выглядит следующим образом:

где - крутизна статической характеристики датчика.