电容式湿度传感器湿敏机理复合模型

摘要

基于Maxwell-Garnett理论和有效介质理论，针对半导体湿敏陶瓷材料，本文提出了一种湿敏机理的复合模型。首先根据上述两种理论建立了湿敏机理的数学模型，给出了晶粒、水膜、空气构成的复合体系的有效介电常数的表达式。其次，分别讨论了气孔率G和吸附因子α对有效介电常数的影响。数值模拟结果表明，对于实际气孔率在20﹪～35﹪之间不同取值，在整个感湿范围内，湿敏材料在高湿区的灵敏度较高。气孔率越大，灵敏度越高。介电常数随吸附因子α呈亚线性变化，在低湿区和高湿区的传感特性不同。低湿区α较小的灵敏度高，而高湿区α较大的灵敏度高。最后，通过计算机理论模拟结果与已有的感湿实验曲线的对比，说明了该复合模型的合理性，为湿敏传感器的进一步研究奠定了基础。