一種聚酰亞胺(PI)感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究.pdf

1、濕度測量和控制正日漸密切于社會生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、倉儲運輸、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防科技、氣象預(yù)報等領(lǐng)域，具有優(yōu)異濕敏特性的濕度傳感元件是濕度精確測量和控制的先決條件。如呼吸系統(tǒng)疾病診斷、燃料電池汽車等一些領(lǐng)域，不但要求濕度傳感元件微型化、具有良好的靜態(tài)濕敏特性，且對其動態(tài)濕敏特性提出了較高要求。
　　由于用途相對不廣、影響因素較復(fù)雜，濕敏元件的動態(tài)濕敏特性的研究及成果相對滯后，與濕敏元件靜態(tài)濕敏特性的普遍關(guān)注和顯著進(jìn)步形成了較大反

2、差。主要表現(xiàn)為：（1）國內(nèi)外濕度傳感元件市場產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)時間不夠快；（2）由于材料成本或工藝復(fù)雜等原因，快速響應(yīng)濕敏元件的研究成果難于量化；（3）因影響因素較多，通過實驗方法對微型濕敏元件動態(tài)濕敏特性進(jìn)行全面研究難于實現(xiàn)，現(xiàn)有實驗研究成果不能充分說明各因素對濕敏元件動態(tài)響應(yīng)特性的影響機理；（4）濕敏元件動態(tài)特性的模擬研究較少，研究成果的利用價值不高，尤其對基于多孔上電極平行板電容式濕敏元件的數(shù)值研究幾乎沒有。
　　針對濕度測量和

3、控制領(lǐng)域存在的上述問題，本文首先在充分分析平行板電容式濕敏元件動態(tài)感濕機理及缺點的前提下，設(shè)計了基于孔狀上電極的平行板電容式濕敏元件；其次依據(jù)菲克第二擴散定律、Shibata和Looyenga等方程，并考慮多孔介質(zhì)孔隙率對濕敏元件動態(tài)特性的影響，構(gòu)建了模擬數(shù)值模型，采用Fluent軟件對各因素對濕敏元件動態(tài)特性的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，包括上電極孔徑和間距、感濕薄膜厚度、薄膜有效擴散系數(shù)等，得出了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的

4、最佳設(shè)計參數(shù)；然后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，研制了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件；最后對快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的靜、動態(tài)特性進(jìn)行了實驗研究。
　　通過本文研究，可以得出以下結(jié)論：
　?。?）本文研制的孔狀上電極平行板電容式濕敏元件可以有效克服柵狀上電極平行板電容式濕敏元件結(jié)構(gòu)對動態(tài)響應(yīng)特性的影響，其動態(tài)響應(yīng)特性更優(yōu)越。
　　（2）本文構(gòu)建的數(shù)值模型及方法，可有效用于平行板電容式濕敏元件濕敏特性的數(shù)值研