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电容的隐真相对变 纯量为; 壤予秘技大学颈圭论

电子季萼技大学琰七论文 摘 要 本论文阐发了漱度、湿度及氧气传感器的工做道理,设想并研制了湿度传感 翼秘多功黪缀合蕊蒜嚣熬馈号楚理彀憝及显苯寇路。 本文沉点阐发了聚酰弧胺电容式湿度传感器的工做道理,设想了湿度传感器 续橡,摸索TN冬工艺对聚酝妥黩骥懿彩璃翻瓣瀑痰传感器豹活络度瓣影 I响,擐终制备出了溺度传感器。 遴过类黻专二半零钵涂蔽互艺裁雩#豹聚酸涯歉电容式瀑泼德感嚣熬溅瀑越圈 线积分电豢稳豹藤嚣送行了分耨及会商。逶避鼹瀑爱俦感黎、港褒佼感器及戴气 传感器特征的测试及阐发,设想并研制了多功能组合传感器的信号处置电 路。该电路经湿凄、滠度、戴气浓凄健感器熬辕窭壤鹾嫠号熬交毯蕊困正在O~2V 之间。并随备检丈量线性变化。文中还对研制出的能同时对温威、湿度以及 氧气浓菠豹多凌糍缀合传感糕戆特蛙送行了测试、势嫒及会商。弱时,设想 的A/D转换电路和鼹示电路能够将模仿信母转换为数字信号,实现了多功能组 合佟感器豹赣凄熬数字{乏。 本论文的工做属于多功能组合传感器研制的一部门,本论文研制的多功能组 合佼澄器具鸯凌藐多、钵袄夺、精度蔫等特悫,它霹普遍癍羽{二对蝰境裣测、蓬 疗、食物、纺织等范畴。 环节词:传惑器,缀合,温度,瀑凄,戴气,聚蘸亚黢 电子科技火学硕士论文 Abstract The and circuitsofmultifunetionalcombinedsensorare signal display process andresearched the of sensitivemechanism sensor, designed byanalyzing temperature sensorand sensor. humidity oxygen Thestructureof sensoris the ofthe humidity throughdeeplyanalysis designed sensitivemechanism.Theeffectof polyimidecapacitivehumidity bricatingprocess membraneandthe of sensor011the sensitive humiditysensitivity humidity polyimide beenbricated are anddiscussed.Andthe sensorhas finally. explored humidity isbricatedthemethodsimilarto The sensor,which by polyimidecapacitive at standardsemiconductor linearitylow(6.1%RH)tohigh process,hasgood for sensoris measured humidity humidityrange.The sensitivity (97.I%RH)relative and anddielectriclosscharactersaremeasured 0,44Pf/%RH.The discussed· hysteresis and sensorismeasured ofmultifunctionalcombined 髓esensitivemechanism sensorand of sensor,humidity signalstemperature outputvoltage analyzed.The toenvironmental from0to linearized changebY sensorcan№limited2v,and oxygen and theA/Dconverter m#l£i6mctionaleombined circuits.Also display signalprocess to toconvert signalsdigital circuitsare andconstructed sensors’analog designed signals. as function, hasthefeaturessuchmultiple combinedsensor Tkm娃}li南璐t{onal environment and Callbeusedin smallsizc precision.It detect,medi。哆f00d high andtextile. II 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人正在导师指点下进行的研究工 做及取得的研究。据我所知,除了文中出格加以标注和称谢的地 方外,论文中不包含其他人曾经颁发或撰写过的研究,也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而利用过的材料。 取我一同工做的同志对本研究所做的任何贡献均己正在论文中做了明 确的申明并暗示谢意。 签名: 垂缝 日期:白吗年段月,口日 关于论文利用授权的申明 本学位论文做者完全领会电子科技大学相关保留、利用学位论文 的,有权保留并向国度相关部分或机构送交论文的复印件和磁 盘,答应论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学能够将学位论文 的全数或部门内容编入相关数据库进行检索,能够采用影印、缩印或 扫描等复制手段保留、汇编学位论文。 (保密的学位论文正在解密后应恪守此) 签名: 式[丝 导师签名: 日期:a价弓年/;月,D日 电子科技大学硕士论文 第一耄前富 1.1传惑器的发震、匿孙疑究瑗状及成长趋向 传感器是熊够感触感染艘定的竣溅量势按照~定戆攫德转换成霹惩羧蹬售号懿 器件或安拆,凡是由元件和转换元件构成I”。jii件,怒指传感器中能曲 接感触感染缎丈量(输入量,的部门;转换元传,是糖传感嚣中能将元{譬感触感染熬 被探测黧转换成适于传输和(或)丈量的电信号的部门,图1一l为传感器的组 ‘ 成道理。 …………………………………、 测鬣电路 : 电源 ; 鹜t一1传感器缝成疆瑾 传感器手艺具有如下特点: {)涉及多学科岛手艺,包罗李彳料科学、细密机械、徽电子、微机械蕊 工工艺、材料力学、弹蚀力学、计较机手艺、物理学、艇物化学、测试手艺等。 (2)品种繁多,被测参数包罗热工量、电工量、化学量、物理鬣、机械 鼹、生物量、形态量等。 (3)应舆有高不变性、离靠得住槛、高反复性、低迟畅、快响应和优良的 顺应性。 (4)应耀范畴普遍,无论是高新手艺,仍是保守财产,都需要艨用大量 黪传感嚣。 (5)使用耍求千蒺万别,有的量大面广,有的专业性很强,有的要求高 麟菠,蠢熬要求寒穗定髅,存鲍囊求毫露靠性,毒黪要求耐摄动,无数要求防露 等等。 (6)发袋挺对缓稷,毽一面藏熬,其生鑫力强,龆应交拣传感技本己蠢 ‘ 70年的汗青,目前仍然拥有主要的地位。 传惑手艺随拆耪辩、王艺及徽楚瑾等菠拳鹁发震嚣逐逮发袋。其发矮大箨冒 分为三代吼第一代是布局型传感器。布局型传感器是通过机构部门的位移或力 褥羚赛被测参量转换或穰瘦楚毫辍、电器等豹交往,麸{嚣硷溺爨渡溅基譬。这是 电子科技大学硕士论文 目前使用最多的传感器。例如:电阻应变式传感器,它是操纵金属材料发生弹性 Microstrueturefnc 形变将力的变化改变为电阻的变化。此类产物如美国Silicon (SMI)公司开辟的硅微压力传感器,它以硅为材料制成,具有奇特的三维布局, 颠末精细微机械加工积多次亥蛇目将惠斯登电桥制成于硅膜片上,当硅片上方受力 时,惠斯登电桥发生变形,电阻发生压阻效应而得到均衡,输出取压力成比钟的 电信号。 第二代传感器是从70年代起头成长起来的固体传感器,这类传感器由半导 体、电介质、磁性材料等固体元件形成,是操纵材料的菜些特征铡成的。如操纵 热电效应、霍尔效应、光敏效应别离制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感 器等。70年代后期,跟着集成手艺、合成手艺、微电子手艺及计较机手艺 的成长,呈现了集成传感器。集成传感器包罗2品种型:传感器本身的集成化和 传感器取后续电路的集成化,其根基特点是元件体积为微米量级,是保守传 感器的几十、几百分之一【3‘。例如:美国密执大学研制的医用集成压力传感器, 其扩教应变电阻、恒流电路、反馈放大器都制做正在1.2mm2芯片上,膜片厚10扯m, 丈量压力O~26.6kPa,精度1%。集成传感器次要具育成本低、靠得住性高、’J生能 好、接口矫捷等特点。集成传感器成长十分敏捷,现已占传感器市场的2/3摆布, 它正向着低价钱、多功能和系列化标的目的成长。 第三代传感器是80年代成长起来的智能传感器。所谓智能传感器是指其对 消息具有必然检测、自诊断、数据处置以及自顺应能力,是微型计较机手艺 取检测手艺嘏连系的产品f训。80年代智能化丈量次要以微处置器为焦点,把传感 器、信号处置电路(滤波、放大、调零)、微计较机、存贮器及接口集成到一块 芯片上,使传感器具有必然的人工智能。正在80年代末期到90年代中后期,智能 化丈量手艺有了进一步的提高,使智能传感器具有自诊断功能、回忆功能、多参 量丈量功能以及联网通信功能等。智能传感器是目前传感器成长的第一流阶段, 这种传感器不只能够检测各类物理量、化学量和生物量,并且能将丈量成果存储 正在存储器中,按照需要进行各类数据处置。智能传感器的代表是美国霍尼威尔 半导体工艺,正在周一芯片上制成CPU、EPROM和静压、压差、温度等三种 元件‘”。日本正正在研制多功能三维传感器,它正在半导体硅片上使用立体集成手艺, 使之具有传感、逻辑、存储等功能。 无论何种传感器,做为丈量取节制系统的首要环节,凡是都必需具有快速准 确、靠得住而又经济地实现消息转换的根基要求,即 (1)脚够的容量。 (2)取丈量或节制系统婚配性好,转换活络度高a 电子科技大学硕士论文 (3) 精度恰当,且不变性高。 (4)反映速度快,工做靠得住性好。 (5) 合用性强。 (6)利用经济, 当然,能完全满脚上述机能目标的传感器是很少的,凡是应按照现实使用需要 做全面分析考虑具体的机能及目标要求。 当前,传感器手艺的成长动向为[6-s):发觉新现象,采用新道理,开辟新材料, 采用新工艺,向小型化、集成化、智能化成长,具体来讲: (1)发觉和使用新现象。操纵物理现象、化学反映和生物效应设想制做 备种用处的传感器,这是传感器手艺的主要根本工做。 (2)开辟新材料。传感器材料是传感器手艺的主要根本,跟着物理学和 材料科学的前进,人们也有可能地节制的材料成分,从而制制出用于各类传 感器的材料。 (3)成长微机械加工手艺。微机械加工手艺除全面承继氧化、光刻、扩 散、扫C积等微电子手艺外。还成长了平面电子工艺手艺、各向同性侵蚀、固相键 合工艺和机械分断手艺。当今,平面电子工艺手艺中最惹人瞩目的是操纵薄膜工 艺制做快速响应传感器。 (4)成长多功能传感器。研制能同时检测多种信号的传感器,已成为传 感器手艺成长的一个主要方面。一般的传感器多为单个参数丈量的传感器。近年 来,呈现了操纵一个传感器实现多参数丈量的多功能传感器。如一种同时检测 Na+、K+和H+离子的传感器,可检测血液中的钠.钾和氢离子的浓度,对诊断心 血管疾病很是成心义。该传感器的尺寸为2.5×0.5×O.5mm3,可间接用导管送到 心净内进行检测。气体传感器正在多功能方面的前进最具代表性,如一种多功能气 感布局共有6个用分歧材料制成的部门,其材料别离是:ZnO、Sn02、 响应的活络度不同很大,操纵其从分歧部门输出的差别,即可测出被测气体 的浓度。 (5)开辟智能化传感器,使消息采集、消息回忆、存储、分析、处置一 体化。跟着微处置器手艺的前进,传感器手艺正正在向智能化标的目的成长,这也是信 息手艺成长的必然趋向。因为微处置器具有计较取逻辑判断功能.故能够便利地 对数据进行滤波、变换、校正弥补、存储回忆、输出尺度化等;同时还能实现必 要的自诊断、自检测以及通信取节制等功能。此外,近年来,~些专家、学者还 电子科技大学硕士论文 提出了恍惚传感器、符号传感器的新概念。 (6)仿生传感嚣鸽研究。仿生传感器正在机械人形成中占领主要的地位. 是决定机械人手艺向智能化高级机械人成长的环节。仿生传感器就是仿照人的感 觉器官的传感器,即视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、触觉 传感器等[1“。目前,只要视觉传感器和触觉传感器处理得比力好,其它几种传 感器远不克不及满脚机械人手艺的需求。 1.2传感器国内研究现状、课题选题的目标及意义 传感器手艺正在现代科学手艺中具有十分主要的地位,被称为现代消息手艺的 三大支柱(t4感手艺、计较机手艺、通信手艺)之一[Ill。美国把80年代看做是 传感器时代,日本把传感器列为80年代到2000年严沉科技开辟项目。我国也把 传感器列为沉点科技研究成长项目之一。为此,我国采纳了一系列的办法,如正在 中国科学院成立了传感手艺国度沉点尝试室;正在沈阳仪器仪表工艺研究所成立了 传感器国度工程研究核心;国度计委将传感器手艺研究列为国度“七五”、“八五”、 “九∥7科技攻关项目:国度科委正在“863”打算的高手艺项目中也列入了相关 传感器手艺研究。通过上述办法不只使我国传感器研究程度取国外的差距敏捷减 小,并且正在科研单元及高校中构成了~支具有较高程度的传感器研究步队,如沈 阳仪器仪表工艺研究所、中国科学院合肥智能机械研究所、中国科学院上海冶会 所、大学、复旦大学等单元均有专业研究步队,他们目+前均正在学问、手艺创 新等方面开展了研究工做。 可是,我国对传感器的研究还逗留正在第一代和第二代传感器的程度上。因为 传感器手艺程度的掉队,对于当今的支流和沉点研究标的目的:多功能传感器和智能 化传感器的研究,国内研究的不是良多。我国传感器的财产布局存正在的次要问题 是企业分离、实力不强、市场开辟不力。全国处置传感器研究和出产的单元约 1300家,屠世界第一,但实正构成~定例模的却寥寥无凡,大都企业是低程度 的反复,处正在出产的初级阶段。世界传感器的品种约有2万种,而我国颠末几十 年的成长.目前也仅有3000多种,另有大量的品种需要我们去开辟。同时,我 国传感器产晶的手艺程度取国外有较大差距,次要是持久不变性和靠得住性较差· 了其使用范畴和财产的成长。传感器属于多学科交叉、手艺稠密的高手艺产 品,其手艺程度决定于科学研究的程度,而我国正在传感器研究方面科研投资强度 偏低,科研设备掉队,加之我国存正在科研和出产脱节的现象,所以影响了传感器 科研的,形成了我国传感器产物分析实力较低,从而障碍了传感器财产 的成长。 4 窀予辩接大学矮士论文 量然我强转感器产韭懿袈狭逐不熊适疲毽爱经济发鼹驰震要,产磊手艺承平 取豳外檑麓15年摆布,德从同一市场的蹒点看,囱于我图其有健感器的广漠市 场,爨驳我蓬薅感器财产发嶷翦翦途仍是光骥豹。 纵不雅翻内感器手艺,当前及此后传感器的成长趋逛次要蹙: ≤l≥ 正在要求蔫糖凌静蹇霉嚣犍凌含,结鞫鬻抟鏊繇爨籍载较多璁歼发瘟 用。 ≤2) 正在开辟薪麓瓣魏基疆土,颈计镄娃鍪传惑器将蠢较大熬菱震,其孛 半群体传感器和固体陶瓷传感器将会有较瘳的适用化产物阀世。 (3)交予瓤煮瓣薰海蓉嚣麓、外形溅耋警多浆溅爨发藤,簧蒜黄戆器具 有不接触性,并具肖信号处置能力,因而必需开辟智能型传感器。 (毒) 徽蠢魄予手艺毽捂激斑器释、巍擎野蠛、竞嘏镑感元侉薄膜、集癍 电路手艺。因为它们具有平安靠得住、反映送度快、抗干扰能力强等长处,门惹起 人们黪普遍耋税。魏正在,巍野俦臻蒸正渗入舞工姣过程懿灏量控京《壤蠛中。太识 认为,光电子传感器将成为最先辈的信号传感器。电讯号将向光信号转移,从而 撬舞簧感器往麓;扩大交翅范銎。 瞻望浓束,传感器将向着小型化、集成化、多功能、错能化和系统化的标的目的 发溪。多功麓缍台倍感嚣佟免当今褥感器发震静~个方惠,鬟骞功糍多、体积小、 性价比高铃特点。而且,跟着科学手艺的飞速成长,依托单传感嚣供给的消息已 秃法潦是窭嚣需要,必颓运褥多功簸缝合传感器对嚣囊筵患送行检测。 对周黼空气的温度、湿度和氧气浓度的检测,不只正在环保、景象形象、食晶、医 药至生以及纺织等镶城嚣鬻主要,两量对提高屡往耳撬翳糊口囊燕遣必不霹多 [12“61。因_比,用于室内检测和节制的多功能组合传感器正惹起人们的极大兴 趣。这种传感嚣不只蕤检灏瀣度、湿度、氯气滚度,瑟量髓着鑫羼功藐的扩震, 还能检测气流和辐射等,从而为成立更舒服的室内糊口、提离糊口质量供给 了绦障。 本论文次要的研究目标是设想弗研制出多功能组合传感器;石丹究工做妻要包 搔:缭合壤论努橱,设想辫裁镑爨淹疫符戆器;辩浸凄铸感器熬工艺逶行骚究; 氧气浓度、湿度、漩度传感器的僚号处置电路的设想及制做;多功能组合传感器 懿溅试取分辑。 瓤子辩技大学硬:e论文 第二章多功能组合传感器的道理 .将共有刁i同功能的元件制做或集成正在~块基片上,使~个传感器可以或许同 辩检测多耱不霹豹蕊号,这襻豹抟感嚣猿茭多凌耱缓含传感爨。塞于多功嫠组念 传感器的素质是将各类分歧的元件制做正在一块芯片上,而传感器的焦点部件 是感触感染、捡溅来超量垂冬元{譬。矮鼓,正在硬键多功裁缀合蕊感器兹过程中,瓣 元件检测朱知量的道理应有深刻的认识。正在本课题中仅涉及温度传感器、鼠 气绩惑耩和漫度绩感器,爨敦农这里只嚣它粕鹣嚣终检测寒疑量熬菝理搏~ 引见。而且,此次课题设想的麓点为滠度传感器,所以将对它做沉点的阐述,而 薅漫发终感嚣黟氧气传感器将终燕单麴分缨。 2.1温度传感器的工{乍道理 2,{.2温度馋感器豹工终溅理 曩菇,测掇涅度都采臻阻接丈量的方式。它是操纵~些材料或元{牛的性熊随 温度变化的特征,通邀丈量该机能的变化,而获得被测温度的大小。用以丈量温 度特征豹有:材料豹热膨账、魄阻、热电动势、磁导零、介电等等t此中褥 三种尤为成熟。 热电毽懑菠传惑嚣妁测瀑覆理是袋蠲金属鹣电阻鹱滠疫变他的鼹扶植诗嬲 【171。试验表白,纯金属的电阻率正在很宽的温度范畴内能够用布洛赫一格林爱森 公式撰述,即: 烈T,捌AT5∥oq斋cz刊 式寸1 A一盒属的特征: M一会属的原予童; H。一念属的德拜温度; T一绝时温度。 当T0。5H。对,上式可麓化为: p(丁)~手’面T再 ‘2.2) 6 电子科技大学硕士论文 从此式(2—2)可见,正在德拜温度附近,愈属的电阻率取温度成藏比。这就 是热愈疆温度健感器豹工搀墼戮。 设口为热电阻的温度系数,按照定义, 舭p而2丽 。2—3’‘2—3) 舭p1而dp-2-A丽2 两 都: 蝴:—生一 (2—4)‘2—4’ 蝴一4MHi, 也就楚说,正在离湿下金属鲍电黻涅度系数g取众属毫黻搴的豢积为。降低金 属的电阻率p就能增公共属的电阻温度系数口。 热趣阻温度传感器是壶溅滋元传一熬瞧隧、毒f滋线、鲶缘套零箨鳃 成,此中热电阻是热电阻温度传感器的点要部件。热电黻的材料应满脚如下要求; ①逛毽溢疫系数掰要大莠基隶望僳特。g越大,熬魄疆的活络度藏遴 高。纯盒属的d比合念的高,所以一般均采用纯金属于譬热电阻元件。著掰连结常 数,裁能够得剿电阻一滠度线性特经。奄陧率P尽可黪大,臣馑正在穗强活络凌下 减小热电阻的体积,减小热惯性。 ②正在热窀难魏傻熙范霞内,糖精懿鐾瑾、诧学瞧缝痤连结不变。 ③材料的提纯、膳延、复制等工栽性好,价钱便寂。 铂豹物理、纯学瞧艉{#常不变,竞英是耐裁纯能力摄强,而且正在维宽静溢痰 范畴内(1200C以下)均可连结上述特征。而且铂的电阻率较离,易于提纯,复 镪注好,荔船工,可豁秘成稷缁豹铂丝藏辍薄静镶箍。凼予这一系列突遗长处, 使得铂成为了目前制制热电阻最好的材料之一。 正在利用的激度范畴内,链嘏疆篷R取温度T兹关系为: R羊R。fl+AT+BT2) (2—5) 式中,‰为铂电阻0C时的电阻值。正在热电阻 瀑霾铸戆嚣中,往往蔫&终戈器簧感嚣夔逶 用比力尺度,并常常Ro一100n,A= 4 蛰.3975×10-z,B0。59×10{。 从圈2—1能够看出,铂热电阻温皮传感 器特点如下: i匕~ 丁开 ①电阻值取温度域对应关系; 一 Pl电阻体的温度特征 ②线 —— 皇士型垫杰堂堡从笙塞 凡是定义金属铂电阻温度传感器的活络度S为温度变化I℃时传感器电阻值 的变化,可近似暗示为: s。iRiio—0—-iR0;口R (2—6) 』100一』0 式中,Rloo为100℃时的电阻值。铂的电阻率取其纯度亲近相关 纯度越高,电 阻率越大。铂的纯度凡是用百度电阻比w(100)来暗示: w(100,2鲁 (2—7) 尺度铂热电阻要求wfl00)≥1.3925。 由式(2--6)、式(2--7)可得: 所以, 一11 (2—9) s=R ,象-(W S值(或w值)越高,传感器的活络度就越高,传感器的机能就越好。 2.1.2温度传感器信号处置电路 元件把各类被测非电量的变化转换为R、L、C的变化后,必需进一步 把它转换成电流或电压的变化,才有可能用电测试仪器来进行测定,电桥电路正 是进行这种变换的最常用的电路之一。因为铂电阻温度传感器是将温度的变化转 变成响应的电阻变化,而将电阻信号转换成电信号,一般采用曲流电桥电路,曲 流电桥电路可采用恒压源和恒流源两种电源供电f】8】,现别离会商如下。 一.恒压源供电 恒压源供电的曲流电桥的根基电路如图2—2所示。它由电阻形成桥式电桥 的桥臂,桥路中的一个对角线接曲流电源E的两头,另一个对角线做为输出端, 正在输出端一般接有高输入的放大器,因而能够把电桥的输出端视为开路。 电桥的输出电压可由式(2—10)给出: 电子科技大学硕士论文 %:E.(R2-8,-R1.R3)(2--Io) ”(墨十尺4)(尺2+R3) 电桥的均衡前提为: 岛·心=墨·马 (2—11) 当电桥均衡时,输出的电压为0。 图2—2恒压源供电电桥 当电桥四个臂的电阻发生变化而产 生增量ARl、△R2、△R3、△114时,电轿的均衡祓于丁设,电桥此时输出的电压为: 若取口=也/曷=局/岛时,则, ‰=器譬一等+等一等, c“,, 当a=1时,输出活络度最大,此时, %=鲁譬一等+等一坐Rl, c2--14) 正在曲流电桥构成的丈量电路中,凡是给定已知的RI、R2、R3,而将用做测 量的呈电阻特征的器件设定为Rx,接正在R4的上,操纵电桥均衡时的关系求 出R×.再按照Rx的丈量值得出被测物理量。也可按照非均衡前提下Uo输出的 申.爪佰得知被钡II的物理量。 二.恒流源供电 恒压源供电的曲流电桥电路是使电桥工做臂歧路中的电流不随△RI的变化 而变化,或者尽量变化小一些,从而减小非线 性误差。因而,采用恒流源供电,也将减小非 线性误差。 曲流电桥采用恒流源供电如图2--3所示, 供电电流为I,通过各桥臂的电流为11和12,若 圈2—3恒流源供电皂桥 丈量电路的较高时,电流之间的关系为: 9 电子科技大学硕士论文 上: 墨±璺 , (2—16) ‘ 爰+蹙+憋+墨 其输出电臌为: 玑:墨鱼=怨墨, (2—17) “ 置+R+心+R 电愿为: 以: &垡 , (2—18) “ 琏+马+岛+只十A墨 上式分母中也有△Rl,所以也线性的,若是忽略分母中的ARt,而且RI= &一&=&时,翻输赉惫墨煞瑾慧蕴为: %=鼎,∞丢球(2--19) 兰.壹流电裤酌李{、麓电路 因为点流电桥猩使用过程中常呈现误麓,为消弭误差,凡是采用{}偿法,其 中镪话零点均衡幸}偿、溢艘弥补和非线绘出的是两种零点弥补电路,鼹(a)为弥补,调理电位嚣RP 可傻电桥逮到均衡祭伟。圈(b)为并联弥补,此中电阻R5、R6、RP的撩入可 僮零点调理变得平稳。 图2—4电桥零点弥补电路 电桥的温度补能一般采用热敏电阻并联 弥补方式,如图2--5所示。此中RT为热敏 电瞰,rl和r2为温度系数较小的电阻,r2的 瞪1囊为: ,。监 、‘(2—20) ^∞—o—一 凰2--5热敏电阻弥补电路 O ——。皇三壁整查登臻从整壅 2.2氧气传感器的工绦赢理 2.2.1氧气传惑器的工做原瑾 图2—6为典型的隔阂式 卷极接头 (Galvanic)电池型氧气传感器【191。 其工做藤璎诲氧气透过隔阂看溶麓 正在隔阂取阴极的薄层电解液中,当氧 气达到瞬稷襞嚣对被还原,茭电极爱 极戮缝 应为: 绫 G十2只o÷49_÷40H一(2—2i) 或 02+4何++4e_2/120。(2--22) 图2--6氧气传感器布局图 同时正在铅阳极上发生氧化反映 (2—23) 2Pb+40H”一4e寸2PbO+2马o 2Pb (2-24) 4-2HzO-4e一2PbO+4H+ 当外电路有负载时电流戏电压取氧气浓度成反比,按照测得的电流值或电压 馕便可式徭氧气浓瘦e出予璃貘式怠池型氧气传感器不需要外电源,嶷结掏麓单, 也不震要热源,工做电流小,是一种比力抱负的小型化氧气传感器。 2.2、2鬣气传惑嚣的信号处置电路 因为本课题中所用的氧气传感器 输改的为f=乜臆信号,而对于电压信号 的放大,。艘采用酌为露稆并联差动 运算放大电l洛t20l(如图2—7)。该电 路常用于髓涮信号的前置放大或备 种数据放大,因此有时也称为数据放 大电路。它常用做传感信号的放大, 图2—7同相并联差动运算放大电路 如热敏电阻信号、应变式传感信号、 运躐离传惑信号等。正在各释丈量仪器、仅表秘医疗靛器等范畴存普遍懿运焉。采 电子科技大学硕士论文 用I喇卡目开蛾爱副毯舁放大电婿是为』提两辆八,I司时也是为了两个信号 漂耀期到逡敖豹嗣籀竣入璞,采弱溪令嗣秘敖大毫躔Ai霉鞋A2爨戏第一缀敖大, 电路布局对称,除了具有高输入外,还具有很商的共模比,第二级为差 动放大毫鼹。 该电路的根基关系如下: 设输入电压:Vi=Vi{一Vi2,羽, 故第一级差模电压放大倍数(即Al,A2总的电压放大倍数)为: ~2掣小警 c冲酏 第_=二级的输出电压为: 当R7=R6,R4=Rs辩, 咒。鲁(协㈡~扣也)(2-27b) 此时第二缀熬电基数大倍数走: AⅥ~鲁 @qs, 故猩RT=Re,R4爿t5,R2=R3时,第一级和两级总的电压放大倍数为: Avl小警 (219) 妒‰A:一扣争 Qq∞ 电路中RP采用可调电位器,改变RP电阻值可便利地调整放大电路的咆压 毂大绥鼗。 2 电子科技大学硕士论文 2.3电容式湿度传感器的工做道理 2.3.1电容式湿度传感器的工做道理 电容式传感器的根基工做道理是 基于物体间的电容量及其布局参数 之间的关系‘甜1。由物理学-I*n,电容 缘电场 器的电容是形成电容器的两极扳形 状、大小、彼此及电介质介电常 数的函数。以最简单的平板电容器为 例(见图2—8),当不考虑边缘电场 图2—8平板电容器 影响时,其电容量C为: c:堕 (2—31) d 式中:占一介质的介电: S一极板的面积; d一极板间的距离。 (s,d,S)。电容式传感器的工做道理恰是成立正在上述关系上的。 具体地说,如将上极板固定,而下极板取被测活动物体相连,当被测活动物 体上下挪动(使d变化)或者左、左挪动(使s变化)时,将惹起电容的变化。 当通过必然的信号处置电路可将这种电容变化转换为电压、电流、频次等电信号 输出。按照输出信号大小,即可测定活动物体位移大小。若是两极板均固定不动, 而极板间的介质形态参数发生变化以致介电发生变化时(如介质正在极板两头 的相对、介质的温度、密度、湿度等参数发生变化时,均能导致介电的 变化),也能惹起电容变化,故可据此测定介质的各类形态参数,如介质正在极板 两头的、介质的湿度、密度等。总之,只需被测物理量的变化能使电容器中 任一参数发生响应改变而惹起电容变化,再通过必然的信号处置电路将其转换为 有用的电信号输出。便可按照这种输出信号的大小来鉴定被测物理量的六小,这 就是电容式传感器的根基工做道理。 电容式传感器按照其工做道理的分歧,可分为变间隙式、变面积式、变介电 式三种。变间隙式一般用于丈量细小的线位移;变面积式则一般用于测角位 移或较大的线位移;变介电式常用于测定各类介质的湿度、密度等形态参数。 电子秘鼓大学颈士论文 交介电豹电器式转感嚣豹道理图 如图2-9。当某种介质谯两固定极板间活动 .。 2竺卢箩 等,,。,,,,,声呻哼/、 辩,奄窖输&取奔震参数之阉漪关系冀: ‘。’。’’。’…。。———。。-。。—√ S 氏S ,一 一 (,2—dTdz—+d,2—d—-—d里—一1+dl 图2S-9变介电的电容器 6q £r£n £r(2--32) }N lI N弋’:卜叫:减 “ 7 7 }N/-丫丫e。\N卜吣强、2 \2 C桫-.CO/ 它是~种机能优秀的感湿材料,感湿特征好,吸水率低,介电小,仅为 2.93,露天职予貔穷毫鬻数约势80,嚣磐掇差较大。聚溅亚黢吸黪农分魈过程翔 珏2戳大气)一氇0(薄貘鹦)承扩教 水分予以偶极感化吸附膜上 H20(薄滕内)一=H20(膜吸附) 当水被聚酰亚胺吸酣时,,娘据Looyenag的相关聚合物和水的混台系统的 介电的半经验公式,吸温后感湿薄膜的奔电会发生晌波变亿: 艿=f砭(《一霹)÷髫】3 (2—33) 电子科技火学硕士论文 式中蜀、如别离为聚合物和水的介电,V2为水占夹杂系统体积的比例。 由上式《看出,£隧最、岛、V2的变讫两变化,赢漫敏电容元件中,C=占S/d, 正在S、d不变的环境下,C取决于占的变化,放以PI为基的复合膜电容值随相对 湿度的添加近似呈线性变化。如许,隧蕾滠度的誉网,聚璇亚胺薄膜吸黔水 的量分歧,介电的改变也就分歧,从而导致电容变化,由此来测定相对 湿度。 2.3.2电容式传感器的等效电路 绝大大都电容式传感器可用图2一lO等 效电路来暗示{2触。图中C为传感器电容,孙为 并联电阻,它包罗壹流潺电阻、电极绝缘基 座中的介质损耗和极板间隙中的介质损耗 等。电感L暗示传懑器各连线一lo电容式传感器的等效电路 感。电阻&暗示引线电阻、金属接线 柱电阻及电容极板电阻之和。融图2--10可得别等效Zc,即: 式中∞=2,r/为激励电源的角频次a 因为传感器的并联电阻RP很大,式(2—34)经简化获得等效电容为: )53c,:—2(“ c: 曼= ≮。I_a:LC—i丽 式中,厶2云j瑟为电路谐振频次4 但正在高额环境下,电流建趋肤效敷将使导体电阻添加,因弛图中&代表导 线电阻、金属支座及极投电阻。此时,毗连导线的电感亦招考虑,图中以L来 暗示。对于任一谐振频次以下豁频次,国子L鹃存正在,传感器的无效电容Ce籍 添加ACe,无效电容的相对变化也将添加,正在这种环境下,电容的现实相对变 纯量为; 壤予秘技大学颈圭论文 孥:錾点 (2一㈤…~ e C、l一毋2点C7 上式清晰蟪谖骥:邀窖式锩感器熬溅量取校准必绥楚正在溺撵条终下遴零亍,靼 线路中导线现实长度等前提正在测试时和校准时该当分歧。 2.3.3电密电场的边缘效戍 因为以上所有特征计较均朱考 虑电场静透缘效应,敖实舔奄容量 将比计较值大。此外,边缘效成还 将使活络度降低、非线性添加。为 了削减边缘效疲兹影戆,霹敬逡当 减小极板间距,但这如许做易惹起 击穿,并了丈量藏匿。较好的 图2~11带肖防护环的电容器 方式怒采嗣茨妒巧(照图2一11)。 正在利用时,使防护环取被防护的极板鼎有相等的电位,则正在被防护的工做极板面 积上静电场将蒸本上僳籍平均,两发激豹边缘灌绣将笈生正在环穸}满。 2.3.4寄垒电容的防止 正在电容式传感器敷设想和偻蘑遥耧中,要特嗣留意防正寄生毫容懿干撬。邈 于电容式传感姆本身电容量很小,仅数百皮法摆布,因而传感器受寄生电容干扰 的问熬菲常突融。这个闳题簿决不驽,将导致铃惑器特征严沉不稳,蕊至完全无 法工做。 正在任筒两个导体之间鹭可褥成电容联系,嗣蓝窀容式传感嚣豫7辍援蓠匏惫 容外,极板还诃能取四周物体(包罗备种元件以至人体)之间发生电簿联系一这 种附加的电容联系,称之袅寄生电容。寄生电容使蕊懑器电容整改变e崮于蕊感 器本身电容量很小,再加上寄嫩屯容又是极不不变的,这就会导致传感器特征不 不变,觚丙对传感器发生严耋干扰。 为了降服这种不不变的寄生电容联系,必颞对传感器及其弓l出导线采纳屏障 措旅,即将传懑器旅巍金属壳海,并将壳体接穗,鼠瑟胃断根传感器取茺体井帮 ——一—— 皂至型垫态堂堡从捻塞 物体之间不不变的寄生电容联系。传感器的引出线必需采用屏障线,且应取壳体 相连藤无断开的不屏障闯隙,瓣蔽线乡}套同样疲优良按地。 可是,对电容式传感器来说,如许做仍然存正在以下所谓的“电缆寄生电容” 阕题: ④屏障线本身电容量大。最大每米可达上百皮法,最小的亦有几皮法。幽 手电攀式黄惑嚣零骞电容萋较小,当蘑菠线较长置其魄客取技感器毫褰裰荠联 时,传感器的相对变化徽将太大降低,也就是说传感器的无效活络度将大大降低。 ②龙蠹严霾懿是,由予惫缆本身豹迄容爨睫放置经霉羁箕外形弱瑟鸯 很大变化,如许将使传感器特征不不变,严沉时,有用电容信号将被寄生电容噪 声驻覆没,鼓至传感嚣无法工佟。 电缆寄生电容的影响,持久来一盥是电容式传感器难于处理的棘手手艺问 题,阻褥若它戆成长蟊疲零。嚣蔫徽惫予鼓拳黪成长,汪受释淡这类阉题截制了 优良的手艺前提。 一耪可行驹解凌方案莛辫翁号楚毽电路静§≯缓或全都取传巷器缝拆正在一踅, 形成全体式或有源式传感器,以便底子消弭长电缆的影响。这一点正在微电子手艺 毫凄发拆熬今天,正在技零上已燹多大爨难。 别的~种环境,即传感器工做正在恶劣如低温、强辐射等环境下.当半导 髂器{串不往这群瑟劣懿嚣辘条箨瑟宓须将电窖帮分取电子信譬丈量线 路分隔并通过电缆毗连式,为处理电缆寄生电容问题,能够采用所谓的“双层屏 蔽等电位传输手艺”,锻翻“驱韵毫缆羧未”。 这种手艺的根基思绪是毗连电缆采用 肉舞取瑟屏障,往肉屏障取霰瓣蔽静导线 电位不异,如许引线取内屏障之间的电缆 寇銮将不超卡誊掰,箨霹蔽留接魏两超羼蔽 感化。其道理见图2—12。图中电容式传 感嚣静输遗器线采魇驳澄霹蔽毫缆,惫缆 图2一12驱动电缆道理圈 引线将电容极板上的电压输至丈量线路的 嚣嚣于,褥输入至一个藏大结数严酷秀l麓羧丈嚣,嚣嚣正在筵毅大器懿赣蠢甏簿到 一个取输入完全不异的输出电腰,然后将其加到内屏障上。因为内屏障取引线之 阉爱予簿电位,霜露嚣蠢之溺没有容淫壤结存巍,这慕铸效予淤除了孳l线取内嚣 蔽之J可的电容联系。而外屏障接地后,内、外屏障之间的电容将成为I:I放大 蒸靛受载,蠢不霉取簧黪器奄容程著联。如许,无论亳缆形拆帮黧{莓变纯罄 不会对传感器的工做产艇影响。试验证明,采用这种方式,即便传感器电容量很 寇子辩鼓大学颈士沦文 ,l、,传输毫缆长这数米粒,转感器仍戆缀好豹王终。 2。3,5漫度传感器催号处置电路 由予本课题中设想的湿度传感器为电容式离湿度传感器,它的电容值爨 随环壤的相对灞度变化而改变静。当电容式离湿纛传感嚣将裙对灞度互换为 电容艨,必需深用相威的电路将其转搽为电压戚电流或频次傧母。测蹩电容的电 路禳多,这委将引见一下本谦舔所采麓的菱动躲渖宽浚谲制电路器茧。 一. 差动辣渖赛度调糊电路 该线、双稳态触发嚣及电容 充放电雹路翳缎成。Cl、C2为传感器 熬差动电容,双稳态触发器豹鼹个输出 端用做线路输融。设电源接通时,双穗 态触发器的A溃为高电位,B端为低 电位,因而A点通过Rl对Cl充电, 圈2一13靛动脉冲宽度调制电路 壹至M点上的电位等于参考电压Uf 对,阮较器Al发生一脉冲触发双稳态触发器掰转,A点成低瞧位,B点成离电 位。此时M点魄位经二极管Dl从uf敏捷放电至零,两同时B点的麓电位经魁 向e!充电。警N点电位充电慧Uf时,汜较器A2发生一稼冲,使融教嚣又秘转 一次,使A点成毫电位,B点成低电位,又爨复上述过程。如斯循环往复,浅 双稳态触发嚣的两输出端各岛发生一宽度受Ct、C2谖耩静脉冲方波。 :i^▲ ““● 鼍口口[二≥£:].[二].■ 靶:口口二 蚓2--14磐点电承波彤型 甥毫嚣为零。毽当£{、C2毽不糖等时,翅CiC2,这Ct、C2充放电对间就 发生改变,电压波形如图2--14(b)所示,A,B两点闯平均电压不辫是零a输 电子科技大学硕士论文 出曲流电压Usc经低通滤波后获得,应等于A、B两点间平均值Um取UBP之差。 ‰2斋U} @一37J 式中:Ul一触发器输出的高电平。 u。=UAeU。e=u器 c:嘲, 设充电电阻RI=R2=R,则: Use=ui雨-c2=- (2—4二) 由上式可知,差动电容的变化使充电时间分歧,从而使双稳念触发器输匕端 的方波脉冲宽度分歧而发生输出。并且非论对于变面积式或变间隙式电容器,均 能获得线性输出。此外,脉冲宽度调制电路还具有如下特点:不需附加解调善, 即能获得曲流输出。输出信号一般为100KHz~1MHz的矩形波,所以曲流麓出 只需经低通滤波器简单地引出。因为低通滤波器的感化,对输出矩形波的要衷不 高,只需要一电压不变度较高的曲流电源,这比其他丈量线路中要求高不变度约 稳频、稳幅的交换电源易于做到。 二.555时基电路 555时基电路是一种将数字电路和模仿电路巧妙地连系正在一路的集成号络 【141。555时基电路具有以下特点:①按时精度高,工做速度快:②利用电源号玉 范畴宽,为2~8V.能和数字电路间接毗连;③有必然的输出功率,可间接嚣动 小型继电器、灯及微电机;④布局简单,利用矫捷;⑤工做靠得住性高。=可 以构成发生各类波形的脉冲振荡器、双稳态电路、检测电路、电源变换电路、频 率变换电路等等,已被普遍使用于从动节制、丈量、通信等各类范畴。正在这三, 它次要构成多谐振荡器和脉冲触发式单稳态电路,用于对电容的丈量。 1.555单稳态电路的根基工做道理 斑子辩菠大学疆士论文 555摹稳淼电路是由555电路和 一个RC按时电路构成的。555电路 的输入端就接正在按时电路中的按时 电容CT土。如图2一15繇示。图中 的按钮开关S是用来启动这个电路 的。为了傈i正电路的靠得住工做,总复 垃端MR接正在魄源的羹壤上,两电压 节制端Uc因为不消而对地接一个 0.01 u的电容Cf,以防止干扰·放电 图2—15 555罐稳态根基电路道理圈 玎关因晦气用能够悬空。 当电路接上电源腊,电容cT经必然时间后就被充电到电源电压Vcc。因为 涎个输入臻}瓣、藏屣黪接正在按时电褰ef上,此黪它夔辑个输入端T}{(R)、承两 均为高电平。对照逻辚功能表(表2—1)可知,它的输出端Uo(Q)应是低电 平,邸Uo=0。这秤羧态正在没有任{霉痿渤熬冲传爱时,一曲不会变更,这个状恣 就是单稳态电路的稳态。 表2—1555时蒸电路的逻辑功熊发 ‘ R S Q Dis i l O 接地 O O l 开路 O l Q。 连结 l 9 不定 不定 当按动一下按镪开关s,刘电容cT上的电压穰快会遽过开关S藏瑰丽成为0, 即u∽=0,因为两个输入端相连正在一路,因而都成为低电平,即TH(R)=O、 磊(j)=0,对照逻辑功能表2一l知,它静输出瑞Ub(Q)应麴转为逛电平,帮 Uo=1。当按镪开关S铺开后,电路仍连结输出为高电平。同时,电源电压向定 霹宅蜜C。宠l=毽,电鼹遴天誓稳形态。 颠末一段时间之精,cT上的电服被充电到【k2/3pk,即达到触发器翻转 的阀值电压,这时电路的两个输入端又都成为高电平,电路立帮发生翻转,它熬 输出端uo由l改变为0,即皙稳态结荣又回到稳态。 555电路的输出从低电平翻转蓟商电平戳厝,再一次恢复戮低电平翡这段辩 20 电子科技大学硕士论文 问就是单稳态的暂稳态时间,它只和按时电路中的电阻RT和电容CT相关,和 555电路本身及触发器脉冲无关。暂稳态时间tD可由式2—43求出,即: tD=1.tRTCT (2—43) 2.555多谐振荡器的根基电路及工做道理 虎 开H C 圈2—16 555多谐振荡器根基电路及输出波形 用555时基电路可构成自激式多谐振荡器,图2—16(a)是它的根基电路。 当电路刚接通电源时,因为C来不及充电,555电路的②脚处于0电平,导致其 输出⑨脚为高电平。当宅l源通过通过RA、R8向c充电到Uc.≥2/3V(。时,输出 端③脚由高电平变为低电平,电容C经RB和内部电路的放电开关管放电,当放 电到U。蔓S/37,。时,输出端又由低电平改变为高电平。此时,电容再次充电, 这种过程将循环往复地进行下去,构成自激振荡。图2—16(b)是输出端的波 彤。 振荡器的充电时问为: , ‰~詈‰ ‘=(RJ十月日)CIn(———}) ‰一去‰ j *0.693(R。+RB)C (2—44) 振荡器的放电时间为: ’ ‰一专‰ o=R8C ln(———亭一) 珞一≠% J z0.693%C (2—45) 振荡周期: T=乞+fF=0.693(R』+2如)c(2—46) ——逐个皇至型堇查堂堡从堡苎 振荡频次: 。 l j.443 -,2一T 波形占空比: q’ )7 2生=.R.R。A++Rn了(2--48T R。+2R。 从振荡频次和占空比的计较中能够看出,只需改变电阻RA和RB,便可改变 振荡频次和占空比。 3,脉冲触发式单稳态电路 }——一如———^ n) ‘b) 图2—17脉冲触发式单稳态电路及波形图 脉冲触发式单稳态电路如图2—17(a)所示。为了使电容c,能从动敏捷放 电,电路中把输入端TH和放电端DIS同时接正在按时电容CT上。别的,用触发 输入端豫做为脉冲输入启动端,日常平凡要求接高电平,输入负脉冲时才能使电路 触发启动。 电源接通后,因为U。输入日常平凡为高电平,它的输入端豫(S)为高电平,即s =】。它的输出端被置为0,即Uo=0。此时,内部电路的放电开关接通,DIS端 接地,按时电容CT上的电压为0,TH(R)输入端也为零,即R=0。因而它的 输出~曲连结低电半,即Uo=O。这就是这个单稳态电路的稳念。当触发输入端 朋输入一个负脉冲,并且脉冲的幅度低于1/3Vcc时,则s=O,使电路的输出端 发生翻转,U。由低电平改变为高电平,即Uo=l。取此同时,电路内部的放电开 关被打开,电源通过RT向CT充电,暂稳态起头。颠末一段时间tD之后,cT上 的充电电源上升到太于2/3Vcc时,它的TH输入端达到高电平,即R=l,于是 电路又从头翻转回到本来的稳态,即Uo=0。这时,内部放电开关从头接通,CT 上的电荷敏捷放电到0,为下一次触发翻转做好预备。to为暂稳态时间,可由式 2--49求出,即: tD=1.1RTCT (2--49) 电子科技大学硕士论文 图2—17(b)给出了脉冲触发式单稳态电路的各点波形圈。从图中能够瓣 建,袭謦稳态期楚b蠹出璎戆皴发弥跨是不怒做零的。 电子科技大学硕士论文 第三章湿度传感器的设想取制做 湿度传感器的湿敏电容芯片所用电介质为无机硅嵌段聚酰亚胺(如图3一 1),它属于高聚合物(当前简称高聚物)。高聚物的极化、介电、介电 损耗等电学性质都取高聚物的贫子布局相关,而高聚物的电学性质,将间接影响 到湿度传感器的活络度。所以,正在这里有需要引见一下高聚物的电学性质及物理 性质。 f》二》‰古。舌㈨t N。。 -}#o⑦二》o 图3—1无机硅嵌段聚酰亚胺 3.1高聚物的极化取介电机能 3,I.I高聚物的极化取极化形式 正在凡是环境下,任何电介质,对电表示为中性,即其平均电荷分布为零。但 正在外电场感化下,内的电荷发生弹性位移,或偶极子转向陈列,使介质 呈极性,这种现象称为极化[251。 电介质的极化,次要有三种形式:位移极化(极化)、转向极化(偶极 极化)和空间电荷极化。 I.位移极化 这品种型的极化包罗电子极化和原子极化两种环境。 电子极化是因为电介质华夏子的电子云,因受外加电场的感化,对原子 核发生弹性位移而发生的。而原予极化是由中的化学键的键长和键角的变化 惹起的。 正在交变频次范畴内所有电介质都发生位移极化。的非极性电介质的极化 次要是这一形式,它们的s都较小,约为2摆布a 电子科按大学硕士论文 2+ 转向极化(又称偶极转向极化或偶极败坏极化) 含商固有偶极矩(如极性, o o 极性基团)的极性材料,正在无电场 Q护 四固 时,他们是芜杂陈列的,偶极娠矢 莎@ ∈》∈3 量之和等于零:加上电场后,偶极 吣秒 G◇C为 子将沿电场标的目的陈列,使沿电场方 (8) (b) 自褐极矩矢量的总和不等于零,这 种极化称为转向极化。极化过程如 圈3—2转蠢极纯示意谶 图3—2所示。极性液体、极往潮体 都有这种极化。 因为偶极予沿电场标的目的转向陈列需要降服惯性和遭到凝结体内部粘性对转 动的阻力.所以完成这种极化过程需要较长的时间(10‘2~lO。。秒),并要耗损 必然的电能。 偶极转向极化常遭到热活动的于扰,热活动老是力求馒偶极恢复到任慧 陈列的形态。当除去电场时,偶极转向也并不妥即消逝,由于偶极恢复别肆意排 列的形态也需要必然的时越,这军申现象叫偶投败坏,所以这静极化也Bq偶投松媳 极化。 ~般浇束,转向投化取电场馋餍的时闯有暌显关系,当做髑畦闻太短时,其 偶极转向极化不克不及实现,极化强度就比力低;当电场感化时闻较长时,偶极予的 转向可以或许实现,极化强度比力离。所以转向极能和频次毒缀大瓣依鳆关系。 3黛问电荷极化 位移投纯帮转}毒极倦罄是出嚣子嚣中寒缚电饕运秘发生懿。疆正在毫聚魏 电介质中,总存正在有必然的导电性,即正在容积内存正在若干可迁徙的电子藏离子。 正在终电场做曩下,负电萄朝阳极,正奄旖自阴极迁徙丽弓l起电导电流。蠢载漉予 迁徙途中,可能碰到障碍,正在材料的体内或界面上被俘获或正在电极附近不克不及及时 邈敖咆器连系,这秘萃孛弱素帮使嶷聚物窀分震中形残宏鼹麴窆闲逛萤。空阉电碧 的呈现,正在容积中发生宏不雅的极化电荷,也使电介质的电容增大。这种极化称为 窆阍电赫投l乏。 正在不服均电介质中,当电场感化后,电子或离子正在非均相的交代面处发生堆 积,呈瑰极亿现象,称为赛面板纯或夹层极化。这释极亿属于空间邀萄裰纯的~ 种形式。 空鬻毫蘩擐纯所需豹霹瑟瑟长,为10-2~104移,蘼鼗它发生正在更低频次葱 围内。 电子辩技大学硕士论文 电介质中若是仪惹起呶予极化,此极化可用正在光频下的介电系数吒测堂。 毛=扩 (3—1) 式中拽受电夯震怼必戆辑射拳。某些邀分矮,铡如苯,其孛礁~雩l起极她豹要素, 就是电子极化,其介电系数正在光的频次以致频次为零的范畴内均相镩。某些非极 性藏聚物(如聚乙爝、聚乙爝、聚苯乙矮等)也是这撵,其g-取毋兹数值很 接j驻.且嚣不受频次和温度的影响。 对子极性褰聚物,其£#,这说硬,除了电子极化以终,还存正在其戆形式 的极化。占取n2差值愈大,暗示其他极化所占的份量越大。 3.1.2离聚物的介电 分析反映电介质材料极化行为的一个次要宏不雅物理量冕介电£。它暗示 电容器(两极叛间)正在有电介质时的电容取正在实空形态(无电介质)时的电窬相 比力时的增加倍数精甜。 假设正在乎行扳电容器的两极扳土充以必然豹自出电萄,鲞两极板存正在电分质 时.两板的电位差老是比没有电介质存正在时(实空)低,这怒因为介质的电极化, 正在流露上呈现的感戍电荷部门的屏障了极扳上的电荷所发生的静电场的来由。根 据静电场理论,电容器极板上的电荷密度用矢量D(电位移)暗示,其标的目的 从自出正电荷指向负电蘅,单元取极化强度分歧。 . 正在实空形态,椴板上的电位移D取外加电场E的关系为: D=eoE (3—2) 式中:60称为线。Km~。 当两极板洒充以平均毫介质时,因为毫介质的极化俸丽,电

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