[发明专利]对称双泵结构的高温湿度传感器

说明书

本发明一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层、第一出气通道层、第一固体电解质层、第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层，所述加热器层、第一出气通道层和第一固体电解质层与第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层呈上下对称分布；所述第一固体电解质层上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极和下公共电极。本发明采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；并通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性。

技术领域

本发明涉及一种湿度传感器，尤其涉及一种对称双泵结构的高温湿度传感器。

背景技术

湿度传感器是一类重要的电子元件，在环境与气象监测、工业生产监测与过程控制、航空航天等领域有着广泛的用途。湿度传感器主要包括电解质型、半导体型及高分子型等，电解质型湿度传感器原理简单、成本低廉，但测量范围窄、可重复性差、使用寿命短，更不能长期应用于高湿环境中；半导体型湿敏器件性能稳定、检测范围宽、生产简单、成本低，但温度系数较高、重复再现性较差；高分子型湿敏器件的灵敏度高，应用也较为广泛，但响应慢，在高温和高湿环境下的稳定性差。目前，低温环境（温度低于100℃）的湿度测量技术已经较为成熟，然而，要求在高温下监测湿度的场合也越来越多，比如纺织、造纸、水泥、锅炉、食品加工、木材干燥、金属冶炼等涉及工艺条件与质量控制的工业过程湿度测量与控制。因此，迫切需要开发出能在高温、高湿等苛刻环境进行湿度测量的新型湿度传感器。

CN103698358B公开了一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器及其制备方法，利用暂态自反馈微弧氧化技术在高纯铝薄片上制备一层稳定的多孔α-Al₂O₃陶瓷膜为感湿介质层，从而使Al₂O₃湿度传感器改善或克服了长期漂移、结构不稳定的问题。但该传感器不适合高温高湿环境的湿度测量，其工作温度局限于10-80℃。

为改善多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器对环境温度的限制，CN103543190B公开了一种高温湿度仪，其中，传感器为极限电流型氧化锆氧传感器，该极限电流型氧化锆氧传感器上连接有预加热电路。对于该专利的单泵设计，湿度是通过分析泵电池在低电压与高电压下的回路电流而获得的，这就要求泵电压必须在低电压与高电压之间周期性的来回跳跃来测量泵电流以计算湿度，因而单泵设计无法实现连续的即时测量，而且该传感器还需要额外地加热单元，造成使用的不便。

为了解决现有技术中测量不连续，且单独设置加热单元的不便，涉及本发明的一种对称双泵结构的高温湿度传感器。

发明内容

本发明目的在于提供一种对称双泵结构的高温湿度传感器，该传感器采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；并通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层、第一出气通道层、第一固体电解质层、第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层，所述加热器层、第一出气通道层和第一固体电解质层与第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层呈上下对称分布；

所述第一固体电解质层上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极和下公共电极，所述第一泵电极分布在第一固体电解质层与第一出气通道层之间，所述第一泵电极通过导线连接在第一泵电极过孔上；所述下公共电极设置在第一固体电解质层上与第一泵电极相背的一侧，所述下公共电极通过导线连接在下公共电极过孔上，所述第一泵电极过孔和下公共电极过孔分布在第一固体电解质层上，所述第一固体电解质层上还设有第二电极过孔，所述下公共电极过孔、第一泵电极过孔和第二电极过孔呈三孔插座式排布；