专利名称：湿度和水分传感器的线绕电容的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对湿度和水份的敏感元件的制作。
现有技术用于检测湿度和水份的传感器主要可分为水分子亲和力型与非水分子亲和力型。依靠水分子吸附于传感器的感湿膜而引起传感器电参数变化的传感器属于水分子亲和力型，而不依赖于水分子吸附过程的传感器则归入非水分子亲和力型。当前实际使用的湿度和水份传感器主要是水分子亲和力型的。
水分子亲和力型的湿度和水份传感器又可分为检测传感器感湿后电阻变化的电导型传感器和检测传感器感湿后电容变化的电容型传感器。目前，电导型传感器普遍存在长期稳定性、可靠性欠佳的缺点、在组织科研课题研究这类电导型传感器退化机理的同时，人们正把目光移向稳定性和可靠性较好的电容型传感器。
在电容型湿度传感器方面，现行技术已发展了微孔三氧化二铝、微孔二氧化硅和高分子薄膜等类型的湿度传感器。它们分别以微孔三氧化二铝、微孔二氧化硅和吸湿树脂薄膜为感湿材料，在这类感湿材料薄膜的两面制作电极。
现行电容湿度传感器的共同特征是有一个平面感湿薄膜，膜的两面有金属电极。由于感湿膜通常只有几十微米厚，为实现这一特征构造而制定的工艺过程只能将电极和感湿膜的制作形成一个完整的工艺过程。即每一现行电容传感器其薄膜制作过程必须与电极制作过程相关联，或反之电极制作过程必须与薄膜制作过程统一安排。现行电容湿度传感器这种特征构造的共同缺点是(1)感湿材料被工艺限定，难以根据需要灵活变化感湿材料，(2)一旦传感器处于结露状态，因两电极之间导电而产生误报。
本实用新型目的是提供一种制作电容湿度和水份传感器的线绕电容及其传感器。
本实用新型的技术解决方案是，以至少二根涂有薄绝缘层的导线并绕，且分为两组，其中每组各引出电极，在用二根导线绕制时，这两根导线就构成了传感电容；绕制时一般以两根导线一起绕多圈，平绕比乱绕稳定可靠，一致性好。β=ln[2(rr0)2+2rr0(rr0)2-1-1]]]>其中σ＝8.85pf/m，n为每根导线所绕的匝数，L为导线的长度(取两导线等长)，r和r0分别为连周绝缘层和光导线芯的半径，如用漆包线，按我国通常标准，1型线的r/r0约为1.18，II型线的r/r0约为1.29，当n＞＞1时，可以估算出并行密绕后的每米电容值约为1型C/L90pf/m，II型线C/L70pf/m，实际测量值基本与此相符，证明这一估算的正确。一般绕制50pf～200pf电容(干燥空气内)即可满足制作湿度传感器的需要。用此公式容易推到多股导线平绕的情形。
本实用新型的进一步改进包括；每根导线头尾相接并引出电极，绕制时两根导线平行密绕，绕制在绝缘骨架上，骨架的绕制面为柱齿状面，以便于线圈双面透气良好。
本实用新型本身即是一种独特的湿敏和水分传感器，可用于直接传感电极间空气水分子的质量，实现湿度的绝对测量。又可利用涂布、喷涂、真空蒸发沉积法等在该电容间隙涂上适合不同需要的各种吸湿材料，形成各种参数和性能的新型电容湿度和水份传感器。具备长期稳定、可靠的使用特性。
以下结合附图和通过实施例对本实用新型作进一步说明
图1给出了用于湿度传感器的线绕电容结构图，它由骨架1、引线脚2、4和两根外表涂覆绝缘层的导线3和5构成。绕线骨架1选用耐温、耐腐蚀的高分子绝缘材料注塑成型。绕线骨架的柱齿轮状外缘是为了保证制成的传感器具有良好的透气性能。引线脚2和4为镀镍导线制作，构成电容电极的两只导电引线脚。导线3和5的材料完全等同且长度相等，并行密绕于骨架1上。导线3的两端均焊接于引线脚2，导线5的两端均焊接于引线脚4。导线3和5的外表涂覆有耐温、耐腐蚀的薄层绝缘物。由此构成线绕电容电极。图2为本实用新型的线绕电容涂布二氧化硅溶胶后制得的湿度传感器的湿度—电容响应曲线。
绝缘绕线骨架高6mm，外园直径10mm，边缘加工成柱齿轮状，用聚砜注塑成型。引线脚2、4各为直径0.8mm长15mm的镀镍线。其中5mm长的部分在注塑工艺过程中置入聚砜骨架内。导线3和5选用漆包园铜线。该线为漆层加厚型、绝缘层为聚氨酯。取标称直径0.07mm、长950mm的线两根，将两根线的一端分别焊至引线脚2和4。将两线沿着绝缘骨架并行密绕30匝，将剩下的两线的另一端各焊至每一线原先焊接的接线脚上，即完成线绕电容的制作。制作过程中以及制作完毕后保持绕线平行、紧密。绕制完毕后将所制成的线绕电容接入电容测量仪表检查电容量(干燥空气中)，应为70pf左右。20伏直流电压下此电容电极的漏电流小于1×10-9安培，漏电电阻大于20000MΩ。
将上述吸湿材料涂布于本实用新型的线圈上，能制成适应不同环境气氛的性能稳定可靠的湿度传感器。多根导线并绕，分为两组，绕较少匝数即可达到所需要的电容量。
线绕电容电极在湿度和水份测量中的应用。
(1)用于烘干机干燥监控。
烘干机通常工作于100℃附近。考虑到水的比容为1250和水的介电常数约为76，则在此温度下每100％相对湿度的变化引起电容的相对变化为ΔCC0=761250=.6%]]>目前的电子线路技术测量电容的精度已达到1/1000，用特别的设计还可进一步提高精度。若配以温度传感器，可以直接利用本技术提供的线绕电容测量烘干机中水蒸汽的相对湿度或绝对湿度，相对湿度的精度2％，绝对湿度的精度(以水蒸汽分压计量)为2×103Pa(2)用于常温常湿下的湿度测量将各种合适的感湿材料通过涂布、喷涂、真空蒸发沉积或其它方法制作至本技术提供的线绕电容电极间可以获得测量相对湿度的传感器。感湿材料可以选择金属或非金属氧化物、盐类、高分子吸湿树脂类，以及其它具有感湿功能的材料，以适应实用中关于耐温湿度冲击、耐氧化气或还原气氛，耐腐蚀气或其它要求。只要所选用的感湿材料性能稳定而且在使用环境下不蒸发、流失，不与环境气发生化学反应，所制成的湿度传感器为稳定、可靠的。
(3)用于干燥气中的水份测量传感器的开发研究。
在本技术提供的线绕电容间制作微量水份气氛下吸湿性强的材料，可以制作用于微量水气测量的传感器。由于在制作对微量水敏感的材料过程中难以避开酸类材料，而本技术所提供的线绕电容具备耐酸腐蚀性能，因此可以在线绕电容电极上制作微量水气传感器。
本实用新型的其它实施方式包括①不同线径的选择。直径一般在0.02mm-0.2mm之间选用，同样长度的绝缘导线制得的电容基本相当，小的线径制成的线绕电容体积小，但大的线径绕制较易。②不同绝缘薄层材料的选择。可选用聚酯、聚氨酯，聚酰亚氨等亦可发展聚四氟乙烯涂层。③绕制方式的选择。为精确消除导线绕制后的电感，可采用常用的消除电感的绕法，但其它绕法对制作的湿度传感器性能没有明显的影响。
权利要求1.一种用于湿度和水份传感器的线绕电容，其特征是以至少二根涂有薄绝缘层的导线并绕形成电容，且分为两组，其中每组各引出电极。
2.由权利要求1所述的线绕电容，其特征是在以两根导线绕制时，每根导线的头尾相接并引出电极。
3.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是导线平绕在绝缘骨架上，在骨架上胶接或注塑预置引线脚。
4.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是以漆包线平行密绕。
5.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是骨架的绕制面为挂齿轮面。
6.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是消除电感法绕制。
7.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是线绕电容取50～200pf。
8.由权利要求1、2所述的线绕电容，其特征是可以在线绕电容上涂布金属或非金属氧化物，盐类、高分子吸湿树脂或其它具有感湿功能的材料。
9.由权利要求8所述的线绕电容，其特征是涂上二氧化硅溶胶、吸湿树脂，氯化锂等卤化物。
专利摘要用于湿度和水分传感器的线绕电容,以至少二根涂有薄绝缘层的导线并绕,且分为两组,其中每组各引出电极。在用二根导线绕制时,这两根导线就构成了传感电容。一般以两股漆包线绕制。其本身及涂布吸湿材料可形成各种湿度及水分传感器,具备长期稳定,可靠使用的特点。
文档编号G01N27/22GK2282185SQ9523907
公开日1998年5月20日 申请日期1995年1月20日 优先权日1995年1月20日
发明者高学奎, 史莹冰 申请人:南京大学