BG110Y1 - Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor - Google Patents

Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor Download PDF

Info

Publication number
BG110Y1
BG110Y1 BG96385U BG9638592U BG110Y1 BG 110 Y1 BG110 Y1 BG 110Y1 BG 96385 U BG96385 U BG 96385U BG 9638592 U BG9638592 U BG 9638592U BG 110 Y1 BG110 Y1 BG 110Y1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
converter
capacitor
humidity
humidity sensor
layer
Prior art date
Application number
BG96385U
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG96385U (en
Inventor
Anton A Tanev
Evgeni Kh Donev
Danko M Ivanov
Tsenka I Tsacheva
Original Assignee
Tanev
Donev
Ivanov
Tsacheva
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tanev, Donev, Ivanov, Tsacheva filed Critical Tanev
Priority to BG96385U priority Critical patent/BG110Y1/en
Publication of BG96385U publication Critical patent/BG96385U/en
Publication of BG110Y1 publication Critical patent/BG110Y1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

The converter is used in devices for the measurement and monitoring of the relative humidity of gases, especially of the atmospheric air. It is sensitive and accurate in a wide temperature and humidity range, makes linear convertor, has differential voltage output and simplified electrical circuitry. The converter consists of a multivibrator with two symmetric outputs each having an integration RC-circuit on each of the outputs. The multivibrator is built of two identical transmitors T1 and T2, in the time-setting RC-group of one of them a capacitative sensor for humidity Cx is included, and in the time-setting group of the other one an analogical sensor Ct is connected, the humidity sensitive layer (4) of which is insulated from direct contact with the environment by means of a vacuum applied layer of a precious metal (5), impermeable for the water vapours. (11) 111

Description

Полезният модел се отнася до преобразувател с температурна компенсация за капацитивен датчик за влажност и намира приложение за измерване на относителната влажност на газови среди, по-специално на атмосферния въздух в широк температурен диапазон.The utility model relates to a temperature compensated converter for a capacitive humidity sensor and is used to measure the relative humidity of gaseous media, in particular ambient air over a wide temperature range.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е линеен преобразувател капацитет - напрежение /за малки промени на капацитета/, който намира приложение при капацитивните датчици за влажност.Known linear converter capacity - voltage / for small changes in capacity /, which is used in capacitive humidity sensors.

Преобразувателят съдържа мултивибратор с два симетрични изхода и по една интегрираща КС верига К,Ср респ. К2С2 за всеки от изходите, изграден от два еднакви транзистора Тр респ.Т2 кондензаторът С3 на времезадаващата група, състояща се от резистор К3 и кондензатор С3, втория транзистор Т2 представлява капацитивен датчик за влажност, времезадаващата група на първия транзистор Т1 е изградена от резистор К4 и кондензатор С4, като кондензаторът С4 е температурно стабилен опорен кондензатор с капацитет, равен на капацитета на датчика в сухо състояние. Температурната стабилизация на схемата се постига с подбор на транзистори с еднакви характеристики и температурно стабилни резистори с опорен кондензатор С4 във времезадаващите КС групи.The converter contains a multivibrator with two symmetrical outputs and one integrating CS circuit K, C p resp. K 2 C 2 for each of the outputs, made up of two identical transistors T p or T 2, the capacitor C 3 of the setting group consisting of resistor K 3 and the capacitor C 3 , the second transistor T 2 is a capacitive humidity sensor, the setting group of the first transistor T 1 is constructed of resistor K 4 and capacitor C 4 , the capacitor C 4 being a temperature-stable supporting capacitor with a capacity equal to the capacity of the sensor in the dry state. The thermal stabilization of the circuit is achieved by the selection of transistors with the same characteristics and temperature-stable resistors with a capacitor C 4 in the time-setting CS groups.

Недостатъкът на известния преобразувател / при собствената му висока температурна стабилност/ е липсата на елемент, компенсиращ температурната зависимост на диелектричната проницаемост на капацитивния датчик за влажност, което ограничава приложението на преобразувателя само към датчици с висока температурна стабилност.The disadvantage of the known converter / at its own high temperature stability / is the lack of an element that compensates for the temperature dependence of the dielectric constant of the capacitive humidity sensor, which limits the application of the converter only to sensors with high temperature stability.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL NATURE

Задачата на полезния модел е да се въведе в схемата на преобразувателя подходящ елемент, компенсиращ температурната зависимост на диелектричната проницаемост на влагочувствителния слой на датчика, с което да се разширяват възможностите за приложение.The task of the utility model is to introduce in the converter circuit a suitable element that compensates for the temperature dependence of the dielectric constant of the moisture sensitive layer of the sensor, thus expanding the application possibilities.

Задачата на полезния модел е решена чрез преобразувател с температурна компенсация за капацитивен датчик за влажност, който съдържа мултивибратор с два симетрични изхода и по една интегрираща КС верига ^С,, респ. К2С2, на всеки от изходите, изграден от два еднакви транзистора Тр респ. Т2, кондензаторът С3 на времезадаващата група, състояща се от резистор К3 и кондензаторът С3 на втория транзистор Т2, представлява капацитивен датчик за влажност, времезадаващата група на първия транзистор се състои от резистор К4 и кондензатор С4, като кондензаторът С4 представлява ситалова пластинка, върху която са разположени компланарни гребенообразни електроди, електроизолационен слой, с нанесен върху тях полимерен слой, покрит с хромов-златен метален слой с дебелина, по-голяма от 0,1 μ т, и слой от М§Р2, непроницаем за водните пари.The problem of the utility model is solved by a temperature compensated converter for a capacitive humidity sensor, which contains a multivibrator with two symmetrical outputs and one integrating CS circuit ^ C, respectively. K 2 C 2 , at each of the outputs, constructed by two identical transistors T p or. T 2 , the capacitor C 3 of the timing group consisting of resistor K 3 and the capacitor C 3 of the second transistor T 2 is a capacitive humidity sensor, the timing group of the first transistor consists of resistor K 4 and capacitor C 4 , such as the capacitor C 4 is a sital plate on which are located coplanar comb electrodes, an electrical insulation layer with a polymer layer coated with a chromium-gold metal layer with a thickness greater than 0.1 μ and a layer of M§P 2 , impervious to water vapor.

Предимството на полезния модел е възможността за използване в широк температурен диапазон на капацитивни датчици с полимерни полярни диелектрични слоеве, които имат висока влагочувствителност, но значителна температурна зависимост на диелектричната проницаемост.The advantage of the utility model is the ability to use in a wide temperature range capacitive sensors with polymer polar dielectric layers, which have high humidity, but a significant temperature dependence of the dielectric constant.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE FIGURES Attached

Примерно изпълнение на полезния модел е показано на приложените фигури, от които: фигура 1 представлява термочувствителен компенсиращ елемент;An exemplary embodiment of the utility model is shown in the accompanying drawings, of which: Figure 1 is a thermosensitive compensation element;

фигура 2 - електрическа схема на преобразувателя.Figure 2 is an electrical diagram of the converter.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLES FOR THE IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Основа на термочувствителния елемент е правоъгълната ситалова пластинка 1, върху която са нанесени хромово-златните компланарни гребенообразни електроди 2 и 3, покрити с електроизолационен слой 4. Полимерният слой 5 със същия състав и дебелина, каквито са използвани при датчика за влажност, е покрит с хромово-златен метален слой 6, върху който е разположен влагонепроницаем слой 7 от ΜβΡ2.The basis of the thermosensitive element is a rectangular sieve plate 1, on which chromium-gold coplanar comb electrodes 2 and 3 are coated with an insulating layer 4. The polymer layer 5 with the same composition and thickness as used in the humidity sensor is chromium-gold metal layer 6, on which is placed a moisture-proof layer 7 of ΜβΡ 2 .

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ПОЛЕЗНИЯ МОДЕЛAPPLICATION OF THE USEFUL MODEL

Действието на термочувствителния елемент е еквивалентно на действието на два последователно свързани кондензатора, единият от които е образуван от гребенообразната ивица 2 и разположената над нея част от металния слой 6, а другият - от гребенообразната ивица 3 и съответната й част от слой 6. Температурната зависимост на капацитета се определя от вида на използвания полимер и работната честота.The action of the heat-sensing element is equivalent to the action of two series-connected capacitors, one of which is formed by the comb-like strip 2 and the metal layer 6 above it, and the other by the comb-strip 3 and its corresponding part from the layer 6. The temperature dependence The capacity is determined by the type of polymer used and the operating frequency.

Преобразувателят /фиг.2/ се състои от мултивибратор, образуван от еднаквите транзистори Т, и Т2, резисторите К3 = К4, К5 = Е6, филтровите кондензатори С56, донастройващия кондензатор С7, датчика за влажност С3 с влажното и температурно зависим капацитет Сх и термочувствителния елемент С4 с температурно зависим капацитет С(. Изходните интегриращи вериги на двата транзистора са образувани от К, и С,, съответно К2 и С2, с еднакви стойности на елементите за двете вериги. Резисторите К7 и К8 служат за регулиране нивото на изходното напрежение / при товар на изхода с големина 1 к Ω /. Стойността на захранващото напрежение се избира според елементите на схемата така, че средно аритметичното /във време/ напрежение върху С3 и С4 да бъде близко до нула, за да се избегне остатъчна поляризация на полимерните диелектрични слоеве.The converter / figure 2/ consists of a multivibrator formed by the identical transistors T, and T 2 , the resistors K 3 = K 4 , K 5 = E 6 , the filter capacitors C 5 , C 6 , the tuning capacitor C 7 , the humidity sensor C 3 with the wet and temperature dependent capacitance C x and the temperature sensitive element C 4 with the temperature dependent capacitance C ( . The output integrating circuits of the two transistors are formed by K, and C ,, respectively, K 2 and C 2 , with the same values of the elements for the two circuits.K 7 and K 8 resistors serve to regulate the output voltage level / at output load of 1 k Ω / The value of the supply voltage is chosen according to the elements of the scheme so that the arithmetic mean / in time / voltage on C 3 and C 4 is close to zero, in order to avoid residual polarization of the polymer dielectric layers.

Действието на преобразувателя е следното. При еднаква температура и в сухо състояние Сх(о /поради еднаквата технология на изработката/. Малките разлики между тях се изравняват с донастройващия кондензатор С?. В този случай на колектора на Т, се получават правоъгълни импулси с амплитудата ио и продължителността Т]=0,7К4Со, съответно при Т2 12 = 0,7 К3Со. При К34о мултивибраторът е симетричен с коефициент на запълване 0,5. Интегриращите вериги осъществяват пълзящо осредняване на изходните напрежения на двата транзистора с времеконстанта τ =К3С34С4, която обхваща /по порядък/ по 10 броя от изходните импулси за всеки от Т1 и Т2. Точките 1 и 2 имат потенциал /спрямо маса/.The effect of the converter is as follows. At the same temperature and in the dry state C x = C ( = C o / due to the same manufacturing technology). The small differences between them are equalized with the tuning capacitor C ? . In this case, rectangular pulses with the amplitude io are obtained on the collector T. and duration T] = 0.7K 4 Co, respectively at T 2 1 2 = 0.7 K 3 Co At K 3 = K 4 = K o the multivibrator is symmetric with a fill factor of 0.5 The integrating circuits carry out a creeping averaging of the output voltages of the two transistors with a time constant τ = K 3 C 3 = K 4 C 4 , which covers / in order k / 10 pieces of output impulses for each of T 1 and T 2. Points 1 and 2 have potential (by mass).

и, = и - = и / о о' 2and, = and - = and / o o '2

К,С + К4С о 4 о и2 = ко К°С° =и/2 2КСK, C + K 4 C o 4 o and 2 = to K ° C ° = and / 2 2КС

О 0O 0

В този случай диференциалното изходно напрежение е и = и - и, = о изх 2 1In this case, the differential output voltage is i = and - and, = o out 2 1

При промяна на температурата и влажността датчикът за влажност и термочувствителният елемент изменят капацитета си съответно доWhen the temperature and humidity change, the humidity sensor and the thermostat element change their capacity accordingly to

С = С + АС + АС С, = С + АС,C = C + AC + AC C, = C + AC,

X О X XV 1 о I като А Сх е промяната на капацитета при постоянна температура вследствие на адсорбцията на влага; АСх, - промяната на капацитета при постоянна влажност поради промяна на температурата на капацитивния датчик за влажност АС, - промяна на капацитета на термочувствителния елемент при промяна на температурата. Експерименталните резултати показват, че АС, и АСх, имат еднакъв знак и са от един и същ порядък за широк температурно - влажностен диапазон. Величините С , АСх, С са в намаляващ порядък, поради коетоX O X XV 1 o I as A C x is the change in capacity at a constant temperature due to moisture adsorption; AC x , - change of capacity at constant humidity due to change of temperature of capacitive humidity sensor AC, - change of capacity of the thermo-sensitive element at change of temperature. The experimental results show that AC, and AC x , have the same sign and are of the same order over a wide temperature - humidity range. The quantities C, AC x , C are in decreasing order, which is why

К , ч·*· Гс._ С.„ + <.Се __K, h · * · Gs_ S. „+ <.Se __

Яв аСъь * С* * +лСхк и»*9{с.+АС* / δСк(г м*' (с.ι-с,,Λί.χί4^ иЧх-и4 сГА-гкато дС = АСх, - АС, се дължи на различното физико-химично състояние на двата датчика /при еднаква температура/, вследствие на адсорбираната влага от единия от тях. В зависимост от вида на използвания полимер 0С е на порядък по-малко /или най-много равно/ на АСх,, като равенство се достига при АС, = 0, съответстващо на температурно стабилен полимерен диелектричен слой. CALL aSay * C * + lShk and »* 9 {a. + AS * / δSk (y m * '(s.ι c ,, Λ ί. Χί 4 ^ and S x-and 4-sGA gkato dC = AC x , - AC, due to the different physicochemical state of the two sensors (at the same temperature) due to the adsorbed moisture from one of them, depending on the type of polymer used, 0C is on the order of less / or at most much equal to AC x , as the equality is reached at AC, = 0, corresponding to a temperature stable polymer dielectric layer.

При конкретно изпълнение на преобразувателя с елементи Т,, Т2, 2Т3705Д, Κ=Κ=Κ=Κ6=500Ω ; К=К=40ш ± 1%In the particular embodiment of the converter with elements T, T 2 , 2T3705D, Κ = Κ = Κ = Κ 6 = 500Ω; K = K = 40 w ± 1%

С,=С256-20 пЕ при товар на изхода ΗΩ и след регулировка с тример-потенциометъра Κ?=2^Ω се получава иизх= 0 +-100 тУ за целия влажностен диапазон, при който АСх = ЮрР. Температурната зависимост е до 0.1% относителна влажност на 1°С.C, = C 2 = C 5 = C 6 -20 nE at output load ΗΩ and after trimmer potentiometer adjustment Κ ? = 2 ^ Ω is obtained and ref = 0 + -100 mU for the entire humidity range, where ACx = JurP. The temperature dependence is up to 0.1% relative humidity at 1 ° C.

Диференциалното изходно напрежение е удобно за вторично преобразуване с операционен усилвател, който го привежда към стандартни стойности спрямо маса.The differential output voltage is convenient for secondary conversion with an operational amplifier, which brings it to standard values relative to mass.

Claims (1)

Преобразувател с температурна компенсация за капацитивен датчик за влажност, който съдържа мултивибратор с два симетрични изхода и по една интегрираща КС верига на всеки от изходите, изграден от два 10 еднакви транзистора, кондензаторът на времезадаващата група, състояща се от резистор и кондензатор на втория транзистор, представлява капацитивен датчик за влажност, времезадаващата група на първия транзистор се състои от резистор и кондензатор, характеризиращ се с това, че кондензаторът /С4/ представлява ситалова пластинка /1/, върху която са разположени компланарни гребенобразни електроди /2 и 3/, които са покрити с електроизолационен слой /4/, а върху тях нанесен полимерен слой /5/, покрит с хромово-златен метален слой /6/ с дебелина, по-голяма от 0,1 μτη, и слой /7/ от ΜβΡ2, непроницаем за водните пари.Temperature compensated converter for capacitive humidity sensor, which contains a multivibrator with two symmetric outputs and one integrating CS circuit at each output, made up of two 10 identical transistors, a capacitor of a setpoint group consisting of a resistor and a capacitor, a capacitor is a capacitive humidity sensor, the timing group of the first transistor consists of a resistor and a capacitor, characterized in that the capacitor (C 4 ) is a sieve plate (1) on which there are coplanar comb electrodes (2 and 3) which are coated with an insulating layer (4) and a polymer layer (5) coated with a chromium-gold metal layer (6) with a thickness greater than 0, 1 μτη, and layer / 7 / of ΜβΡ 2 , impermeable to water vapor.
BG96385U 1992-05-27 1992-05-27 Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor BG110Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG96385U BG110Y1 (en) 1992-05-27 1992-05-27 Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG96385U BG110Y1 (en) 1992-05-27 1992-05-27 Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG96385U BG96385U (en) 1995-03-31
BG110Y1 true BG110Y1 (en) 1997-03-31

Family

ID=3924434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG96385U BG110Y1 (en) 1992-05-27 1992-05-27 Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG110Y1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG96385U (en) 1995-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schubert et al. A polyimide-based capacitive humidity sensor
FI96547C (en) Constant temperature hygrometer
Islam et al. Relaxation oscillator-based active bridge circuit for linearly converting resistance to frequency of resistive sensor
KR100351810B1 (en) absolute humidity sensor
Holc et al. Temperature characteristics of electrical properties of (Ba, Sr) TiO3 thick film humidity sensors
US4282480A (en) Apparatus for humidity detection
US7924028B2 (en) Method and system for adjusting characteristics of integrated relative humidity sensor
WO2005068990A1 (en) Methods and system for capacitive balancing of relative humidity sensors having integrated signal conditioning
GB2322452A (en) Electrical resistance type humidity sensor with temperature compensation
US5069069A (en) Moisture-sensitive element for moisture sensors
AU2007292328A1 (en) Method and apparatus for controlling the sensitivity and value of a capacitive humidity sensor
BG110Y1 (en) Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor
JPH07280767A (en) Humidity sensor and humidity measuring method
EP0086415B1 (en) Humidity sensitive device
Bull Methods of accurately measuring capacitive rh sensors
Baltes et al. Humidity-sensitive oscillator fabricated in double poly CMOS technology
JPH0517649Y2 (en)
JPH074525Y2 (en) Capacitive temperature sensor
JPS6442460U (en)
JPS6152945B2 (en)
JPS63144243A (en) Electrostatic capacity type humidity sensor
SU1583755A1 (en) Device for measuring nonelectric values
SU744305A1 (en) Electronic humidity meter
JP2513894B2 (en) Moisture sensitive element
JPS62220849A (en) Method and apparatus for measuring concentration of alcohol