BG110Y1 - Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor - Google Patents
Converter with temperature offset for capacitative humidity sensor Download PDFInfo
- 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
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N chromium gold Chemical compound [Cr].[Au] RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
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 С5,С6, 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=С(=Со /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 К3=К4=Ко мултивибраторът е симетричен с коефициент на запълване 0,5. Интегриращите вериги осъществяват пълзящо осредняване на изходните напрежения на двата транзистора с времеконстанта τ =К3С3=К4С4, 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,=С2=С5=С6-20 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)
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) |
-
1992
- 1992-05-27 BG BG96385U patent/BG110Y1/en unknown
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 |