[发明专利]湿度传感器

说明书

在所描述的示例中，一种装置(400)包括：至少一个电极(302)，其具有在衬底的第一表面上的基部并且远离基部延伸至端部；对置电极(425)，其与至少一个电极的端部间隔开并且具有面向端部的第一导电表面；以及具有腔体(322)的封装件(437)，该腔体(322)容纳至少一个电极、衬底和对置电极，该封装件具有配置为允许大气进入腔体的至少一个开口。

技术领域

本公开总体涉及传感器，诸如用于相对湿度(“RH”)测量的传感器。

背景技术

人体舒适的湿度水平取决于温度，并且空气能够容纳的水蒸气量随温度增加而增加，进行的大多数湿度测量都属于相对湿度或RH。相对湿度是给定温度下空气中的水蒸气量的度量。在许多应用中，相对湿度测量被用于适当调节空气以使人体舒适，或用于其他用途，诸如干燥、烹饪、冷却，或用于控制工业过程，诸如油漆、油墨的涂漆、印刷和干燥以及固化液体涂料。加热、通风和空调(“HVAC”)系统需要测量相对湿度，以改善或维持受控环境中的人体舒适度。相对湿度一般用百分比值来描述，其中100％ RH是露点或饱和度并且是在给定温度下测量的，因此湿度传感器和相对湿度仪器需要在进行RH测量时测量温度或接收温度。

模拟湿度计通常依赖于“湿球”原理，其中棉芯被放置在装有水的容器中，并且棉芯将水分带到温度计球周围的吸收材料中。空气流过该球并且“湿球”温度被记录。使用与湿球相邻或接近放置的干温度计球并且记录同期的干球温度。通过确定湿球温度计读数和干球温度计读数的温度差，可以通过使用以已知条件下的先前读数制成的仪器的实验观察图表来间接确定相对湿度。应注意，该方法测量温度，然后基于吸收材料的特性间接推断相对湿度。棉芯的吸收率和湿球与干球相比的温度变化对应于湿度，但测量结果是通过从先前结果推断RH来实现的，并且取决于棉芯材料的性质，即吸收能力，其可能会随时间变化，可能会随着材料的状况而变化并且仅与RH间接相关。

封装的间接感测湿度传感器可从Texas Instruments Incorporated公司获得。示例器件包括HDC2021、2022、2080、2019以及HDC1010和1080集成电路。在这些传感器中，聚酰亚胺材料通过器件封装件中的开口暴露于大气，其中聚酰亚胺材料的电气特性随着材料吸收水分而发生变化。器件封装件还容纳带有温度传感器的半导体器件。包括模数转换器(“ADC”)的集成电路可以连接到湿度传感器和温度传感器或与它们集成在一起。聚酰亚胺材料的电气特性随吸收的水分而变化，因此可以测量传感器材料在暴露于大气后的电导率或电阻。还使用器件上的温度传感器感测温度，并且通过使用这两个测量结果，可以通过使用器件的先前已知实验数据来确定相对湿度。同样，对随湿度变化的材料特性进行测量，然后确定相对湿度的推断值。该传感器依赖于特定吸收性聚酰亚胺材料的电气特性，但是，这种材料的特性会随着时间的推移而变化，并且会随着条件或器件之间的不同而变化。材料也可能变得过饱和，并且之前暴露在潮湿环境中会影响测量的准确性，甚至影响测量结果的可用性。在暴露于非常高的湿度环境之后，可能需要暂停器件的操作，同时加热器干燥聚酰亚胺材料，以便材料可以再次开始吸收水分。电气特性中的滞后效应可能会发生，即电导率测量结果可能会受到先前的吸收、饱和、解吸的循环以及材料的老化或其他条件的影响。在某些条件下，测量结果可能不如期望的可靠，并且随着材料老化可能变得不可靠。可用测量之间可能会出现延迟。可能需要重新校准或重新训练器件。

发明内容

在所描述的示例中，一种装置包括：至少一个电极，其具有在衬底的第一表面上的基部并且远离基部延伸至端部；对置电极，其与至少一个电极的端部间隔开，并且具有面向端部的第一导电表面；以及具有腔体的封装件，该腔体容纳至少一个电极、衬底和对置电极，该封装件具有配置为允许大气进入腔体的至少一个开口。

附图说明

图1是电极和对置电极(counter electrode)的框图。

图2是使用诸如图1所示的装置针对相对湿度对电晕放电电压所获取的数据点的曲线图。

图3A-图3B是可用于一种布置的电极的截面图，而图3C是使用电极的示例布置。