电容式聚合物露点计之自动品质检测系统 - 2013/10 机械月刊

电容式聚合物露点计之自动品质检测系统研制(自撰)

摘要: 本研究目的在建构低湿度环境控制与电容式聚合物露点计之自动品质检测系统，系统包含PC 控制器(含人机介面)、实验腔体、双流量阀控制模组、露点感测器、露点仪MBW973、露点计微处理器晶片模组、资料撷取模组、通讯系统及线性补偿系统。本研究首先建构可控制露点量程之实验腔体，再将露点感测器安装于实验腔体中，进行露点的量程检测。由PC 端透过DAQ 卡输出电压控制双流量阀以控制腔体湿度(-60℃~20℃)，藉由冷镜面式露点仪MBW 973 作为参考标准源。并运用伺服回授控制干、湿空气的流量控制阀，来达到低露点至高露点的混流量测。参考IEC 61298-2 规范完成系统在不同湿度下之输出讯号控制完成自动品质检测系统。本系统可设定各人机介面参数与品质检测模式、标准参考源参数等并自动记录与输出品管报表，完成品质检验。本研究透过自动量程实验设计，建立了干湿控制阀输出匹配与回授机制，完成露点测试腔体之流量控制参数。各量程的目标露点藉由伺服回授控制皆可以使腔体达到所要求的±1℃范围内。

关键字：湿度、露点、电容式聚合物露点计、资料撷取、品质检测。
一、前言
湿度在许多的产业中，如纸张工业、食品业、电子产业等，是环境中重要之物理参数。假如忽略了水气的产生，将可能会造成仪器或设备的损坏，或是管道的腐蚀。因此对于湿度的量测与监控，在各产业中变得越来越重要。近年，和温湿度及露点相关的研究主题及量测技术开发，也逐渐盛行[1-8]。

目前最常见的电子式相对湿度计为电阻式或电容式。这两种湿度计是依据感测元件之电子物性变化而分类，以电阻改变作为讯号为电阻式，同理以电容变化作为讯号为电容式。加工方法的不同，导致有不同的特性，互有优缺点，端看使用者的选择[6,9]。

电阻式相对湿度计以聚合物作为基底，跟电极结合，当相对湿度产生变化会引起离子导电性不同造成电阻改变。电阻式元件根据一个稳定聚合物材料，产生稳定的讯号变化，可是在高浓度的腐蚀环境依然会伤害感测元件。一般的电阻式相对湿度计在低于15﹪RH 环境下表现不尽理想，不过一般相对湿度计也没好表现。在接近100﹪RH 时，电阻式相对湿度计有好的性能[4]，这不是电容式相对湿度计所能相比。

电容式聚合物式的感测器常作为相对湿度的检测方式，并藉由待测计上简易的温度量测来达到对于露点的检测功能。电容式聚合物式相对湿度计是使用聚合物薄层跟电极结合，并置于上下两电极之间，当水气吸附在薄层上，相对湿度产生变化会引起离子导电性不同，会改变介电系数。一般此类型湿度感测器的材料需具备低介电常数（约3~4 Fm-1）与高电阻的特性，由于水的介电常数为80(Fm-1) ，当材料随着吸湿量的增加时，介电常数值随着环境湿度会有增加的趋势，此现象可让电容变化与相对湿度有一正比的线性关系[9]。

二、电容式聚合物露点计与稳定湿度环境控制

2.1 电容式聚合物相对湿度计与露点计

电容式聚合物式相对湿度计的基本构造是使用聚合物薄层跟电极结合，并置于上下两电极之间，制作在玻璃与陶瓷基板上面，如图1 所示[10]。当水气吸附在薄层上，相对湿度产生变化会引起离子导电性不同，会改变介电系数。相对湿度越高，电容值会增加，如图2 所示[11]。此型湿度计如同其他形式相对湿度计一样，曝露在污染和极端条件的环境下，准确性会下降，但因为材料的改进，电容式相对湿度计可以在高温（100℃）环境使用，且线性度佳为其优点。

而检测电容变化有几个方法，例如以电感与电容L-C 振荡电路为主要构造，依振荡频率的改变侦测湿度的方法，也有利用频率变化量测湿度的方法[11]。



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