[其他]热-湿-气多功能敏感陶瓷元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种能检测温度-湿度-气体的多功能敏感陶瓷元件（或传感器）及其制造方法。

在工农业生产、贮存、运输以及日常办公和生活中，经常需要对周围环境的温度、湿度和各种气体等进行检测和控制，通常都是由几种不同功能的敏感元件完成的。实现由单个元件同时检测温度-湿度-气体，需要提供一种能对周围环境进行检测的多功能敏感陶瓷元件。日本新田恒冶和寺田二郎等人于1978年研制成热-湿两功能的敏感陶瓷元件，1981年报导由BaTiO₃-SrTiO₃系列敏感陶瓷元件检测温度-湿度（日本公开特许公报（A），特开昭56-110045），由MgCr₂O₄-TiO₂系列敏感陶瓷元件检测湿度-乙醇等还原性气体（日本公开特许公报（A），特开昭56-110044），前者已在空调机、烘干机和微波灶等方面的温度-湿度检测，后者已在微波灶、电烤箱等方面的湿度-还原性气体（乙醇、一氧化碳、硫化氢和氢气等）的检测得到了应用。其后，又在Ba_0.5Sr_0.5TiO₃中掺入MgCr₂O₄，提高了温度-湿度两功能敏感陶瓷元件的湿度感度和线性度（日本公开特许（A），特开昭58202）。由于BaTiO₃-SrTiO₃系列的热敏感度不高。而且上述几种两功能敏感陶瓷元件都不能由单个元件同时检测温度-湿度-气体，在使用范围上受到一定限制;同时采用温度-湿度和湿度-气体两套功能敏感装置，又将使成本上升。

本发明的目的在于提供一种新型多功能敏感陶瓷元件。对温度、湿度和还原性气体（例如丙烯、乙烯、乙炔和乙醇等）能同时进行检测。这就要求多功能敏感陶瓷元件对温度、湿度和丙烯、乙烯、乙炔和乙醇等还原气体都能以电信号进行检测;对温度、湿度和还原性气体进行检测的可分离性好、感度高、响应速度快、滞后小;而且抗氧化还原和耐热冲击性好。为此本发明采用电容量的温度变化率大、电阻量的湿度变化率大和电阻量的气体浓度变化率也大的P型金属氧化物陶瓷半导体BaTiO₃-BaSnO₃作多功能敏感陶瓷元件的基体材料，并且采用电参量分离，频率分离和温度分离技术，实现单个元件对环境气氛的温度-湿度-气体的检测。

附图说明：

图1为多功能敏感陶瓷元件结构示意图。

图2为多功能敏感陶瓷元件的旁热式加热器与支座构造示意图。

图3为多功能敏感陶瓷元件的工艺流程。

图4为多功能敏感陶瓷元件的热敏特性。

图5为多功能敏感陶瓷元件的湿敏特性。

图6为多功能敏感陶瓷元件的电容量、相对湿度和频率关系。

图7为多功能敏感陶瓷元件的电阻量、相对湿度和频率关系。

图8为多功能敏感陶瓷元件的气敏特性。

本发明所述多功能敏感陶瓷元件的构造如图1所示，它是由基片〔1〕、电极〔2〕和〔3〕以及引线〔4〕、〔5〕和〔6〕所组成。基片〔1〕为P型金属氧化物多孔陶瓷半导体Ba（Ti_1-xS_xO₃（简称BTS），x＝0.05～0.5为宜，〔2〕为Au叉指电极，〔3〕为RuO₂多孔电极，〔4〕、〔5〕和〔6〕为Pt-Ir引线。多功能敏感陶瓷元件的旁热式加热器和支座构造如图2所示。图中〔7〕为电阻加热器，〔8〕为支座，〔9〕、〔10〕、〔11〕和〔12〕为端线。多功能敏感陶瓷元件的基片〔1〕上的引线〔4〕和〔5〕经支座〔8〕，由端线〔9〕和〔10〕与检测电路相接;基片〔1〕外围的电阻加热器〔7〕经支座〔8〕，由端线〔11〕和〔12〕与电源相通。