[實用新型]用于測量高濕度狀況和/或凝結(jié)的濕度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320428631.4
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN203350217U
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·卡明斯;J·O·奧康奈爾
• 申請（專利權(quán)）人: 硅實驗室公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;李英

相關(guān)申請?

本申請涉及與該申請在同一日期同時提交的下述申請，美國專利申請?zhí)?3/557820，標(biāo)題為“包括不同單位元結(jié)構(gòu)的電容式傳感器（Capacitive?Sensor?Comprising?Differing?Unit?Cell?Structures）”；其公開內(nèi)容通過引用全部被明確地包含在本文中。?

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開的技術(shù)涉及濕度傳感器，更具體地涉及還可被用于凝結(jié)測量的濕度傳感器。?

背景技術(shù)

各種各樣類型的傳感器被用于測量氣體和其他環(huán)境空氣狀況，例如濕度。當(dāng)相對濕度濃度上升到高水平時，在表面會發(fā)生水分/濕氣凝結(jié)。凝結(jié)，例如表面上“霧”的形成或?qū)嶋H的水滴是一個眾所周知的問題。凝結(jié)最初會引起窗戶和表面起霧，造成能見度問題和金屬表面的腐蝕。另外，水分的增加引起霧滴的增加，并最終凝結(jié)成水滴或水池。水的形成導(dǎo)致電氣設(shè)備短路，供暖/通風(fēng)/空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)中的積水池，等等。例如，在健康呼吸機管和持續(xù)氣道正壓通氣（CPAP）裝置中，凝結(jié)物凝結(jié)成水被稱為“成雨（rainout）”。這些形成在通氣管內(nèi)的水池若不慎通過鼻子吸入是非常危險的。凝結(jié)的可靠檢測是困難的，尤其是通過高RH、起霧和成雨三個階段的向上轉(zhuǎn)變以及隨著情況逆轉(zhuǎn)通過這三個階段的向下轉(zhuǎn)變。一種途徑使用光學(xué)方法，其中光被表面反射，然后反射光特性被用于推斷凝結(jié)的存在。該技術(shù)因為元件、裝配和安裝的成本而昂貴，而且較難區(qū)分起霧和成雨。另一種途徑利用測量電極間的電阻并檢測在水滴形成時電極間的減小的電阻或短路。然而，由于放置不佳或錯誤安裝，該技術(shù)可能不可靠，并且該技術(shù)不能檢測早期“起霧”凝結(jié)階段。第?三種凝結(jié)測量技術(shù)利用相對濕度傳感器和溫度傳感器的組合測量露點。利用該技術(shù)，當(dāng)空氣溫度下降到等于露點溫度時，可以“推斷“凝結(jié)。然而這種方法也是有問題的，將在下一段說明。?

很多濕度傳感器的使用也是有問題的，因為大多數(shù)濕度傳感器在存在凝結(jié)物時不能工作，并且在凝結(jié)環(huán)境中經(jīng)常被明確禁止工作。因此，很多濕度傳感器的工作限制是相對濕度（RH）小于95%或甚至小于90%。然而，在一些應(yīng)用中希望具有RH大于95%的精確濕度測量以及/或希望檢測凝結(jié)的實際存在和凝結(jié)量。例如，在健康呼吸機中，在一個典型實施例持續(xù)氣道正壓通氣（CPAP）裝置中，希望在95-98%范圍內(nèi)的RH水平工作。典型濕度傳感器被設(shè)計用于較低RH水平或“非凝結(jié)“狀況，不能適用于這種高RH水平工作或用于凝結(jié)可發(fā)生的其它應(yīng)用中。?

實用新型內(nèi)容

在一個示例的非限制性實施例中，提供濕度傳感器，其中可以測量接近100%相對濕度，甚至“100%以上”相對濕度的凝結(jié)濕度水平，在此讀數(shù)“100%以上”對應(yīng)于傳感器上形成的不同凝結(jié)量。該濕度傳感器是基于電容的傳感器結(jié)構(gòu)，用于測量0到100%正常范圍內(nèi)的RH。傳感器結(jié)構(gòu)的（多于一個）電容器被設(shè)定尺寸以使電容器的大部分電場延伸到傳感器/環(huán)境空氣界面，從而在界面的環(huán)境側(cè)的狀況為電容式傳感器提供數(shù)據(jù)。特別地，傳感器/環(huán)境空氣界面的環(huán)境側(cè)上水分形成的電容影響被用作電容式測量的部分，以使在相對濕度水平“100%以上”的凝結(jié)形成量能被測量。該傳感器能區(qū)分起霧和成雨，因此隨著環(huán)境從正常RH到凝結(jié)/起霧然后到“成雨”狀態(tài)變化來提供連續(xù)信號。?

在一個實施例中，提供一種濕度傳感器，其特征在于包括：濕度敏感電介質(zhì)材料，其具有可以被暴露于環(huán)境空氣狀況的表面；以及多個電容器電極，形成的所述電容性電極使所述濕度敏感電介質(zhì)材料的電容測量結(jié)果可以被獲得，所述電容測量結(jié)果表示所述環(huán)境空氣狀況的濕度水平；所述多個電容器電極被隔開，以提供所述電容器電極間的電場，至少若干所述電場延伸到被暴露于環(huán)境空氣狀況的所述濕度敏感電介質(zhì)材料的表面之外，以使可以從吸入所述濕度敏感電介質(zhì)材料的水分檢測小?于95%的相對濕度水平，而且大于100%的相對濕度水平可被表示為所述至少若干電場延伸到所述濕度敏感電介質(zhì)材料的表面之外的結(jié)果，超過100%的相對濕度水平的檢測表示在所述濕度傳感器上形成凝結(jié)物。所述電容器電極被隔開，以使所述電容器電極間的至少5%的所述電場延伸到被暴露于所述環(huán)境空氣狀況的所述濕度敏感材料的表面之外。在進一步的實施例中，所述電容器電極被隔開，以使所述電容器電極間的5%到20%的所述電場延伸到被暴露于所述環(huán)境空氣狀況的所述濕度敏感材料的表面之外。?

在進一步的實施例中，所述濕度傳感器檢測所述濕度敏感電介質(zhì)材料表面上的不同凝結(jié)物量。不同凝結(jié)物量至少包括起霧和連續(xù)水簾的形成。?