電容式聚合物露點計之自動品質檢測系統 - 2013/10 機械月刊

電容式聚合物露點計之自動品質檢測系統研製(自撰)

摘要: 本研究目的在建構低濕度環境控制與電容式聚合物露點計之自動品質檢測系統，系統包含PC 控制器(含人機介面)、實驗腔體、雙流量閥控制模組、露點感測器、露點儀MBW973、露點計微處理器晶片模組、資料擷取模組、通訊系統及線性補償系統。本研究首先建構可控制露點量程之實驗腔體，再將露點感測器安裝於實驗腔體中，進行露點的量程檢測。由PC 端透過DAQ 卡輸出電壓控制雙流量閥以控制腔體濕度(-60℃~20℃)，藉由冷鏡面式露點儀MBW 973 作為參考標準源。並運用伺服回授控制乾、濕空氣的流量控制閥，來達到低露點至高露點的混流量測。參考IEC 61298-2 規範完成系統在不同濕度下之輸出訊號控制完成自動品質檢測系統。本系統可設定各人機介面參數與品質檢測模式、標準參考源參數等並自動記錄與輸出品管報表，完成品質檢驗。本研究透過自動量程實驗設計，建立了乾濕控制閥輸出匹配與回授機制，完成露點測試腔體之流量控制參數。各量程的目標露點藉由伺服回授控制皆可以使腔體達到所要求的±1℃範圍內。

關鍵字：濕度、露點、電容式聚合物露點計、資料擷取、品質檢測。

濕度在許多的產業中，如紙張工業、食品業、電子產業等，是環境中重要之物理參數。假如忽略了水氣的產生，將可能會造成儀器或設備的損壞，或是管道的腐蝕。因此對於濕度的量測與監控，在各產業中變得越來越重要。近年，和溫濕度及露點相關的研究主題及量測技術開發，也逐漸盛行[1-8]。

目前最常見的電子式相對濕度計為電阻式或電容式。這兩種濕度計是依據感測元件之電子物性變化而分類，以電阻改變作為訊號為電阻式，同理以電容變化作為訊號為電容式。加工方法的不同，導致有不同的特性，互有優缺點，端看使用者的選擇[6,9]。

電阻式相對濕度計以聚合物作為基底，跟電極結合，當相對濕度產生變化會引起離子導電性不同造成電阻改變。電阻式元件根據一個穩定聚合物材料，產生穩定的訊號變化，可是在高濃度的腐蝕環境依然會傷害感測元件。一般的電阻式相對濕度計在低於15﹪RH 環境下表現不盡理想，不過一般相對濕度計也沒好表現。在接近100﹪RH 時，電阻式相對濕度計有好的性能[4]，這不是電容式相對濕度計所能相比。

電容式聚合物式的感測器常作為相對濕度的檢測方式，並藉由待測計上簡易的溫度量測來達到對於露點的檢測功能。電容式聚合物式相對濕度計是使用聚合物薄層跟電極結合，並置於上下兩電極之間，當水氣吸附在薄層上，相對濕度產生變化會引起離子導電性不同，會改變介電係數。一般此類型濕度感測器的材料需具備低介電常數（約3~4 Fm-1）與高電阻的特性，由於水的介電常數為80(Fm-1) ，當材料隨著吸濕量的增加時，介電常數值隨著環境濕度會有增加的趨勢，此現象可讓電容變化與相對濕度有一正比的線性關係[9]。

二、電容式聚合物露點計與穩定濕度環境控制

2.1 電容式聚合物相對濕度計與露點計

電容式聚合物式相對濕度計的基本構造是使用聚合物薄層跟電極結合，並置於上下兩電極之間，製作在玻璃與陶瓷基板上面，如圖1 所示[10]。當水氣吸附在薄層上，相對濕度產生變化會引起離子導電性不同，會改變介電係數。相對濕度越高，電容值會增加，如圖2 所示[11]。此型濕度計如同其他形式相對濕度計一樣，曝露在汙染和極端條件的環境下，準確性會下降，但因為材料的改進，電容式相對濕度計可以在高溫（100℃）環境使用，且線性度佳為其優點。

而檢測電容變化有幾個方法，例如以電感與電容L-C 振盪電路為主要構造，依振盪頻率的改變偵測濕度的方法，也有利用頻率變化量測濕度的方法[11]。



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