Визначення якісного впливу факторів на чутливість ємнісного сенсора вологості двошарової структури, основаного на багатофакторному дисперсійному аналізі

Abstract

A multifactorial dispersion analysis was applied in order to qualitatively assess the influence of the following factors: thickness of the moisture-sensitive layer; the thickness of the polymer coating as a protective layer; the concentration of the NaCl salt solution as an adsorbent material and their combined effect on the sensitivity of the capacitive humidity sensor of the two-layer structure. Capacitive humidity sensors of a two-layer structure, made on a sitall substrate, served as experimental samples. The copper film, which forms the covers of the capacitive humidity sensors, is applied to the surface of the sitall substrate in the form of a meander. In the developed design, the moisture-sensitive layer is hygroscopic salt, which performs the function of a dielectric. A moisture-absorbing film of polymethylmethacrylate serves as a protective layer. A multifactorial plan is developed for the case of three qualitative factors. Using multifactorial dispersion analysis, it was proved that the response of the model, that is, the sensitivity of the capacitive humidity sensor of the two-layer structure, is influenced by such factors as the thickness of the protective layer, the concentration of the NaCl salt solution, as well as the combined effect of factors such as the thickness of the moisture-sensitive layer + the concentration of the salt solution; the thickness of the protective layer + concentration of the salt solution. That is, the difference in the response values of the model is related to the change in the value of the factor and cannot be caused only by its random nature. However, the response of the model is significantly affected by the combined effect of the factor − the thickness of the protective layer + the concentration of the salt solution. In this case, the value of Fisher's criterion, which is observed in the experiment, significantly exceeds the critical value of Fisher's criterion F >Fkr (13.01>4.49). The influence of such factors as the thickness of the moisture-sensitive layer; the thickness of the moisture-sensitive layer + the thickness of the protective layer; the thickness of the moisture-sensitive layer + the thickness of the protective layer + the concentration of the salt solution is insignificant, that is, the difference in the response values of the model is due to its random nature. Using the dispersion analysis of the influence of the factor, it was proved that the sensitivity of capacitive humidity sensors is affected not only by the concentration of the NaCl salt solution, which was used to create a moisture-sensitive layer, but also by the design of the sensor

Застосовано багатофакторний дисперсійний аналіз з метою якісного оцінювання впливу таких факторів: товщина вологочутливого шару; товщина полімерного покриття як захисного шару; концентрація розчину солі NaCl як адсорбуючого матеріалу та їх сумісний вплив на чутливість ємнісного сенсора вологості двошарової структури. Розроблено багатофакторний план для випадку трьох якісних факторів. Використовуючи багатофакторний дисперсійний аналіз, доведено, що на відгук моделі, тобто на чутливість ємнісного сенсора вологості двошарової структури, впливають фактори: товщина захисного шару, концентрація розчину солі NaCl, а також сумісний вплив таких факторів: товщина вологочутливого шару + концентрація розчину солі; товщина захисного шару + концентрація розчину солі, тобто різниця в значеннях відгуку моделі пов`язана зі зміною значення фактора і не може бути спричинена тільки її випадковим характером. Однак, суттєво впливає на відгук моделі сумісний вплив фактора − товщина захисного шару + концентрація розчину солі. В цьому випадку значення критерію Фішера, яке спостерігається в експерименті, значно перевищує критичне значення критерію Фішера F >Fкр (13,01>4,49). Вплив таких факторів: товщина вологочутливого шару; товщина вологочутливого шару + товщина захисного шару; товщина вологочутливого шару + товщина захисного шару + концентрація розчину солі є несуттєвим, тобто різниця в значеннях відгуку моделі пов`язана з випадковим її характером. Використовуючи дисперсійний аналіз впливу фактора доведено, що на чутливість ємнісних сенсорів вологості впливає не тільки концентрація розчину солі NaCl, яка використовувалась для створення вологочутливого шару, але й конструктивне виконання сенсора.