Математична модель параметричного перетворювача вологості з частотним виходом

Abstract

Розроблено математичну модель частотного параметричного перетворювача вологості з ємнісними елементами виготовленими на основі: NaCl+полімер, NaCl; BaCl2+полімер, BaCl2, а також ємнісних елементів виготовленими на основі комплексних сполук. Параметричний перетворювач вологості з частотним виходом розроблено на основі біполярної транзисторної структури, що утворює активну індуктивність з динамічним від`ємним опором, яка з вологочутливим конденсатором утворює коливальний контур перетворювача. Математичне моделювання та експериментальні дослідження показали, що в діапазоні відносної вологості від 30 % до 100 %, діапазон зміни ємності для вологочутливого елементу на основі NaCl становить від 0,030·10-8 Ф до 3,9·10-8 Ф, а для двошарової структури на основі NaCl+полімер – від 0,125·10-8 Ф до 3,9·10-8 Ф. Для вологочутливого елементу на основі BaCl2 – діапазон зміни ємності становить від 0,060·10-8 Ф до 3,9·10-8 Ф, а для двошарової структури на основі BaCl2+полімер – від 0,130·10-8 Ф до 3,9·10-8 Ф. На основі експериментальних досліджень встановлено, що на чутливість сенсора впливає склад комплексних сполук, а саме найчутливішим в діапазоні вологості від 7 % до 27 % є ємнісний елемент виготовлений на основі гетерометалевої комплексної сполуки II, яка містить два атома стибію. Чутливість такого ємнісного елемента набуває значення 285 пФ/%. Залежність ємності від відносної вологості, в діапазоні від 30 % до 75 %, практично лінійна, а чутливість дорівнює 135 пФ/%. В діапазоні 75…95 % спостерігається різке зростання чутливості аж до 450 пФ/% для всіх ємнісних елементів виготовлених на основі гетерометалевих комплексних сполук I – IV. На основі математичного моделювання отримано графічні залежності функції перетворення та чутливості частотного параметричного перетворювача вологості. Найбільша чутливість частотного параметричного перетворювача вологості для зміни вологості навколишнього середовища становить 62…107 кГц/%.