一種聚酰亞胺(PI)感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究

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1、中圖分類號：Tb943密級：公開UDC：本校編號：碩士學(xué)位論文論文題目：一種聚酰亞胺（PI）感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究研究生姓名：陳美娟學(xué)號：0212106學(xué)校指導(dǎo)教師姓名：周文和職稱：副教授申請學(xué)位等級：工學(xué)碩士專業(yè)：供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)與空調(diào)工程論文提交日期：2015年4月論文答辯日期：2015年6月萬方數(shù)據(jù)碩士學(xué)位論文一種聚酰亞胺（PI）感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究AparallelplatecapacitivehumiditysensorbasedonPIfilmandnumerica

2、lstudyonitscharacteristics作者姓名：陳美娟學(xué)科、專業(yè)：供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)與空調(diào)工程學(xué)號：0212106指導(dǎo)教師：周文和完成日期：2015年4月蘭州交通大學(xué)LanzhouJiaotongUniversity萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含獲得蘭州交通大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明

3、確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解蘭州交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)蘭州交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要濕度測量和控制正日漸密切于社會生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、倉儲運輸

4、、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防科技、氣象預(yù)報等領(lǐng)域，具有優(yōu)異濕敏特性的濕度傳感元件是濕度精確測量和控制的先決條件。如呼吸系統(tǒng)疾病診斷、燃料電池汽車等一些領(lǐng)域，不但要求濕度傳感元件微型化、具有良好的靜態(tài)濕敏特性，且對其動態(tài)濕敏特性提出了較高要求。由于用途相對不廣、影響因素較復(fù)雜，濕敏元件的動態(tài)濕敏特性的研究及成果相對滯后，與濕敏元件靜態(tài)濕敏特性的普遍關(guān)注和顯著進(jìn)步形成了較大反差。主要表現(xiàn)為：（1）國內(nèi)外濕度傳感元件市場產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)時間不夠快；（2）由于材料成本或工藝復(fù)雜等原因，快速響應(yīng)濕敏元件的研究成果難于量化；（3）因影響因素較多，

5、通過實驗方法對微型濕敏元件動態(tài)濕敏特性進(jìn)行全面研究難于實現(xiàn)，現(xiàn)有實驗研究成果不能充分說明各因素對濕敏元件動態(tài)響應(yīng)特性的影響機理；（4）濕敏元件動態(tài)特性的模擬研究較少，研究成果的利用價值不高，尤其對基于多孔上電極平行板電容式濕敏元件的數(shù)值研究幾乎沒有。針對濕度測量和控制領(lǐng)域存在的上述問題，本文首先在充分分析平行板電容式濕敏元件動態(tài)感濕機理及缺點的前提下，設(shè)計了基于孔狀上電極的平行板電容式濕敏元件；其次依據(jù)菲克第二擴(kuò)散定律、Shibata和Looyenga等方程，并考慮多孔介質(zhì)孔隙率對濕敏元件動態(tài)特性的影響，構(gòu)建了模擬數(shù)值模

6、型，采用Fluent軟件對各因素對濕敏元件動態(tài)特性的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，包括上電極孔徑和間距、感濕薄膜厚度、薄膜有效擴(kuò)散系數(shù)等，得出了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的最佳設(shè)計參數(shù)；然后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，研制了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件；最后對快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的靜、動態(tài)特性進(jìn)行了實驗研究。通過本文研究，可以得出以下結(jié)論：（1）本文研制的孔狀上電極平行板電容式濕敏元件可以有效克服柵狀上電極平行板電容式濕敏元件結(jié)構(gòu)對動態(tài)響應(yīng)特性的影響，其動態(tài)響應(yīng)特性更優(yōu)越。（2）本文構(gòu)建的數(shù)值模

7、型及方法，可有效用于平行板電容式濕敏元件濕敏特性的數(shù)值研究。（3）多孔上電極孔間距、孔半徑、薄膜厚度和有效擴(kuò)散系數(shù)等對濕敏元件動態(tài)特性影響顯著。較大的有效擴(kuò)散系數(shù)和較小的孔間距、薄膜厚度，均有利于改善濕敏元件動態(tài)響應(yīng)特性；而對于不同上電極孔半徑，動態(tài)響應(yīng)特性曲線存在交點，但當(dāng)上電極孔半徑較小時，最終達(dá)到全量程的響應(yīng)時間較小。-I-萬方數(shù)據(jù)一種PI感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究（4）本文使用的基于飽和鹽溶液法進(jìn)行的靜、動態(tài)濕敏特性測試裝置和方法具有簡單、精確、低廉、應(yīng)用方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：電容型濕敏元件；數(shù)值模

8、擬；動態(tài)響應(yīng)特性論文類型：應(yīng)用基礎(chǔ)研究-II-萬方數(shù)據(jù)蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractHumiditymeasurementandcontrolisincreasinglyclosetosociallife,industrialandagriculturalproduction,transportation,