RU232957U1

RU232957U1 - Thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor

Info

Publication number: RU232957U1
Application number: RU2024135579U
Authority: RU
Inventors: Сергей Олегович Михин; Александр Вячеславович Миронов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск")
Filing date: 2024-11-28
Publication date: 2025-03-28

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения относительной и абсолютной влажности в неагрессивных средах, например осушенном воздухе для контрольно-измерительных приборов и в агрессивных средах, например на предприятиях добычи, переработки и транспортировки газа, а также в авиастроении, в химической и военной промышленности. Тонкопленочный сорбционно-емкостной сенсор влажности газа, представляющий собой конденсатор переменной электрической емкости, содержащий подложку из корундовой алюмооксидной керамики, нижний электрод в виде тонкой пленки алюминия, нанесенной методом магнетронного напыления в вакууме, диэлектрический влагочувствительный слой в виде сверхтонкой пленки из оксида алюминия, нанесенной на нижний электрод по технологии электронно-лучевого напыления, и верхний влагопроницаемый электрод, нанесенный на влагочувствительный слой в виде сверхтонкой пленки из металла с высокими противокоррозионными свойствами, напыленной по технологии магнетронного распыления в вакууме. Технический результат - снижение тангенса угла диэлектрических потерь и емкостного электрического сопротивления сенсора влажности, которые в свою очередь увеличивают показатель добротности конденсатора, снижают гистерезис и повышают повторяемую точность значений электрической емкости при изменении влажности транспортируемого газа. 1 ил. The utility model relates to measuring equipment and can be used to measure relative and absolute humidity in non-aggressive environments, such as dried air for control and measuring devices, and in aggressive environments, such as at gas production, processing and transportation enterprises, as well as in aircraft manufacturing, and in the chemical and military industries. A thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor, which is a capacitor of variable electric capacitance, containing a substrate made of corundum alumina ceramics, a lower electrode in the form of a thin film of aluminum applied by magnetron sputtering in a vacuum, a dielectric moisture-sensitive layer in the form of an ultra-thin film of aluminum oxide applied to the lower electrode using electron beam sputtering technology, and an upper moisture-permeable electrode applied to the moisture-sensitive layer in the form of an ultra-thin film of metal with high anti-corrosion properties, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum. The technical result is a reduction in the tangent of the dielectric loss angle and the capacitive electrical resistance of the humidity sensor, which in turn increases the quality factor of the capacitor, reduces hysteresis and increases the repeatable accuracy of the electrical capacitance values when the humidity of the transported gas changes. 1 fig.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения относительной и абсолютной влажности в неагрессивных средах, например осушенном воздухе для контрольно-измерительных приборов и в агрессивных средах, например, на предприятиях добычи, переработки и транспортировки газа, а также в авиастроении, в химической и военной промышленности.The utility model relates to measuring equipment and can be used to measure relative and absolute humidity in non-aggressive environments, such as dried air for control and measuring instruments, and in aggressive environments, such as at gas production, processing and transportation facilities, as well as in aircraft manufacturing, chemical and military industries.

Из уровня техники известен датчик влажности (патент RU № 2647168, опубликован 24.01.2018), подложку из диэлектрического материала с осажденными на нее пленочными электродами и диэлектрической пленкой в промежутке между ними, в соответствии с изобретением электроды разнесены на подложке относительно друг друга с образованием промежутка 0,1-2,0 мм и выполнены путем термического осаждения в вакууме на керамическую подложку первого слоя пленки из алюминия, последующего второго слоя пленки из металла, выбранного из группы Ti, Sn для одного из электродов и из Ag для другого электрода, а также путем нанесения на поверхность второго слоя каждого из электродов и в промежуток между электродами на поверхность керамической подложки пленки линейно-цепочечного углерода, полученной путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5⋅1012 - 1⋅1013 см-3, длительностью 200-600 мкс, частотой следования 1-5 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы и подвергнутой после нанесения совместно со всеми слоями и керамической подложкой отжигу на воздухе при температуре 400°C в течение 10 мин.A humidity sensor is known from the prior art (RU patent No. 2647168, published on 24.01.2018), a substrate made of a dielectric material with film electrodes deposited thereon and a dielectric film in the gap between them, in accordance with the invention, the electrodes are spaced apart on the substrate relative to each other to form a gap of 0.1-2.0 mm and are made by thermal deposition in a vacuum on a ceramic substrate of a first film layer of aluminum, a subsequent second film layer of a metal selected from the group Ti, Sn for one of the electrodes and from Ag for the other electrode, as well as by applying a film of linear-chain carbon to the surface of the second layer of each of the electrodes and into the gap between the electrodes on the surface of the ceramic substrate, obtained by depositing graphite in a vacuum, evaporated by a pulsed arc discharge using plasma created by an arc discharge outside the region of the discharge gap in the form of compensated currentless carbon plasma clusters with a density 5⋅1012 - 1⋅1013 cm-3, duration 200-600 μs, repetition frequency 1-5 Hz, with stimulation of carbon plasma by an inert gas in the form of an ion flow with an energy of 150-2000 eV, directed perpendicular to the carbon plasma flow and subjected after application together with all layers and the ceramic substrate to annealing in air at a temperature of 400°C for 10 min.

Известен емкостный сенсор влажности газообразной среды (патент RU 2602489 C1, опубликован 20.11.2016), содержащий чувствительный элемент конденсаторного типа, состоящий из диэлектрического субстрата, нижнего электрода из коррозионно-стойкого металла или сплава, верхнего наноструктурированного электрода из коррозионно-стойкого металла или сплава, проницаемого для паров влаги, и влагочувствительного слоя, имеющего диэлектрическую постоянную, меняющуюся в зависимости от количества паров воды в окружающей среде, при этом верхний наноструктурированный электрод выполнен методом лазерного электродиспергирования металлов (лазерная абляция), а влагочувствительный слой выполнен из высокотермостойкой светочувствительной композиции, включающей поли(o-гидроксиамид) - продукт поликонденсации 3,3′-дигидрокси-4,4′-диаминодифенилметана и дихлорида изофталевой кислоты, светочувствительный компонент нафтохинондиазидного типа и амидный растворитель, причем для получения указанной высокотермостойкой светочувствительной композиции выбирают следующее соотношение компонентов, мас.%:A capacitive sensor for the humidity of a gaseous medium is known (patent RU 2602489 C1, published 20.11.2016), containing a capacitor-type sensitive element consisting of a dielectric substrate, a lower electrode made of a corrosion-resistant metal or alloy, an upper nanostructured electrode made of a corrosion-resistant metal or alloy permeable to moisture vapor, and a moisture-sensitive layer having a dielectric constant that changes depending on the amount of water vapor in the environment, wherein the upper nanostructured electrode is made by the method of laser electrodispersion of metals (laser ablation), and the moisture-sensitive layer is made of a highly heat-resistant photosensitive composition including poly(o-hydroxyamide) - a polycondensation product of 3,3′-dihydroxy-4,4′-diaminodiphenylmethane and isophthalic acid dichloride, a photosensitive component naphthoquinonediazide type and an amide solvent, and to obtain the said highly heat-resistant photosensitive composition, the following ratio of components is selected, wt.%:

Поли(o-гидроксиамид)Poly(o-hydroxyamide) 12-1512-15 Светочувствительный компонентLight sensitive component 2,4-32.4-3 Амидный растворительAmide solvent ОстальноеRest

Известен сорбционно-емкостной чувствительный элемент влажности газа (патент RU № 190945 U1 опубликован 16.07.2019), характеризующийся тем, что представляет собой конденсатор переменной емкости, состоящий из диэлектрического сорбирующего слоя и электродов, пропускающих влагу, при этом диэлектрический сорбирующий слой выполнен из пористой керамики и заключен между двумя перфорированными электродами, выполненными из коррозионно-стойкого металла, нанесенный при температурах, близких к температурам плавления металла.A sorption-capacitive gas humidity sensing element is known (RU patent No. 190945 U1 published on 16.07.2019), characterized in that it is a variable capacitance capacitor consisting of a dielectric sorbing layer and electrodes that allow moisture to pass through, while the dielectric sorbing layer is made of porous ceramics and is enclosed between two perforated electrodes made of corrosion-resistant metal, applied at temperatures close to the melting points of the metal.

Известен сорбционно-емкостной чувствительный элемент влажности газа (патент RU № 207499 U1 опубликован 29.10.2021), характеризующийся тем, что представляет собой конденсатор переменной емкости, состоящий из диэлектрического сорбирующего слоя и электродов, пропускающих влагу, своими контактами соединенный с измерительной платой, причем диэлектрический сорбирующий слой выполнен из пористой керамики и заключен между двумя перфорированными электродами, выполненными из коррозионно-стойкого металла, нанесенный при температурах, близких к температурам плавления металла, достигается тем, что дополнительно содержит керамический нагревательный элемент, размещенный в полости диэлектрического сорбирующего слоя, причем контакты керамического нагревательного элемента являются выводами для соединения с выходами микропроцессора.A sorption-capacitive gas humidity sensing element is known (RU patent No. 207499 U1 published on 10/29/2021), characterized in that it is a variable capacitance capacitor consisting of a dielectric sorbing layer and electrodes that pass moisture, connected by its contacts to a measuring board, wherein the dielectric sorbing layer is made of porous ceramics and is enclosed between two perforated electrodes made of corrosion-resistant metal, applied at temperatures close to the melting points of the metal, achieved in that it additionally contains a ceramic heating element placed in the cavity of the dielectric sorbing layer, wherein the contacts of the ceramic heating element are terminals for connecting to the outputs of the microprocessor.

Известен тонкопленочный сорбционно-емкостной сенсор влажности (патент RU № 222946 U1 опубликован 24.01.2024), характеризующийся тем, что представляет собой конденсатор, содержащий нижний электрод в виде алюминиевой подложки, диэлектрический влагочувствительный слой в виде тонкой пленки (мкм) из оксида алюминия, нанесенной по технологии микродугового оксидирования с добавлением сегнетоэлектриков, и верхний влагопроницаемый электрод в виде тонкой пленки (мкм) из металла с высокими противокоррозионными свойствами, напыленного по технологии магнетронного распыления в вакууме.A thin-film sorption-capacitive humidity sensor is known (patent RU No. 222946 U1 published on 24.01.2024), characterized in that it is a capacitor containing a lower electrode in the form of an aluminum substrate, a dielectric moisture-sensitive layer in the form of a thin film (μm) of aluminum oxide, applied using microarc oxidation technology with the addition of ferroelectrics, and an upper moisture-permeable electrode in the form of a thin film (μm) of metal with high anti-corrosion properties, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum.

Техническая проблема заключается в том, что известные аналоги обладают высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь и емкостного электрического сопротивления, что сказывается на низком показателе добротности сенсора влажности, высоком гистерезисе и низкой повторяемой точности значений электрической емкости при изменении влажности транспортируемого газа. The technical problem is that known analogues have a high value of the tangent of the angle of dielectric loss and capacitive electrical resistance, which affects the low quality factor of the humidity sensor, high hysteresis and low repeatability of the electrical capacitance values when the humidity of the transported gas changes.

Технический результат - снижение значений тангенса угла диэлектрических потерь и емкостного электрического сопротивления сенсора влажности, которые в свою очередь увеличивают показатель добротности конденсатора, снижают гистерезис и повышают повторяемую точность значений электрической емкости при изменении влажности транспортируемого газа. The technical result is a reduction in the values of the dielectric loss tangent and capacitive electrical resistance of the humidity sensor, which in turn increases the quality factor of the capacitor, reduces hysteresis and increases the repeatable accuracy of the electrical capacitance values when the humidity of the transported gas changes.

Технический результат обеспечивает тонкопленочный сорбционно-емкостной сенсор влажности газа, представляющий собой конденсатор переменной электрической емкости, содержащий подложку из корундовой алюмооксидной керамики, нижний электрод в виде тонкой пленки алюминия, нанесенной на подложку методом магнетронного напыления в вакууме, диэлектрический влагочувствительный слой в виде тонкой пленки из оксида алюминия, нанесенной на нижний электрод по технологии электронно-лучевого напыления, и верхний влагопроницаемый электрод, нанесенный на влагочувствительный слой в виде тонкой пленки нитрида титана, напыленной по технологии магнетронного распыления в вакууме, причем толщина диэлектрического влагочувствительного слоя в виде тонкой пленки из оксида алюминия составляет 150 нм. The technical result is provided by a thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor, which is a capacitor of variable electric capacitance, containing a substrate made of corundum alumina ceramics, a lower electrode in the form of a thin film of aluminum, applied to the substrate by magnetron sputtering in a vacuum, a dielectric moisture-sensitive layer in the form of a thin film of aluminum oxide, applied to the lower electrode using electron-beam sputtering technology, and an upper moisture-permeable electrode applied to the moisture-sensitive layer in the form of a thin film of titanium nitride, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum, wherein the thickness of the dielectric moisture-sensitive layer in the form of a thin film of aluminum oxide is 150 nm.

Полезную модель поясняет структурная схема, представленная на фигуре.The utility model is explained by the structural diagram presented in the figure.

Тонкопленочный сорбционно-емкостной сенсор влажности газа (фигура) представляет собой конденсатор переменной электрической емкости, содержащий подложку из корундовой алюмооксидной керамики 1, нижний электрод 2 в виде тонкой пленки алюминия, нанесенной по технологии магнетронного напыления в вакууме, диэлектрический влагочувствительный слой 3 в виде сверхтонкой пленки из оксида алюминия с высокой диэлектрической проницаемостью, нанесенной по технологии электронно-лучевого напыления в вакууме, и верхний влагопроницаемый электрод 4 в виде тонкой пленки из металла с высокими противокоррозионными свойствами, напыленной по технологии магнетронного напыления в вакууме. The thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor (figure) is a capacitor of variable electric capacitance, containing a substrate of corundum alumina ceramics 1, a lower electrode 2 in the form of a thin film of aluminum, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum, a dielectric moisture-sensitive layer 3 in the form of an ultra-thin film of aluminum oxide with high dielectric constant, deposited using electron-beam sputtering technology in a vacuum, and an upper moisture-permeable electrode 4 in the form of a thin film of metal with high anti-corrosion properties, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum.

Подложка 1 является основой конденсатора, выполнена из корундовой алюмооксидной керамики, которая обладает низким значением диэлектрических потерь, высоким значением диэлектрической прочности и электрической постоянной, что в свою очередь приводит к снижению тангенса угла диэлектрических потерь сенсора влажности газа, а, следовательно, увеличивает показатель добротности конденсатора. Нижний электрод 2, выполненный в виде алюминиевой тонкой пленки толщиной 2-3 мкм, является одной обкладкой конденсатора. Влагочувствительный слой 3 выполненный в виде сверхтонкой пленки из оксида алюминия, толщиной 150-200 нм, обеспечивает минимальное расстояния между нижним электродом 2 и верхнем влагопроницаемым электродом 4, что в свою очередь приводит к увеличению электрической емкости и снижению емкостного сопротивления конденсатора, а, следовательно, изменению его импеданса, чем достигается низкий гистерезис и высокая повторяемая точность значений электрической емкости при изменении влажности транспортируемого газа. Верхний влагопроницаемый электрод 4 выполненный в виде тонкой пленки толщиной 2-3 мкм из металла с высокими противокоррозионными свойствами, например, титана, нитрида титана, золота или платины, является второй обкладкой конденсатора, что способствует получению двухслойной пористой структуры, которая обладает адсорбционной активностью на верхнем влагопроницаемом электроде 4 (на внешнем слое), и более плотным барьерным свойством влагочувствительного диэлектрического слоя 3, прилегающего к нижнему электроду 2. Substrate 1 is the base of the capacitor, made of corundum alumina ceramics, which has a low dielectric loss value, a high dielectric strength and electrical constant, which in turn leads to a decrease in the dielectric loss tangent of the gas humidity sensor, and, consequently, increases the quality factor of the capacitor. The lower electrode 2, made in the form of a thin aluminum film 2-3 μm thick, is one plate of the capacitor. The moisture-sensitive layer 3 made in the form of an ultra-thin aluminum oxide film, 150-200 nm thick, provides a minimum distance between the lower electrode 2 and the upper moisture-permeable electrode 4, which in turn leads to an increase in electrical capacity and a decrease in the capacitive resistance of the capacitor, and, consequently, a change in its impedance, thereby achieving low hysteresis and high repeatable accuracy of the electrical capacity values when the humidity of the transported gas changes. The upper moisture-permeable electrode 4 made in the form of a thin film 2-3 μm thick made of metal with high anti-corrosion properties, for example, titanium, titanium nitride, gold or platinum, is the second plate of the capacitor, which helps to obtain a two-layer porous structure that has adsorption activity on the upper moisture-permeable electrode 4 (on the outer layer), and a denser barrier property of the moisture-sensitive dielectric layer 3 adjacent to the lower electrode 2.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

В качестве основы конденсатора переменной электрической емкости используется подложка 1 длинной 30 мм и шириной 10 мм выполненная из вакуум-плотной алюмооксидной корундовой керамики, в которой процент AL₂O₃ составляет не ниже 99,6%. Подложка предварительно перед напылением проходит стадию полировки до 14 класса частоты поверхности, с одной стороны, процедуру ионной очистки и нагрева для улучшения адгезионных свойств поверхности. The variable capacitance capacitor is based on a substrate 1 30 mm long and 10 mm wide made of vacuum-tight alumina corundum ceramics, in which the percentage of AL ₂ O ₃ is not less than 99.6%. Before spraying, the substrate undergoes a polishing stage to surface frequency class 14, on the one hand, an ion cleaning and heating procedure to improve the adhesive properties of the surface.

В качестве нижнего электрода 2 используется тонкая пленка алюминия, толщиной 2-3 мкм и частоты материала не ниже 99,998%, нанесенная на подложку 1 по трафарету методом магнетронного напыления алюминия в вакууме, при напряжении 650 В и постоянном токе 3 А в течение 2 мин. A thin film of aluminum, 2-3 μm thick and with a material frequency of at least 99.998%, applied to substrate 1 using a stencil by magnetron sputtering of aluminum in a vacuum, at a voltage of 650 V and a direct current of 3 A for 2 minutes, is used as the lower electrode 2.

Влагочувствительный диэлектрический слой 3 обладающий капилярно-пористой структурой наносят на нижний электрод 2 методом электронно-лучевого напыления в виде сверхтонкой пленки из оксида алюминия по трафарету толщиной 150-200 нм, при напряжении 9 кВ и токе луча 1,1 А в течение 5-6 мин. За счет применения в составе установки электронно-лучевого напыления кварцевого осциллятора и датчика контроля толщины в режиме реального времени обеспечивается контроль скорости напыления оксида алюминия и с ангстремной точностью финальная толщина покрытия. A moisture-sensitive dielectric layer 3 with a capillary-porous structure is applied to the lower electrode 2 by electron-beam deposition in the form of an ultra-thin film of aluminum oxide using a stencil with a thickness of 150-200 nm, at a voltage of 9 kV and a beam current of 1.1 A for 5-6 min. Due to the use of a quartz oscillator and a thickness control sensor in the electron-beam deposition unit, the aluminum oxide deposition rate is controlled in real time and the final coating thickness is determined with angstrom accuracy.

Верхний влагопроницаемый электрод 3 виде тонкой пленки из титана, нитрида титана, золота или платины, толщиной 2-3 мкм наносят по трафарету на влагочувствительный диэлектрический слой 3 по технологии магнетронного распыления в вакууме, при напряжении 650-700 В и постоянном токе 3-4 А в течение 2 мин. The upper moisture-permeable electrode 3 in the form of a thin film of titanium, titanium nitride, gold or platinum, 2-3 µm thick, is applied using a stencil to the moisture-sensitive dielectric layer 3 using magnetron sputtering technology in a vacuum, at a voltage of 650-700 V and a direct current of 3-4 A for 2 minutes.

Выводы конденсатора покрываются электроизоляционным лаком для предотвращения окисления, коррозии и электрических замыканий.The capacitor terminals are coated with an insulating varnish to prevent oxidation, corrosion and electrical shorts.

Тонкопленочный сорбционно-емкостной сенсор влажности газа устанавливают для измерения относительной и абсолютной влажности в неагрессивных средах, например, осушенном воздухе для подачи на клапана, соленоиды или пневматическое оборудование, или в агрессивных газовых средах, например, на предприятиях добычи и переработки и транспортировки газа, в авиастроении, в химической или военной промышленности. Влага через верхний влагопроницаемый электрод 4, выполненный в виде тонкой пленки титана, нитрида титана, золота или платины, попадает в капиллярно-пористую структуру влагочувствительного слоя 3, выполненного в виде сверхтонкой пленки из оксида алюминия, где происходит капиллярная конденсация влаги, которая по порам, как по проводящим каналам, осаждается на нижнем электрод 2. Молекулы воды обладают высоким дипольным моментом, поэтому их присутствие во влагочувствительном слое изменяет диэлектрическую проницаемость конденсатора, что в свою очередь меняет параметры электрической емкости и емкостного сопротивления конденсатора. Основой конденсатора, на которой держится конструкция тонких пленок (нижний и верхний электроды, влагочувствительный слой) является керамическая алюмооксидная подложка 1, которая обеспечивает стабильность диэлектрических характеристик и надежность работы конденсатора.A thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor is installed to measure relative and absolute humidity in non-aggressive environments, such as dried air for supplying to valves, solenoids or pneumatic equipment, or in aggressive gas environments, such as at gas production and processing and transportation enterprises, in aircraft manufacturing, in the chemical or military industry. Moisture through the upper moisture-permeable electrode 4, made in the form of a thin film of titanium, titanium nitride, gold or platinum, gets into the capillary-porous structure of the moisture-sensitive layer 3, made in the form of an ultra-thin film of aluminum oxide, where capillary condensation of moisture occurs, which is deposited on the lower electrode 2 through the pores, as through conducting channels. Water molecules have a high dipole moment, so their presence in the moisture-sensitive layer changes the permittivity of the capacitor, which in turn changes the parameters of the electrical capacity and capacitive resistance of the capacitor. The basis of the capacitor, on which the thin film structure (lower and upper electrodes, moisture-sensitive layer) is based, is a ceramic aluminum oxide substrate 1, which ensures the stability of the dielectric characteristics and the reliability of the capacitor.

Широко известно, что величина тангенса угла диэлектрических потерь в конденсаторе характеризует потери энергии электрического поля, приходящиеся на его рассеяние в диэлектрике, а обратной величиной тангенса угла потерь конденсатора является показатель добротности работы конденсатора, поэтому применение керамической алюмооксидной подложки 1 с низким коэффициентом диэлектрических потерь в качестве основы конденсатора обеспечивает повышение показателя добротности, как следствия надежности и долговечности его работы. It is widely known that the value of the dielectric loss tangent in a capacitor characterizes the loss of electric field energy due to its dissipation in the dielectric, and the inverse value of the loss tangent of a capacitor is the quality factor of the capacitor, therefore the use of a ceramic alumina substrate 1 with a low dielectric loss factor as the basis of a capacitor ensures an increase in the quality factor, as a consequence of the reliability and durability of its operation.

Широко известно, что емкостное сопротивление - это сопротивление, которое оказывает конденсатор переменному току, оно обратно пропорционально значению электрической емкости и частоте переменного тока. Снижение емкостного сопротивления влагочувствительного диэлектрического слоя 3 за счет его сверх малой толщины изменяет динамическое сопротивление конденсатора (импеданс), что способствует увеличению диапазона электрической емкости, снижению гистерезиса и повышению повторяемой точности значений электрической емкости при изменении влажности транспортируемого газа. It is widely known that capacitive resistance is the resistance that a capacitor provides to alternating current, it is inversely proportional to the value of the electrical capacity and the frequency of the alternating current. Reducing the capacitive resistance of the moisture-sensitive dielectric layer 3 due to its ultra-small thickness changes the dynamic resistance of the capacitor (impedance), which helps to increase the range of electrical capacity, reduce hysteresis and improve the repeatability of the electrical capacity values when the humidity of the transported gas changes.

Широко известно, что, например, и нитрид титана, и золото обладают высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, поскольку по своим физико-химическим свойствам обладают иммунитетом к окислению, высокой микротвердостью, механической прочностью, поэтому напыление пленки из нитрида титана или золота для верхнего влагопроницаемого электрода 4 способствует точности измерений сорбционно-емкостного сенсора влажности в агрессивной газовой среде. Для сорбционно-емкостной сенсора влажности газа, используемого в неагрессивных средах, предпочтительно использование платины, в качестве металла, используемого для напыления в виде пленки для верхнего влагопроницаемого электрода 4. It is widely known that, for example, both titanium nitride and gold have high corrosion resistance in aggressive environments, since according to their physical and chemical properties they have immunity to oxidation, high microhardness, mechanical strength, therefore, spraying a film of titanium nitride or gold for the upper moisture-permeable electrode 4 contributes to the accuracy of measurements of the sorption-capacitive humidity sensor in an aggressive gas environment. For the sorption-capacitive gas humidity sensor used in non-aggressive environments, it is preferable to use platinum as the metal used for spraying in the form of a film for the upper moisture-permeable electrode 4.

Claims

A thin-film sorption-capacitive gas humidity sensor, which is a capacitor of variable electric capacitance, containing a substrate made of corundum alumina ceramics, a lower electrode in the form of a thin film of aluminum applied to the substrate by magnetron sputtering in a vacuum, a dielectric moisture-sensitive layer in the form of a thin film of aluminum oxide applied to the lower electrode using electron-beam sputtering technology, and an upper moisture-permeable electrode applied to the moisture-sensitive layer in the form of a thin film of titanium nitride, deposited using magnetron sputtering technology in a vacuum, wherein the thickness of the dielectric moisture-sensitive layer in the form of a thin film of aluminum oxide is 150 nm.