Polymeric relative humidity sensor with integrated signal conditioning circuit

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sensor de umidade relativa que tem como elemento sensor um polímero (poli(óxido de etileno-co-epicloridrina)84:16), cuja condutividade varia com a umidade. O polímero foi depositado por casting sobre um substrato cerâmico sobre o qual, por sua vez, foram depositados dois eletrodos em forma interdigitada aos quais é aplicada uma corrente alternada com forma de onda quadrada e amplitude DC nula. Este sinal de excitação é produzido por um circuito integrado que também realiza a leitura da tensão nos terminais do eletrodo. Além disto, o circuito contém um sensor de temperatura cuja informação é necessária para a correta leitura da umidade. Amostras do circuito integrado, cujo projeto é parte deste trabalho, foram fabricadas em tecnologia CMOS 0,35um e caracterizadas juntamente com o elemento sensor. Os resultados mais relevantes da caracterização do sensor desenvolvido são: Faixa de medição: máx 90%RH para evitar condensação; Sensibilidade do elemento sensor: 188,83W/%RH a 55%RH; Histerese: 3,4% a 55%RH; Temperatura de operação: 0 a 60oC; Tempo de resposta: +/-30s. A principal contribuição deste trabalho reside na proposição de um sensor de umidade que é composto de um elemento sensor polimérico e de um circuito integrado que realiza o condicionamento e leitura dos sinais envolvidos, constituindo deste modo uma solução robusta e de baixo custo Abstract: This work describes the development of a relative-humidity sensor, which uses as sensing element a polymer (poly(ethylene oxide-co-epichlorohydrin)84:16) whose conductivity varies with humidity. The polymer was deposited by casting over a ceramic substrate, on which two interdigitized electrodes were previously deposited. An integrated circuit, also developed as part of the work, provides a square wave current with no DC component as excitation signal to the electrodes and reads the voltage across them. The developed integrated circuit also includes a temperature sensor, whose produced signal is used to yield the correct humidity measurement. Samples of the integrated circuit were fabricated in 0.35µm CMOS technology and were characterized together with the sensing element. The most relevant characteristics of the developed humidity sensor are: Measuring range: 90%RH max, to avoid condensing; Sensor element sensitivity: 188,83W/%RH at 55%RH; Hysteresis: 3,4% at 55%RH; Operating temperature: 0 to 60oC; Response time: +/-30s. The main contribution of this work is the proposition of a humidity sensor, which is based on a compound of a polymeric sensing element that operates in conjunction with an integrated circuit. The developed integrated circuit performs the necessary conditioning of the involved signals, in addition to include a temperature sensor. The developed humidity sensor has proven to be robust and can be produced at a relative low cost Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica