변압기 내 절연유의 수분 함유량 실시간 모니터링을 위한 습도센서 개발

Abstract

본 논문은 순수 polyimide만을 이용한 고감도의 capacitance type의 습도센서 개발에 대한 연구이다. Comsol simulation을 통해 metal width, spacing width, polyimide thickness에 대한 최적화를 완료하였으며 반복적인 공정 과정을 거쳐 반응성이 높고 안정성 및 내구성이 우수한 상태의 polyimide를 만들 수 있는 curing 조건을 완성시켰으며 유효한 capacitance 값을 갖는 metal-insulator-metal 3 layer 구조의 습도센서가 제작되었고 polyimide와 물 분자의 접촉 면적을 넓히기 위해 RIE 처리를 함으로써 감도를 극대화시켰다. 제작된 센서는 항온항습 chamber 내에서 25℃의 일정한 온도를 유지한 채 약 20%~90% 범위 내에서 상대습도를 변화시키면서 LCR meter를 이용하여 센서의 주파수에 따른 Sensitivity, hysteresis, response time, stability 등이 측정되었다. 마찬가지로 절연유 내에서 상대습도에 따른 capacitance 값이 측정되었다. 결과적으로 제작된 소자는 1.6pF/%RH의 sensitivity를 보여주고 있으며 40%RH에서 약 6.45%RH의 Hysteresis를 갖는다. 1분 내의 매우 빠른 응답속도와 400시간 이상에도 capacitance 값을 거의 같게 유지하는 내구성 및 안정성을 보여주었으며 기존의 planar 구조의 polyimide 습도센서[1]에 비해 더 높은 sensitivity를 확인할 수 있었다.