傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、濕度、水份傳感器剖析

1、第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 濕度傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過(guò)濕敏材料濕度傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過(guò)濕敏材料 的物理或化學(xué)性質(zhì)變化將濕度大小轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件。的物理或化學(xué)性質(zhì)變化將濕度大小轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件。 現(xiàn)在濕度檢測(cè)已廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)國(guó)防、科技、生現(xiàn)在濕度檢測(cè)已廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)國(guó)防、科技、生 活等各個(gè)領(lǐng)域?；畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域。 許多儲(chǔ)物倉(cāng)庫(kù)濕度超過(guò)一定程度，物品易發(fā)生霉變或變?cè)S多儲(chǔ)物倉(cāng)庫(kù)濕度超過(guò)一定程度，物品易發(fā)生霉變或變 質(zhì)；居室濕度希望適中；紡織廠要求車(chē)間的濕度保持在質(zhì)

2、；居室濕度希望適中；紡織廠要求車(chē)間的濕度保持在 60%70%RH60%70%RH；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌培養(yǎng)、水果；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌培養(yǎng)、水果 保鮮等都需要對(duì)濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制。保鮮等都需要對(duì)濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 1. 絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度 單位體積空氣內(nèi)所含的水汽的質(zhì)量，也就是空氣中水汽的單位體積空氣內(nèi)所含的水汽的質(zhì)量，也就是空氣中水汽的 密度。嚴(yán)格指在一定溫度和壓力下，單位空間所含水蒸氣密度。嚴(yán)格指在一定溫度

3、和壓力下，單位空間所含水蒸氣 的絕對(duì)含量或濃度。一般用一立方米空氣中所含水蒸汽的的絕對(duì)含量或濃度。一般用一立方米空氣中所含水蒸汽的 克數(shù)來(lái)表示：克數(shù)來(lái)表示： )/( 3 mg V m A V H 式中，式中，mV為待測(cè)空氣中水汽的質(zhì)量，單位為待測(cè)空氣中水汽的質(zhì)量，單位g; V為待測(cè)空氣的總體積，單位為為待測(cè)空氣的總體積，單位為m3 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 1. 絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度 絕對(duì)濕度也可用水的蒸汽壓表示。設(shè)空氣水氣密度為絕對(duì)濕度也可用水的蒸汽壓表

4、示。設(shè)空氣水氣密度為V， 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，得：根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，得： RT MpV V 式中，式中，M水氣的摩爾質(zhì)量；水氣的摩爾質(zhì)量； R摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù) pV蒸氣壓力蒸氣壓力 T熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 2. 相對(duì)濕度相對(duì)濕度 在許多與大氣濕度有關(guān)的現(xiàn)象中，如農(nóng)作物的生長(zhǎng)、有機(jī)在許多與大氣濕度有關(guān)的現(xiàn)象中，如農(nóng)作物的生長(zhǎng)、有機(jī) 物的發(fā)霉、人的干濕感覺(jué)等都與大氣的絕對(duì)濕度沒(méi)有任何關(guān)系，物的發(fā)霉、人的干濕感覺(jué)等

5、都與大氣的絕對(duì)濕度沒(méi)有任何關(guān)系， 而主要與大氣中的水氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近程度有關(guān)。所謂飽和而主要與大氣中的水氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近程度有關(guān)。所謂飽和 狀態(tài)是指在某一壓力、溫度下，大氣中的水氣含量的最大值。狀態(tài)是指在某一壓力、溫度下，大氣中的水氣含量的最大值。 若大于此值，其中的一部分水氣必然凝結(jié)成水滴，而使水氣密若大于此值，其中的一部分水氣必然凝結(jié)成水滴，而使水氣密 度保持在飽和狀態(tài)。氣溫越低，飽和壓強(qiáng)越小。度保持在飽和狀態(tài)。氣溫越低，飽和壓強(qiáng)越小。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度一、

6、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 2. 相對(duì)濕度相對(duì)濕度 通常把被測(cè)氣體中實(shí)際所含水氣壓力和該氣體在相同溫度通常把被測(cè)氣體中實(shí)際所含水氣壓力和該氣體在相同溫度 下飽和水蒸氣壓的百分比稱為相對(duì)濕度。下飽和水蒸氣壓的百分比稱為相對(duì)濕度。 一般用符號(hào)一般用符號(hào)%RH（Relative Humidity）表示，無(wú)量綱。）表示，無(wú)量綱。 一般使用的濕度量程為一般使用的濕度量程為0100%RH。 RH P P H T N W T %100 PW為待測(cè)空氣溫度為為待測(cè)空氣溫度為T(mén)時(shí)的水氣分壓時(shí)的水氣分壓 PN為相同溫度下飽和水氣的分壓為相同溫度下飽和水氣的分壓 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏

7、傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度一、相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 3. 露點(diǎn)露點(diǎn) 降低溫度可以使原先未飽和的水氣變成飽和水氣而產(chǎn)生結(jié)降低溫度可以使原先未飽和的水氣變成飽和水氣而產(chǎn)生結(jié) 露現(xiàn)象。露點(diǎn)就是指：使大氣中原來(lái)所含有的未飽和水氣變成露現(xiàn)象。露點(diǎn)就是指：使大氣中原來(lái)所含有的未飽和水氣變成 飽和水氣所必須降低達(dá)到的溫度值。飽和水氣所必須降低達(dá)到的溫度值。 因此只要測(cè)出露點(diǎn)就可以通過(guò)查表得到當(dāng)時(shí)大氣的絕對(duì)濕因此只要測(cè)出露點(diǎn)就可以通過(guò)查表得到當(dāng)時(shí)大氣的絕對(duì)濕 度。這種方法也可以用來(lái)標(biāo)定濕敏電阻傳感器。度。這種方法也可以用來(lái)標(biāo)定濕敏電阻傳感器。 露點(diǎn)與農(nóng)

8、作物的生長(zhǎng)有很大關(guān)系；結(jié)露也嚴(yán)重影響電子儀露點(diǎn)與農(nóng)作物的生長(zhǎng)有很大關(guān)系；結(jié)露也嚴(yán)重影響電子儀 器的正常工作，必須予以注意。器的正常工作，必須予以注意。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類(lèi)潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類(lèi)潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生 變化而制成的測(cè)濕元件。它的結(jié)構(gòu)是在條狀絕緣基片的兩變化而制成的測(cè)濕元件。它的結(jié)構(gòu)是在條狀絕緣基片的兩 面，用化學(xué)沉積或真空蒸渡的方法作上電極，再沉漬一定面，用化學(xué)沉積或真空蒸渡的方法作上電極，再沉漬一定 配方的氯化鋰配方的

9、氯化鋰-聚乙烯醇混合溶液，經(jīng)一定時(shí)間的老化處理，聚乙烯醇混合溶液，經(jīng)一定時(shí)間的老化處理， 即可制成濕敏電阻傳感元件。即可制成濕敏電阻傳感元件。 二、氯化鋰濕敏元件二、氯化鋰濕敏元件 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 在氯化鋰（在氯化鋰（LiCl）溶液中，）溶液中，Li和和Cl均以正負(fù)離子的形式存均以正負(fù)離子的形式存 在，而在，而Li對(duì)水分子的吸引力強(qiáng)，離子水合程度高，其溶對(duì)水分子的吸引力強(qiáng)，離子水合程度高，其溶 液中的離子導(dǎo)電能力與濃度成正比。液中的離子導(dǎo)電能力與濃度成正比。 當(dāng)溶液置于一定溫濕當(dāng)溶液置于

10、一定溫濕 場(chǎng)中，若環(huán)境相對(duì)濕度高，溶液將吸收水分，使?jié)舛冉档?，?chǎng)中，若環(huán)境相對(duì)濕度高，溶液將吸收水分，使?jié)舛冉档停?因此，其溶液電阻率增高。反之，環(huán)境相對(duì)濕度變低時(shí)，因此，其溶液電阻率增高。反之，環(huán)境相對(duì)濕度變低時(shí)， 則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的測(cè)量。則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的測(cè)量。 氯化鋰濕敏元件的電阻氯化鋰濕敏元件的電阻濕度特性曲線如圖示。濕度特性曲線如圖示。 二、氯化鋰濕敏元件二、氯化鋰濕敏元件 吸附 脫附 15 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 405060708090 相對(duì)濕度 / %RH 電阻值的對(duì)數(shù) / 第七章 氣敏、濕

11、敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 二、氯化鋰濕敏元件二、氯化鋰濕敏元件 圖圖7-18 相對(duì)濕度計(jì)原理框圖相對(duì)濕度計(jì)原理框圖 43 2 5 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 制造半導(dǎo)體陶瓷敏元件的材料，主要是不同類(lèi)型的金屬氧化物制造半導(dǎo)體陶瓷敏元件的材料，主要是不同類(lèi)型的金屬氧化物 負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷 020406080100 相對(duì)濕度 / %RH 106 105 104 103 電

12、阻 / 1 2 3 1ZnOLiO 2V2O5系； 2SiNa 2OV2O5系； 3TiO 2MgOCr2O3系 020406080100 相對(duì)濕度 / %RH 80 100 120 140 160 180 200 220 電阻 / FeFe3 3OO4 4半導(dǎo)瓷的正濕敏特性半導(dǎo)瓷的正濕敏特性 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場(chǎng)，當(dāng)水在半導(dǎo)由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場(chǎng)，當(dāng)水在半導(dǎo) 瓷表面吸附時(shí)，就有可能從半導(dǎo)瓷表面俘獲電子，

13、使半導(dǎo)瓷瓷表面吸附時(shí)，就有可能從半導(dǎo)瓷表面俘獲電子，使半導(dǎo)瓷 表面帶負(fù)電表面帶負(fù)電 如果該半導(dǎo)瓷是型半導(dǎo)體，則由于水分子吸附使表面如果該半導(dǎo)瓷是型半導(dǎo)體，則由于水分子吸附使表面 電勢(shì)下降，將吸引更多的空穴到達(dá)其表面，其表面層的電電勢(shì)下降，將吸引更多的空穴到達(dá)其表面，其表面層的電 阻下降阻下降 1. 負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 若該半導(dǎo)瓷為型，則由于水分子的附著使表面電勢(shì)下若該半導(dǎo)瓷為型，則由于水分子的附著使表面電勢(shì)下 降，如果表面電勢(shì)下降

14、較多，不僅使表面層的電子耗盡，降，如果表面電勢(shì)下降較多，不僅使表面層的電子耗盡， 同同 時(shí)吸引更多的空穴達(dá)到表面層，有可能使到達(dá)表面層的空穴濃時(shí)吸引更多的空穴達(dá)到表面層，有可能使到達(dá)表面層的空穴濃 度大于電子濃度，出現(xiàn)所謂表面反型層，這些空穴稱為反型載度大于電子濃度，出現(xiàn)所謂表面反型層，這些空穴稱為反型載 流子。流子。 它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性，使它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性，使N型半型半 導(dǎo)瓷材料的表面電阻下降導(dǎo)瓷材料的表面電阻下降 不論是型還是型半導(dǎo)體陶瓷，其電阻率都隨濕度的增不論是型還是型半導(dǎo)體陶瓷，其電阻率都隨濕度的增 加而下降加而下降 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半

15、導(dǎo)體濕敏元件 1. 負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理的解釋可以認(rèn)為這類(lèi)材正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理的解釋可以認(rèn)為這類(lèi)材 料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負(fù)特性材料有所不同。當(dāng)水分料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負(fù)特性材料有所不同。當(dāng)水分 子附著半導(dǎo)瓷的表面使電勢(shì)變負(fù)時(shí)，子附著半導(dǎo)瓷的表面使電勢(shì)變負(fù)時(shí)， 導(dǎo)致其表面層電子濃導(dǎo)致其表面層電子濃 度下降，但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反度下降，但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到

16、出現(xiàn)反 型程度，此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主。于是，表面電阻將由于型程度，此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主。于是，表面電阻將由于 電子濃度下降而加大，這類(lèi)半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕電子濃度下降而加大，這類(lèi)半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕 度的增加而加大。通常濕敏半導(dǎo)瓷材料都是多孔的，表面度的增加而加大。通常濕敏半導(dǎo)瓷材料都是多孔的，表面 電導(dǎo)占的比例很大，故表面層電阻的升高，電導(dǎo)占的比例很大，故表面層電阻的升高， 必將引起總電必將引起總電 阻值的明顯升高。阻值的明顯升高。 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 2. 正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二

17、節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 半導(dǎo)體濕敏元件具有較好的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抗沾污能力、半導(dǎo)體濕敏元件具有較好的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抗沾污能力、 能在惡劣能在惡劣 、易污染的環(huán)境中測(cè)得準(zhǔn)確的濕度數(shù)據(jù)，而且響應(yīng)快、易污染的環(huán)境中測(cè)得準(zhǔn)確的濕度數(shù)據(jù)，而且響應(yīng)快、 使用溫度范圍寬（可在使用溫度范圍寬（可在150以下使用）、可加熱清洗等優(yōu)點(diǎn)，以下使用）、可加熱清洗等優(yōu)點(diǎn)， 實(shí)用中占有很重要的地位。實(shí)用中占有很重要的地位。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、

18、濕度、水份傳感器剖析 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 1.燒結(jié)型濕敏電阻燒結(jié)型濕敏電阻 其感濕體為其感濕體為MgCrMgCr2 2O O4 4-TiO-TiO2 2（氧化鎂（氧化鎂 復(fù)合氧化物復(fù)合氧化物- -二氧化鈦）多孔陶瓷。二氧化鈦）多孔陶瓷。 MgCrMgCr2 2O O4 4屬屬P P型半導(dǎo)體，特點(diǎn)是感濕型半導(dǎo)體，特點(diǎn)是感濕 靈敏度適中，電阻率低，阻值濕度特靈敏度適中，電阻率低，阻值濕度特 性好。性好。 由于這種濕敏元件在由于這種濕敏元件在500500左右的左右的 高溫短期加熱時(shí)可去除油污、有機(jī)物高溫短期加熱時(shí)可去除油污、有機(jī)物 和塵埃等污染，所以在這種濕敏元件的感濕體外往往罩上

19、一層加和塵埃等污染，所以在這種濕敏元件的感濕體外往往罩上一層加 熱絲，以便對(duì)器件經(jīng)常進(jìn)行加熱清洗，排除惡劣氣氛對(duì)器熱絲，以便對(duì)器件經(jīng)常進(jìn)行加熱清洗，排除惡劣氣氛對(duì)器 件的污染。器件安裝在一種高致密、具有疏水性的陶瓷片底座上。件的污染。器件安裝在一種高致密、具有疏水性的陶瓷片底座上。 為了避免底座上測(cè)量電極為了避免底座上測(cè)量電極2 2、3 3之間因吸濕和玷污物而引起漏電，之間因吸濕和玷污物而引起漏電， 在測(cè)量電極在測(cè)量電極2 2、3 3周?chē)O(shè)置了短路環(huán)。周?chē)O(shè)置了短路環(huán)。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析

20、三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 2.涂覆膜型涂覆膜型Fe3O4濕敏電阻濕敏電阻 涂覆膜型涂覆膜型Fe3O4濕敏元件，濕敏元件， 一般采用滑石瓷或氧化鋁陶瓷一般采用滑石瓷或氧化鋁陶瓷 作為元件的基片。在基片上用絲作為元件的基片。在基片上用絲 網(wǎng)印刷技術(shù)或真空蒸鍍工藝制成網(wǎng)印刷技術(shù)或真空蒸鍍工藝制成 梳狀金電極。將純凈的黑梳狀金電極。將純凈的黑Fe3O4 膠粒，用水調(diào)制成適當(dāng)粘度的漿膠粒，用水調(diào)制成適當(dāng)粘度的漿 料，然后將其涂覆在已制備好金料，然后將其涂覆在已制備好金 電極的基片上，經(jīng)低溫烘干后，電極的基片上，經(jīng)低溫烘干后， 引出電圾即可使用，其結(jié)構(gòu)如圖引出電圾即可使用，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。所

21、示。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 三、半導(dǎo)體濕敏元件三、半導(dǎo)體濕敏元件 2.涂覆膜型涂覆膜型Fe3O4濕敏電阻濕敏電阻 優(yōu)點(diǎn)：在常溫、常濕下性能穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)：在常溫、常濕下性能穩(wěn)定， 有較強(qiáng)的抗結(jié)露能力。在有較強(qiáng)的抗結(jié)露能力。在 全濕范圍內(nèi)有相當(dāng)一致的濕敏全濕范圍內(nèi)有相當(dāng)一致的濕敏 特性。而且其工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格特性。而且其工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格 便宜。適用于精度要求不高，便宜。適用于精度要求不高， 測(cè)濕范圍廣，工作在室溫附近，測(cè)濕范圍廣，工作在室溫附近， 無(wú)油氣及其他污染的場(chǎng)合。無(wú)油氣及其他污染的場(chǎng)合。 缺點(diǎn)：

22、有明顯的濕滯效應(yīng)，響應(yīng)缺點(diǎn)：有明顯的濕滯效應(yīng)，響應(yīng) 緩慢。緩慢。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 四、熱敏電阻式濕敏元件四、熱敏電阻式濕敏元件 1.工作原理工作原理 圖圖7-23 熱敏電阻濕度傳感器熱敏電阻濕度傳感器 的電路構(gòu)成原理的電路構(gòu)成原理 它是利用潮濕空氣和干燥空氣它是利用潮濕空氣和干燥空氣 的熱傳導(dǎo)之差來(lái)測(cè)量濕度的。的熱傳導(dǎo)之差來(lái)測(cè)量濕度的。 給兩個(gè)珠形熱敏電阻通以電流，給兩個(gè)珠形熱敏電阻通以電流， 自身加熱至自身加熱至200左右、一個(gè)左右、一個(gè) 封入干燥空氣中（封閉式），封入干燥空氣中（封閉

23、式）， 另一個(gè)作為濕敏元件，共同組成另一個(gè)作為濕敏元件，共同組成 濕度傳感器。濕度傳感器。 電橋電路如右圖。電橋電路如右圖。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 四、熱敏電阻式濕敏元件四、熱敏電阻式濕敏元件 1.工作原理工作原理 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 四、熱敏電阻式濕敏元件四、熱敏電阻式濕敏元件 1.工作原理工作原理 圖圖7-23 熱敏電阻濕度傳感器熱敏電阻濕度傳感器 的電路構(gòu)成原理的電路構(gòu)成原理 先在干燥

24、空氣中調(diào)整電橋元件，先在干燥空氣中調(diào)整電橋元件， 使電橋輸出為使電橋輸出為0。當(dāng)暴露在濕空。當(dāng)暴露在濕空 氣中時(shí)，由于相應(yīng)空氣含有水蒸氣中時(shí)，由于相應(yīng)空氣含有水蒸 氣，傳感元件的電阻氣，傳感元件的電阻R1發(fā)生變發(fā)生變 化，從而電橋的平衡被破壞?；?，從而電橋的平衡被破壞。 此不平衡電壓為絕對(duì)濕度的函數(shù)。此不平衡電壓為絕對(duì)濕度的函數(shù)。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 四、熱敏電阻式濕敏元件四、熱敏電阻式濕敏元件 2.特點(diǎn)特點(diǎn) 靈敏度高且響應(yīng)速度快（靈敏度高且響應(yīng)速度快（90%響應(yīng)，約響應(yīng)，約12s）；）；

25、無(wú)滯后現(xiàn)象；無(wú)滯后現(xiàn)象； 不像干濕球濕度計(jì)需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)；不像干濕球濕度計(jì)需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)； 可連續(xù)測(cè)量（不需加熱清洗）；可連續(xù)測(cè)量（不需加熱清洗）； 抗風(fēng)、油、塵埃能力強(qiáng)?？癸L(fēng)、油、塵埃能力強(qiáng)。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 五、高分子式濕敏元件五、高分子式濕敏元件 有機(jī)高分子材料制成的濕度傳感器，主要是利用其吸濕有機(jī)高分子材料制成的濕度傳感器，主要是利用其吸濕 性與漲縮性。性與漲縮性。 某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)明顯改變，制成了某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)明顯改變，

26、制成了 電容式濕度傳感器；電容式濕度傳感器； 某些高分子電解質(zhì)吸濕后，電阻明顯變化，制成了電阻某些高分子電解質(zhì)吸濕后，電阻明顯變化，制成了電阻 式濕度傳感器；式濕度傳感器； 利用漲縮性高分子（如樹(shù)脂）材料和導(dǎo)電粒子，在吸利用漲縮性高分子（如樹(shù)脂）材料和導(dǎo)電粒子，在吸 濕之后的開(kāi)關(guān)特性，制成了結(jié)露傳感器。濕之后的開(kāi)關(guān)特性，制成了結(jié)露傳感器。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 五、高分子式濕敏元件五、高分子式濕敏元件 電容式濕度傳感器電容式濕度傳感器 電容式高分子濕度傳電容式高分子濕度傳 感器，其上部多孔質(zhì)的

27、金感器，其上部多孔質(zhì)的金 電極可使水分子透過(guò)，水電極可使水分子透過(guò)，水 的介電常數(shù)比較大，室溫的介電常數(shù)比較大，室溫 時(shí)約為時(shí)約為79。感濕高分子材。感濕高分子材 料的介電常數(shù)并不大，當(dāng)料的介電常數(shù)并不大，當(dāng) 水分子被高分子薄膜吸附水分子被高分子薄膜吸附 時(shí)，介電常數(shù)發(fā)生變化。隨著環(huán)境濕度的提高，高分子薄膜時(shí)，介電常數(shù)發(fā)生變化。隨著環(huán)境濕度的提高，高分子薄膜 吸附的水分子增多，因而濕度傳感器的電容量增加。所以根吸附的水分子增多，因而濕度傳感器的電容量增加。所以根 據(jù)電容量的變化可測(cè)得相對(duì)濕度。據(jù)電容量的變化可測(cè)得相對(duì)濕度。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳

28、感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 六、金屬氧化物陶瓷濕敏元件六、金屬氧化物陶瓷濕敏元件 各種濕敏元件所用材料中，金屬氧化物系陶瓷材料所具各種濕敏元件所用材料中，金屬氧化物系陶瓷材料所具 有的熱穩(wěn)定性受人矚目，用它制作的濕度傳感器具有耐久性有的熱穩(wěn)定性受人矚目，用它制作的濕度傳感器具有耐久性 好、測(cè)量范圍廣、價(jià)廉和易變化電信號(hào)等特點(diǎn)。好、測(cè)量范圍廣、價(jià)廉和易變化電信號(hào)等特點(diǎn)。 陶瓷濕度傳感器是以穩(wěn)定的陶瓷濕度傳感器是以穩(wěn)定的Al2O3原料為主體濕敏體，原料為主體濕敏體， 用獨(dú)特的陶瓷加熱器作為清洗機(jī)構(gòu)，組成了一個(gè)全固態(tài)器件，用獨(dú)特的陶瓷加熱器作為清洗機(jī)構(gòu)，組成了一個(gè)全固態(tài)器件

29、， 所以是一種小型、耐污垢、可靠性高的傳感器。所以是一種小型、耐污垢、可靠性高的傳感器。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 濕度傳感器的測(cè)量電路濕度傳感器的測(cè)量電路 1 1、電源選擇、電源選擇 一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源，否則性能一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源，否則性能 會(huì)劣化甚至失效。會(huì)劣化甚至失效。 電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，在直電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，在直 流電源作用下，正、負(fù)離子必然向電源兩極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流電源作用下，正、負(fù)離子必然向電源兩

30、極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電 解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下，解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下， 正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會(huì)被破正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會(huì)被破 壞。壞。 交流電源的頻率選擇是，在不產(chǎn)生正、負(fù)離子定向積累交流電源的頻率選擇是，在不產(chǎn)生正、負(fù)離子定向積累 情況下盡可能低一些。在高頻情況下，測(cè)試引線的容抗明情況下盡可能低一些。在高頻情況下，測(cè)試引線的容抗明 顯下降，會(huì)把濕敏電阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會(huì)顯下降，會(huì)把濕敏電阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會(huì) 產(chǎn)生集膚效應(yīng)，阻值發(fā)生變化，影響到測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確產(chǎn)生集膚效應(yīng)，阻值

31、發(fā)生變化，影響到測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確 性。性。 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 2 2溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 濕度傳感器具有正或負(fù)的溫度系數(shù)，其溫度系數(shù)大小不一，濕度傳感器具有正或負(fù)的溫度系數(shù)，其溫度系數(shù)大小不一， 工作溫區(qū)有寬有窄。所以要考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。工作溫區(qū)有寬有窄。所以要考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 對(duì)于半導(dǎo)體陶瓷傳感器，其電阻與溫度的的關(guān)系一般為指數(shù)對(duì)于半導(dǎo)體陶瓷傳感器，其電阻與溫度的的關(guān)系一般為指數(shù) 函數(shù)關(guān)系，通常其溫度關(guān)系屬于函數(shù)關(guān)系，通常其溫度關(guān)系屬于NTCNTC型，即型，即 AH T B RRexp 0

32、 HH：相對(duì)濕度；：相對(duì)濕度； T T：絕對(duì)溫度；：絕對(duì)溫度； R R0 0：在：在T=0T=0相對(duì)濕度相對(duì)濕度H H=0=0時(shí)的阻值；時(shí)的阻值； A A：濕度常數(shù)；：濕度常數(shù)；B B：溫度常數(shù)。：溫度常數(shù)。 溫度系數(shù) 2 1 T B T R R 濕度系數(shù)A H R R 1 濕度溫度系數(shù) 2 AT B T H 濕度系數(shù) 溫度系數(shù) 濕度傳感器的測(cè)量電路濕度傳感器的測(cè)量電路 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 溫度系數(shù) 2 1 T B T R R 濕度系數(shù)A H R R 1 濕度溫度系數(shù) 2 AT B T H

33、濕度系數(shù) 溫度系數(shù) 若傳感器的濕度溫度系數(shù)為若傳感器的濕度溫度系數(shù)為0.07RH/，工作溫度差為，工作溫度差為 30，測(cè)量誤差為，測(cè)量誤差為0.21RH/，則不必考慮溫度補(bǔ)償；，則不必考慮溫度補(bǔ)償； 若濕度溫度系數(shù)為若濕度溫度系數(shù)為0.4RH/，則引起，則引起12RH/的誤差的誤差, , 必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 2 2溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 濕度傳感器的測(cè)量電路濕度傳感器的測(cè)量電路 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 3 3線性化線性化 濕度傳感器的感濕特征量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系不是線性的，濕度傳感

34、器的感濕特征量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系不是線性的， 這給濕度的測(cè)量、控制和補(bǔ)償帶來(lái)了困難。需要通過(guò)一種變換這給濕度的測(cè)量、控制和補(bǔ)償帶來(lái)了困難。需要通過(guò)一種變換 使感濕特征量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系線性化。下圖為濕度傳感使感濕特征量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系線性化。下圖為濕度傳感 器測(cè)量電路原理框圖。器測(cè)量電路原理框圖。 濕度傳感器的測(cè)量電路濕度傳感器的測(cè)量電路 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 濕敏傳感器濕敏傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第七章氣敏、 濕度、水份傳感器剖析 水份是在谷物、木材等交易時(shí)應(yīng)掌握的一項(xiàng)指標(biāo)，也是水份是在谷物、木材等交易時(shí)應(yīng)掌握的一項(xiàng)指標(biāo)，也是 掌握其保存狀態(tài)和質(zhì)量管理的

35、指標(biāo)。水份就是存在于物質(zhì)中掌握其保存狀態(tài)和質(zhì)量管理的指標(biāo)。水份就是存在于物質(zhì)中 的水的數(shù)量，以百分比表示，從根本上說(shuō)，它可以用干燥法的水的數(shù)量，以百分比表示，從根本上說(shuō)，它可以用干燥法 等重量測(cè)定方法求得?？墒牵谶M(jìn)行交易時(shí)，在制造工序和等重量測(cè)定方法求得。可是，在進(jìn)行交易時(shí)，在制造工序和 檢查工序中必須迅速或連續(xù)地進(jìn)行測(cè)定，故有必要開(kāi)發(fā)研究檢查工序中必須迅速或連續(xù)地進(jìn)行測(cè)定，故有必要開(kāi)發(fā)研究 把水分量（或含水量）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)定和表示等的各把水分量（或含水量）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)定和表示等的各 種檢測(cè)用傳感器及其裝置。種檢測(cè)用傳感器及其裝置。 第三節(jié)第三節(jié) 水份傳感器水份傳感器 第七章 氣敏、濕敏、水份傳感器 第二節(jié)第二節(jié)