絕對(duì)濕與相對(duì)濕PPT課件

1、1目錄目錄一、簡(jiǎn)介二、濕度及濕度傳感器三、電解質(zhì)系濕度傳感器四、半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器五、有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器六、濕度傳感器的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向本章小結(jié)第1頁/共88頁2一、簡(jiǎn)介一、簡(jiǎn)介濕度測(cè)量技術(shù)濕度測(cè)量技術(shù) （可參（可參濕度測(cè)量濕度測(cè)量一書）一書）濕度測(cè)量技術(shù)發(fā)展已有200多年歷史 人們對(duì)濕敏元件的認(rèn)識(shí)是從1938年美國F.W.Dummore研制成功浸涂式LiCl濕敏元件才開始的，從此以后，已有幾十種濕敏元件及傳感器應(yīng)運(yùn)而生。 第2頁/共88頁3 濕度檢測(cè)的重要濕度檢測(cè)的重要性性 濕度與科研、生產(chǎn)、人們生活、植物生長有密切關(guān)系，環(huán)境的濕度具有與環(huán)境溫度同等重要意義。 目前人們對(duì)濕度的

2、重視程度遠(yuǎn)不及對(duì)溫度的重視。因此濕度測(cè)量技術(shù)的研究及其測(cè)量儀器遠(yuǎn)不如溫度測(cè)量技術(shù)與儀器那樣精確與完善。 由于對(duì)濕度監(jiān)測(cè)不夠精確，致使大批精密儀器與機(jī)械裝置銹蝕、谷物發(fā)霉等，每年因此造成巨大損失。第3頁/共88頁4二、濕度及濕度傳感二、濕度及濕度傳感器器1、濕度及其表示方法2、濕度傳感器及其特性參數(shù)3、濕度傳感器的分類 第4頁/共88頁51 1、濕度及其表示方法、濕度及其表示方法 在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周圍的大氣里總是含有或多或少的水汽。 大氣中含有水汽的多少，表示大氣的干、濕程度，用濕度來表示，也就是說，濕度是表示大氣干濕程度的物理量。 大氣濕度有兩種表示方法：絕對(duì)濕度與相對(duì)濕

3、度。第5頁/共88頁6、絕對(duì)溫度、絕對(duì)溫度 絕對(duì)濕度表示單位體積空氣里所含水汽的質(zhì)量，其表達(dá)式為:式中： 被測(cè)空氣的絕對(duì)濕度 MV一被測(cè)空氣中水汽的質(zhì)量 V 被測(cè)空氣的體積VV第6頁/共88頁7、相對(duì)濕度、相對(duì)濕度 相對(duì)濕度是氣體的絕對(duì)濕度(V)與在同一溫度下，水蒸汽已達(dá)到飽和的氣體的絕對(duì)濕度(W)之比，常表示為RH其表達(dá)式為 相對(duì)濕度= (V /W)100%RH 根據(jù)道爾頓分壓定律，空氣中壓強(qiáng)PPa十PV(Pa為干空氣分壓，PV為濕空氣氣壓)和理想狀態(tài)方程，通過變換又可將相對(duì)濕度用分壓表示： 相對(duì)濕度 (PV /PW)100% RH； 式中：PV一待測(cè)氣體的水汽分壓； Pw一 同一溫度下水蒸

4、汽的飽和水汽壓。第7頁/共88頁82 2、濕度傳感器及其特性參數(shù)、濕度傳感器及其特性參數(shù) 濕度傳感器是指能將濕度轉(zhuǎn)換為與其成一定比例關(guān)系的電量輸出的器件式裝置。 主要特性參數(shù)有：濕度量程感濕特征量靈敏度濕度溫度系數(shù)響應(yīng)時(shí)間濕滯回線和濕滯回差第8頁/共88頁9、濕度量程濕度量程 保證一個(gè)濕敏器件能夠正常工作所允許環(huán)境相對(duì)濕度可以變化的最大范圍，稱為這個(gè)濕敏元件的濕度量程。 濕度量程越大，其實(shí)際使用價(jià)值越大。理想的濕敏元件的使用范圍應(yīng)當(dāng)是0100RH的全量程。第9頁/共88頁10、感濕特征量、感濕特征量 相對(duì)濕度特性曲線相對(duì)濕度特性曲線 每一種濕敏元件都有其感濕特征量， 如電阻、電容、電壓、頻率等

5、。第10頁/共88頁11 感濕特性曲線感濕特性曲線 濕敏元件的感濕特征量隨環(huán)境相對(duì)濕度變化的關(guān)系曲線，稱為該元件的感濕特征量 相對(duì)濕度特性曲線，簡(jiǎn)稱感感濕特性曲線。濕特性曲線。 人們希望特性曲線應(yīng)當(dāng)在全量程上是連續(xù)的，曲線各處斜率相等，即特性曲線呈直線。 斜率應(yīng)適當(dāng)，因?yàn)樾甭蔬^小，靈敏度降低；斜率過大，穩(wěn)定性降低，這些都會(huì)給測(cè)量帶來困難。 二氧化鈦-五氧化二釩濕敏器件的感濕特性曲線靈敏度第11頁/共88頁12 PI PI電容式濕度電容式濕度傳感器傳感器濕度特性濕度特性圖圖 第12頁/共88頁13 PI PI電容式濕度電容式濕度變送器變送器輸出特性曲輸出特性曲線線 第13頁/共88頁14 、靈敏

6、、靈敏度度 定義：濕敏元件的靈敏度，就其物理含義而言，應(yīng)當(dāng) 反映相對(duì)于環(huán)境濕度的變化、元件感濕特征量的變化程度。 表示法：直線的斜率。 因此，它應(yīng)當(dāng)是濕致元件的感濕特性曲線斜率。在感濕特性曲線是直線的情況下，用直線的斜率來表示濕敏元件的靈敏度是恰當(dāng)而可行的。 然而，大多數(shù)濕敏元件的感濕特性曲線是非線性的在不同的相對(duì)濕度范圍內(nèi)曲線具有不同的斜率。因此，這就造成用濕敏元件感濕特性曲線的斜率來表示靈敏度的困難。第14頁/共88頁15普遍采用的靈敏度的方法普遍采用的靈敏度的方法 目前雖然關(guān)于濕敏元件靈敏度的表示方法尚未得到統(tǒng)一，但較為普遍采用的方法是用元件在不同環(huán)境濕度下的感濕特征量之比來表示靈敏度。

7、例如日本生產(chǎn)的MgCr2O4TiO2濕敏元件的靈敏度用一組電阻比R1%R20%，R1%R40%，R1%R60%，R1%R80%及R1%R100%表示，其中R1%， R20%， R40%， R60%，R80%及R100% 分別為相對(duì)濕度在1，20，40，60，80及100時(shí)濕敏元件的電阻值之比。第15頁/共88頁16、濕度溫度系數(shù)、濕度溫度系數(shù) 濕敏元件的濕度溫度系數(shù)是表示感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。 在不同的環(huán)境溫度下，濕敏元件的感濕特性曲線是不相同的，它直接給測(cè)量帶來誤差。 濕敏元件的濕度溫度系數(shù)定義為；在濕敏元件感濕特征量恒定的條件下，該感濕特征量值所表示的環(huán)境相對(duì)濕度隨環(huán)境溫

8、度的變化率。 由濕敏元件的濕度溫度系數(shù)值，即可得知濕敏元件由于境環(huán)溫度的變化所引起的測(cè)濕誤差。第16頁/共88頁17 MgCr MgCr2 2OO4 4TiOTiO2 2 濕敏元件的溫度特性濕敏元件的溫度特性第17頁/共88頁18 、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間反映濕敏元件在相對(duì)濕度變化時(shí)輸出特征量隨相對(duì)濕度變化的快慢程度。 一般規(guī)定：響應(yīng)相對(duì)濕度變化量的63.2時(shí)所需要的時(shí)間為響應(yīng)時(shí)間。 在標(biāo)記時(shí)，應(yīng)寫明濕度變化區(qū)的起始與終止?fàn)顟B(tài)。人們希望響應(yīng)時(shí)間快一些為好。第18頁/共88頁19 K K2 2OO一一FeFe2 2OO3 3濕度敏感器件的響應(yīng)特性曲線濕度敏感器件的響應(yīng)特性曲線第19頁/共8

9、8頁20 、濕滯回線和濕滯回差、濕滯回線和濕滯回差 各種濕敏元件吸濕和脫濕的響應(yīng)時(shí)間各不相同，而且吸濕和脫濕的特性曲線也不相同。一般總是脫濕比吸濕遲后，我們稱這一特性為濕滯現(xiàn)象第20頁/共88頁21MnMn3 3OO4 4- TiO- TiO2 2濕敏器件濕敏器件在在8080時(shí)的濕滯回線時(shí)的濕滯回線第21頁/共88頁22一個(gè)理想化的濕敏器件所應(yīng)具備的性能參一個(gè)理想化的濕敏器件所應(yīng)具備的性能參數(shù)數(shù) 使用壽命長，長期穩(wěn)定性好 靈敏度高，感濕特性曲線的線性度好 使用范圍寬，濕度溫度系數(shù)小 響應(yīng)時(shí)間短 濕滯回差小 能在有害氣氛的惡劣環(huán)境中使用 器件的一致性和互換性好，易于批量生產(chǎn) 器件感濕特征量應(yīng)在易

10、測(cè)范圍以內(nèi)第22頁/共88頁23三、電解質(zhì)系濕度傳感器三、電解質(zhì)系濕度傳感器1.無機(jī)電解質(zhì)濕度傳感器典型的是氯化鋰濕敏元件光硬化樹脂電解質(zhì)濕敏元件 2.高分子電解質(zhì)濕度傳感器第23頁/共88頁24 氯化鋰濕敏元件敏感機(jī)理氯化鋰濕敏元件敏感機(jī)理 氯化鋰是典型的離子晶體。氯化鋰溶液中的Li+和Cl +是以正、負(fù)離子形式存在。 機(jī)理1：不揮發(fā)鹽（加氯化鋰）溶解于水，降低了水的蒸氣壓，同時(shí)鹽的濃度降低，電阻率增加(水的蒸氣壓越低，鹽的濃度越低，電阻率越高相對(duì)濕度越小，電阻越高）。 機(jī)理2：當(dāng)溶液置于一定濕度環(huán)境中，若環(huán)境相對(duì)濕度高，氯化鋰將吸收水分而使其電離程度提高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，從而使氯化鋰濕敏元件

11、電阻降低；反之，環(huán)境相對(duì)濕度變低氯化鋰將釋放出部分水分而使其電離程度下降，導(dǎo)電能力下降，其電阻上升；所以用氯化鋰濕敏元件可實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)濕度的測(cè)量。第24頁/共88頁25 、登莫、登莫( (Dunmore)Dunmore)式式工 藝登莫式傳感器是在聚苯乙烯圓管上做出兩條相互平行的鋁引線作為電極，在該聚苯乙烯管上涂覆一層經(jīng)過適當(dāng)堿化處理的聚乙烯醋酸鹽和氯化鋰水溶液的混合液，以形成均勻薄膜。若只采用一個(gè)傳感器件，則其檢測(cè)范圍狹窄。因此，設(shè)法將氯化鋰含量不同的幾種傳感器組合使用，使其檢測(cè)范圍能達(dá)到(20一90)的相對(duì)濕度。A為用聚苯乙烯包封的鋁管；B為用聚乙烯醋酸鹽覆蓋在A上的鋁絲。第25頁/共88頁2

12、6 氯化鋰濕敏特性曲線氯化鋰濕敏特性曲線第26頁/共88頁27、浸漬式（、浸漬式（1 1） 浸漬式傳感器是在基片材料上直接浸漬氯化鋰溶液構(gòu)成的。這類傳感器的浸漬基片材料為天然樹皮。在基片上浸漬氯化鋰溶液。 這種方式與登莫式不同，它部分地避免了高濕度下所產(chǎn)生的濕敏膜的誤差。由于采用了表面積大的基片材料，并直接在基片上浸漬氯化鋰溶液，因此這種傳感器具有小型化的特點(diǎn)。 它適應(yīng)于微小空間的濕度檢測(cè)。第27頁/共88頁28 與登莫式傳感器一樣，若僅使用一個(gè)這種傳感器，則所能檢測(cè)的濕度范圍狹窄。因此，為了能夠?qū)鞲衅鞑牧纤軝z測(cè)的整個(gè)濕度范圍(20一90)的相對(duì)濕度)都能進(jìn)行檢則，就必須使用幾個(gè)特性不同(

13、改變氯化鋰溶液濃度的器件)的傳感器。第28頁/共88頁29、浸漬式、浸漬式(2)(2) 在這種方式的傳感器中，還有在玻璃帶上浸有氯化鋰溶液的另一類浸漬式濕度傳感器。 這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：采用兩種不同氯化鋰溶液濃度的傳感器就能夠檢測(cè)出(20一80RH)的相對(duì)濕度。第29頁/共88頁30如圖所示，阻值的對(duì)數(shù)與相對(duì)濕度(5085)RH成線性關(guān)系;同樣，若僅采用一支傳感器,則所能檢口的濕度范圍也較窄.應(yīng)設(shè)法用(1-1.5)不同濃度的氯化鋰來檢測(cè)(4080)RH范圍的濕度。這樣就能完成整(2080)RH濕度范圍的檢測(cè)。第30頁/共88頁31 、光硬化樹脂電解質(zhì)濕敏元、光硬化樹脂電解質(zhì)濕敏元件件 將樹脂、

14、氯化理、感光劑和水按一定比例配成膠體溶液，浸涂在蒸鍍有電極的塑料基片上，干燥后放置在紫外線下、助膜劑曝光并熱處理，即可形成耐溫耐濕的感濕膜。 它可在80溫度下使用，并且有較好助耐水性，不怕“沖蝕”，從而提高了元件的性能。第31頁/共88頁32第32頁/共88頁332.2.高分子電解質(zhì)濕度傳感器高分子電解質(zhì)濕度傳感器 、聚苯乙烯磺酸鋰濕敏元件 、有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件 、聚苯乙烯磺酸銨濕敏元件第33頁/共88頁34、聚苯乙烯磺酸鋰濕敏元件、聚苯乙烯磺酸鋰濕敏元件此類元件是用聚苯乙烯作為基片，其表面用硫酸進(jìn)行磺化處理，引入磺酸基團(tuán)(-SO4H-)，形成具有共價(jià)鍵結(jié)合的磁化聚苯乙烯親水層。為

15、了提高濕敏元件的感濕特性，再引入氯化鋰溶液中，通過離子交換Li置換出磺酸基團(tuán)中的氫離子H，形成磺酸鋰感濕層，最后，在感濕層表面再印刷上多孔性電極。第34頁/共88頁35在整個(gè)相對(duì)濕度范圍內(nèi)元件均在感濕特性，并且其阻值與相對(duì)濕度的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上基本為一直線。實(shí)驗(yàn)證明，元件的感濕特性與基片表面的磺化時(shí)間密切相關(guān)，亦即與親水性的離子交換樹脂的性能有關(guān)。元件的濕滯回差亦較理想，在阻值相同的情況下，吸濕和脫濕時(shí)濕度指示的最大差值為(34)RH。第35頁/共88頁36 對(duì)濕敏元件進(jìn)行抗水浸性能的試驗(yàn)(水浸兩小時(shí))結(jié)果如圖所示，水浸后元件阻值略有提高，在低濕段較為明顯。第36頁/共88頁37 溫度特溫度特

16、性性第37頁/共88頁38第38頁/共88頁39、有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件、有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件 該類高分子濕度傳感器的感濕材料即是含有氯化季銨鹽的高分子聚合物丙烯酸酯，該材料是一種離子導(dǎo)電的高分子材料。第39頁/共88頁40 有機(jī)季銨鹽高分子有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件感濕原理電解質(zhì)濕敏元件感濕原理 其感濕原理為：大氣中增加的濕度越大，則感濕膜被電離的程度就越大，電極間的電阻值也就越小，電阻值的變化與相對(duì)濕度的變化成指數(shù)關(guān)系。第40頁/共88頁41有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)有機(jī)季銨鹽高分子電解質(zhì)濕敏元件的主要參數(shù)濕敏元件的主要參數(shù)精度（%RH)工作溫度范圍（C）測(cè)濕范圍（%RH

17、)滯后（%RH)響應(yīng)時(shí)間()額定功率（mv)額定電壓（V)額定電流（mA)23-20+602099.9 2300.31.5(AC)0.2第41頁/共88頁42 、聚苯乙烯磺酸銨濕敏元件、聚苯乙烯磺酸銨濕敏元件 聚苯乙烯磺酸銨元件是在氧化鋁基片上印刷梳狀金電極，然后涂覆加有交聯(lián)劑的苯乙烯磺酸銨溶液，之后，用紫外線光照射，苯乙烯磺酸銨交聯(lián)、聚合，形成體形高分子，再加保護(hù)膜，形成具有復(fù)膜結(jié)構(gòu)的感濕元件。 該元件測(cè)濕范圍為(30100)RH；溫度系數(shù)為-0.6%RH；具有優(yōu)良的耐水性，耐煙草性，一致性好。第42頁/共88頁43 四、半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器四、半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器按其制作工藝分類： 涂

18、覆膜型 燒結(jié)體型 薄膜型 MOS型第43頁/共88頁441 1、涂覆膜型、涂覆膜型 此類濕度敏感元件是把感濕粉料(金屬氧化物)調(diào)漿，涂覆在已制好的梳狀電極或平行電極的滑石瓷、氧化鋁或玻璃等基板上。 四氧化三鐵、五氧化二釩及三氧化二鋁等濕敏元件均屬此類。 其中比較典型是性能較好的是四氧化三鐵濕敏元件。第44頁/共88頁45 涂覆膜型涂覆膜型Fe Fe 3 3OO4 4濕敏元件濕敏元件 工藝： 一般采用滑石瓷作為元件的基片。在基片上用絲網(wǎng)印刷工藝印刷梳狀金電極。將純凈的黑色Fe 3O4膠粒，用水調(diào)制成適當(dāng)粘度的漿料，然后用筆涂或噴霧在已有金電極的基片上，經(jīng)低溫烘干后，引出電極即可使用。第45頁/共

19、88頁46 Fe Fe 3 3OO4 4濕敏元件構(gòu)造濕敏元件構(gòu)造第46頁/共88頁47 Fe Fe 3 3OO4 4濕敏元件濕度濕滯曲線濕敏元件濕度濕滯曲線元件的濕滯現(xiàn)象在高濕較為明顯、最大濕滯回差約為土4%RH，可以滿足民用的要求. 第47頁/共88頁48 Fe Fe 3 3OO4 4濕敏元件的響應(yīng)時(shí)間濕敏元件的響應(yīng)時(shí)間第48頁/共88頁49 2 2、燒結(jié)體型、燒結(jié)體型 工藝 特點(diǎn) 代表性產(chǎn)品第49頁/共88頁50工工 藝藝 這類元件的感濕體是通過典型的陶瓷工藝制成的。即將顆粒大小處于一定范圍的陶瓷粉料外加利于成型的結(jié)合劑和增塑劑等,用壓力軋膜，流延或注漿等方法成型，然后在適合的燒成條件下，

20、于規(guī)定的溫度和氣氛下燒成，待冷卻清洗，檢選合格產(chǎn)品送去被復(fù)電極，裝好引線后，就可得到滿意的陶瓷濕敏元件。第50頁/共88頁51 特特 點(diǎn)點(diǎn) 這類元件的可靠性、重現(xiàn)性等均比涂覆元件好，而且是體積導(dǎo)電，不存在表面漏電流，元件結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。第51頁/共88頁52 代表性產(chǎn)品代表性產(chǎn)品 這是一類十分有發(fā)展前途的濕敏元件，其中較為成熟，且具有代表性的是：鉻酸鎂一二氧化鈦(MgCr2O4TiO2)陶瓷濕敏元件，五氧化二釩一二氧化鈦(V 2O5TiO2)陶瓷濕敏元件、羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH) 2)陶瓷濕敏元件及氧化鋅一三氧化二鉻(ZnOCr2O3)陶瓷濕敏元件等。第52頁/共88頁53、 Mg

21、CrMgCr2 2OO4 4TiOTiO2 2陶瓷溫敏元件陶瓷溫敏元件( (MCTMCT型型) ) 在MgCr2O4TiO2陶瓷片的兩面,設(shè)置高孔金電極，并用摻金玻璃粉將引出線與金電極燒結(jié)在一起。 在半導(dǎo)體陶瓷片的外面,安放一個(gè)由鎳鉛絲燒制而成的加熱清洗圈(又稱Kathal加熱器)，以便對(duì)元件進(jìn)行經(jīng)常加熱清洗，排除有害氣氛對(duì)元件的污染。第53頁/共88頁54第54頁/共88頁55MgCrMgCr2 2OO4 4TiOTiO2 2半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件感濕機(jī)半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件感濕機(jī)理理 感濕機(jī)理(一般認(rèn)為)是：利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對(duì)水分子進(jìn)行吸濕或脫濕使電極間電阻值隨相對(duì)濕度成指數(shù)變化。第55頁

22、/共88頁56MgCrMgCr2 2OO4 4TiOTiO2 2濕敏元件感濕特性及特濕敏元件感濕特性及特點(diǎn)點(diǎn)1. 體積小，測(cè)濕范圍寬，一片即可測(cè)(1100)RH，并可用于高溫環(huán)境(150)，最高承受溫度可達(dá)600；2. 能用電熱反復(fù)進(jìn)行清洗除掉吸附在陶瓷上的油霧、灰塵、鹽、酸、氣溶膠或其它污染物，以保持精度不變；3. 響應(yīng)速度快(一般不超過20s)；4. 長期穩(wěn)定性好。該類濕敏元件的特點(diǎn)第56頁/共88頁57 、五氧化二釩一二氧化鈦、五氧化二釩一二氧化鈦( (V V 2 2OO5 5TiOTiO2 2) )陶陶瓷濕敏元件瓷濕敏元件 V 2O5TiO2 陶瓷濕敏元件系陶瓷多孔質(zhì)燒結(jié)體，是利用體積

23、吸附水汽現(xiàn)象的濕敏元件、元件內(nèi)部的兩根白金絲電極包埋在線圈內(nèi)，通過測(cè)定電極間的電阻檢測(cè)濕度。 這類元件的特點(diǎn)是：測(cè)濕范圍寬，能夠耐高溫，響應(yīng)時(shí)間短； 缺點(diǎn)是這類元件容易發(fā)生漂移，漂移量與相對(duì)濕度成比例。第57頁/共88頁58 、羥基磷灰石陶瓷濕敏元件、羥基磷灰石陶瓷濕敏元件 羥基磷灰石陶瓷濕敏元件是國外研究得比較多的磷灰石系陶瓷濕敏元件。 羥基的存在有利于提高元件的長期穩(wěn)定性 當(dāng)在54RH和100RH濕度下，以每5min加熱30s(450)的周期進(jìn)行4000次熱循環(huán)試驗(yàn)后，其誤差僅為3.5RH第58頁/共88頁59、氧化鋅、氧化鋅- -三氧化二鉻陶瓷濕敏元件三氧化二鉻陶瓷濕敏元件 上面介紹的幾

24、種燒結(jié)型陶瓷濕敏元件均需要加熱清洗去污。這樣在通電加熱及加熱后，延時(shí)冷卻這段時(shí)間內(nèi)元件不能使用，因此，測(cè)濕是斷續(xù)的。這在某些場(chǎng)合下是不允許的； 為此、國外已研制出不用電熱清洗的陶瓷濕敏元件； ZnOCr2O3陶瓷濕敏元件就是其中的一種。 特點(diǎn)： 該濕敏元件的電阻率幾乎不隨溫度改變，老化現(xiàn)象很小，長期使用后電阻率變化只有百分之幾； 元件的響應(yīng)速度快，(0一100)RH時(shí)，約10s； 濕度變化土20時(shí)，響應(yīng)時(shí)間僅2s； 吸濕和脫濕時(shí)幾乎沒有濕滯現(xiàn)象。第59頁/共88頁60 3 3、薄膜型、薄膜型 、氧化鋁薄膜濕敏元件 、鉭電容敏感元件第60頁/共88頁61 、氧化鋁薄膜濕敏元件、氧化鋁薄膜濕敏元件

25、 特點(diǎn)：電容式 該濕敏元件測(cè)濕的原理主要是多孔的三氧化二鋁薄膜易于吸收空氣中的水蒸氣，從而改變了其本身的介電常數(shù)，這樣由三氧化二鋁做電介質(zhì)構(gòu)成的電容器的電容值，將隨空氣中水蒸氣分壓而變化。測(cè)量電容位，即可得出空氣的相對(duì)濕度。 優(yōu)點(diǎn)：體積小，工作溫度范圍寬(從-111+20及從+20 +60)，元件響應(yīng)快,在低濕下靈敏度高，沒有“沖蝕”； 缺點(diǎn)：對(duì)污染敏感而影響精度，高濕時(shí)精度較差，工藝復(fù)雜，老化嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差。采用等離子法制作的元件，穩(wěn)定性有所提高，但尚待進(jìn)一步在應(yīng)用中考核。第61頁/共88頁62氧化鋁薄膜濕敏濕度傳感器氧化鋁薄膜濕敏濕度傳感器多孔導(dǎo)電層A:是用蒸發(fā)金膜制成的對(duì)面電極,它能使

26、水蒸汽浸透氧化鋁層B:為濕敏部分C:為絕緣層(高分子絕緣膜)；D:為導(dǎo)線。第62頁/共88頁63 、鉭電容敏感元件、鉭電容敏感元件 目前以鉭為基礎(chǔ)的濕敏元件在有腐蝕劑和氧化劑的環(huán)境中使用時(shí)，都不能保證長期穩(wěn)定性。 但以鉭作為基片，利用陽極氧化法形成氧化鉭多孔薄膜是一種介電常數(shù)高、電特性和化學(xué)特性較穩(wěn)定的薄膜。以此薄膜制成電容式濕敏元件可大大提高元件的長期穩(wěn)定性。 電容式濕敏元件就是采用氧化物為感濕材料的。 制作工藝：它是在鉭絲上陽極氧化一層氧化鉭薄膜；膜上還有一層含防水劑的二氧化錳層，做為一對(duì)電極的導(dǎo)電層：考慮到對(duì)油煙、灰塵等應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性，還裝有活性炭紙過濾器，使之適于測(cè)量腐蝕件氣體的濕度

27、。第63頁/共88頁64 五、有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感五、有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器器1、脹縮性有機(jī)物濕敏元件2、高分子聚合物薄膜濕敏元件第64頁/共88頁65 1 1、脹縮性有機(jī)物濕敏元、脹縮性有機(jī)物濕敏元件件 有機(jī)纖維素具有吸濕溶脹、脫濕收縮的特性。利用這種特性，將導(dǎo)電的微?；螂x子摻入其中作為導(dǎo)電材料，就可將其體積隨環(huán)境濕度的變化轉(zhuǎn)換為感濕材料電阻的變化。 這一類濕敏元件主要有：碳濕敏元件及結(jié)露敏感元件（后面介紹）等。第65頁/共88頁66 、碳濕敏元、碳濕敏元件件 碳濕敏元件采用的感濕材料是溶脹性能較好的羥乙基纖維素(HEC)。 工藝：羥乙基纖維素碳濕敏元件多采用丙烯酸塑料作為基

28、片，采用涂刷導(dǎo)銀漆或真空鍍金、化學(xué)淀積等方法，在基片兩長邊的邊緣上形成金屬電極，然后，再在其上浸涂一層由羥乙基纖維素、導(dǎo)電碳黑和潤濕性分散劑組成的浸涂液，待溶劑蒸發(fā)后即可獲得一層具有脹縮特性的感濕膜。 經(jīng)老化、標(biāo)定后即可使用。第66頁/共88頁67羥乙基纖維素碳濕敏感元件羥乙基纖維素碳濕敏感元件敏感功能結(jié)構(gòu)敏感功能結(jié)構(gòu)第67頁/共88頁68 羥乙基纖維素碳羥乙基纖維素碳濕敏感元件的感濕特性曲線濕敏感元件的感濕特性曲線第68頁/共88頁69羥乙基纖維素碳濕敏感元件的感羥乙基纖維素碳濕敏感元件的感濕特性曲線的濕特性曲線的“隆起隆起”現(xiàn)象現(xiàn)象這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于混入浸涂液中的離子性雜質(zhì)所引起的。實(shí)踐

29、證明，在干燥和超凈條件下制得的元件，曲線的“隆起”現(xiàn)象就極其輕微。曲線B為在正常批量生產(chǎn)中元件的感濕特性曲線；曲線C是在高濕和離子污染較重的條件所得到元件的感濕特性曲線， “隆起”現(xiàn)象明顯。曲線A是理想的元件所應(yīng)具有的感濕特性曲線；第69頁/共88頁70 、結(jié)露敏感元件、結(jié)露敏感元件 該元件是在印制梳狀電極的氧化鋁基片上涂以電阻式感濕膜，感濕膜由新型樹脂和碳粒組成。該元件具有獨(dú)特的性能：在低濕時(shí)幾乎沒有感濕靈敏度，而在高濕(94RH以上)時(shí)，其阻值劇增，呈現(xiàn)開關(guān)式阻值變化特性。第70頁/共88頁71 該元件的特點(diǎn)為：該元件的特點(diǎn)為：A、即使在使用中有灰塵和其它氣體產(chǎn)生的表面污染，對(duì)元件的濕度特

30、性影響很小；B、能夠檢測(cè)并區(qū)別結(jié)露、水分等高濕狀態(tài)；C、盡管存在滯后等因素會(huì)引起特性變化， 但由于具有急劇的開關(guān)特性，故工作點(diǎn)變動(dòng)較小；D、能使用直流電壓設(shè)計(jì)電路，因?yàn)槭菍?dǎo)電無極化現(xiàn)象，故可用直流電源。第71頁/共88頁72 結(jié)露敏感元件主要技術(shù)特性結(jié)露敏感元件主要技術(shù)特性該元件被大量應(yīng)用于檢測(cè)磁帶機(jī)、照像機(jī)結(jié)露及小汽車玻璃窗除露等。第72頁/共88頁732 2、高分子聚合物薄膜濕敏元件、高分子聚合物薄膜濕敏元件 電容式 這是70年代新發(fā)展起來的一類比較理想的濕敏元件。 作為感濕材料的高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對(duì)濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。因?yàn)檫@類高分子大多是具有較小電介常數(shù)(r27)

31、的電介質(zhì)，而水分子偶極矩的存在大大提高了聚合物的介電常數(shù)(r 83)。因此將此類特性的高分子電介質(zhì)做成電容器，測(cè)定其電容量的變化，即可得出環(huán)境相對(duì)濕度。第73頁/共88頁74、等離子聚合法聚苯乙烯薄膜濕敏元、等離子聚合法聚苯乙烯薄膜濕敏元件件 用等離子聚合法聚合的聚苯乙烯因有親水的極性基團(tuán)。隨環(huán)境濕度大小而吸濕或脫濕而引起介電常數(shù)的改變。 制作方法：在玻璃基片上鍍上一層鋁薄膜作為下電極，用等離子聚合法在鋁膜上鍍一層(0.05m)聚苯乙烯作為電容器的電介質(zhì)再在其上層多孔金膜做為上電極 該類元件的特點(diǎn)是 測(cè)濕范圍寬有的可覆蓋全濕范圍； 使用溫度范圍寬，有的可達(dá)-40+150； 響應(yīng)速度快，有的小于

32、1s； 尺寸小可用于狹小空間的測(cè)濕； 溫度系數(shù)小，有的可忽略不計(jì)。第74頁/共88頁75 、醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件、醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件 電容式濕敏元件的感濕材料即是醋酸纖維。 制作工藝：在玻璃基片上蒸發(fā)梳狀金電極，作為下電極將醋酸纖維按一定比例溶解于丙酮、乙醇(或乙醚)溶液中配成感濕溶液然后通過浸漬或涂覆的方法，在基片上附著一層(0.5m)感濕膜再用蒸發(fā)工藝制成上電極，其厚度為20m左右。 這種濕敏元件響應(yīng)速度快，重復(fù)性能好，由于是有機(jī)物，所以在有機(jī)溶劑環(huán)境下使用時(shí)有被溶解的缺點(diǎn)。最適宜的工作溫度范圍為0一80第75頁/共88頁76醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件 主要技術(shù)特性主要技術(shù)特性 參 數(shù)型 號(hào) 測(cè)濕范圍（RH)工作溫度（） 精度（RH)相應(yīng)時(shí)間 (s) 溫度系數(shù)（ RH/ ) 6061HM 0100-40+1501 2 1 0.05第76頁/共88頁