第9章化學(xué)物質(zhì)傳感器2

1、2022-6-81化學(xué)物質(zhì)傳感器2022-6-82學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 掌握氣敏傳感器、濕度傳感器的工作原理。 掌握電阻型氣敏傳感器、非電阻型氣敏傳感 器的工作原理。 熟悉氣敏傳感器的應(yīng)用。 掌握電阻式濕度傳感器、電容式濕度傳感器 的工作原理。 熟悉濕度傳感器的應(yīng)用。2022-6-83 9.1 9.1 氣敏傳感器氣敏傳感器 9.2 9.2 濕度傳感器濕度傳感器 本章小結(jié)本章小結(jié) 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題主要內(nèi)容主要內(nèi)容返回主目錄2022-6-84人類的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)與周圍環(huán)境氣氛緊密相關(guān)。氣氛的變化對人類的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)與周圍環(huán)境氣氛緊密相關(guān)。氣氛的變化對人類有極大的影響。例如，氣氛中人類有極

2、大的影響。例如，氣氛中缺氧或有毒氣體缺氧或有毒氣體會(huì)使人感到會(huì)使人感到窒息甚至窒息甚至昏迷致死昏迷致死?？扇夹詺怏w的?？扇夹詺怏w的泄漏會(huì)引起爆炸和火災(zāi)泄漏會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，使人們的生命和財(cái)產(chǎn)，使人們的生命和財(cái)產(chǎn)遭受巨大的損失。在生產(chǎn)中使用的氣體原料和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體種遭受巨大的損失。在生產(chǎn)中使用的氣體原料和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體種類和數(shù)量也在不斷增加，特別是石油、化工、煤礦及汽車等工業(yè)的飛速類和數(shù)量也在不斷增加，特別是石油、化工、煤礦及汽車等工業(yè)的飛速發(fā)展以及火災(zāi)事故的不斷發(fā)生，大氣日益污染。因而我們需要使用大量發(fā)展以及火災(zāi)事故的不斷發(fā)生，大氣日益污染。因而我們需要使用大量的氣敏傳感器來檢測

3、氣體的成分。的氣敏傳感器來檢測氣體的成分。氣敏傳感器氣敏傳感器就是就是能感知環(huán)境中某種能感知環(huán)境中某種氣體及其濃度氣體及其濃度的一種器件的一種器件，它將氣，它將氣體體種類種類及其與及其與濃度濃度有關(guān)的信息有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)。9.1 氣敏傳感器2022-6-85燃?xì)鈭?bào)警器煙霧

4、報(bào)警器2022-6-86酒精傳感器2022-6-87 氣敏傳感器的種類很多，分類標(biāo)準(zhǔn)不一，根據(jù)傳感器的氣敏傳感器的種類很多，分類標(biāo)準(zhǔn)不一，根據(jù)傳感器的氣敏材料以及氣氣敏材料以及氣敏材料與氣體相互作用的機(jī)理和效應(yīng)不同敏材料與氣體相互作用的機(jī)理和效應(yīng)不同主要分為：主要分為：9.1.1 9.1.1 氣敏傳感器的分類氣敏傳感器的分類半導(dǎo)體式半導(dǎo)體式固體電解質(zhì)式固體電解質(zhì)式電化學(xué)式電化學(xué)式接觸燃燒式接觸燃燒式其他類型其他類型光學(xué)式氣敏傳感器光學(xué)式氣敏傳感器石英振子式氣敏傳感器石英振子式氣敏傳感器表面聲波氣敏傳感器表面聲波氣敏傳感器電阻型電阻型非電阻型非電阻型2022-6-88 固體電解質(zhì)氣敏傳感器是利用

5、被測氣體在敏感電極固體電解質(zhì)氣敏傳感器是利用被測氣體在敏感電極上發(fā)生上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，所生成的離子通過固體電解質(zhì)傳，所生成的離子通過固體電解質(zhì)傳遞到電極，使電極間產(chǎn)生的電位隨氣體分壓而變化遞到電極，使電極間產(chǎn)生的電位隨氣體分壓而變化的原理來對氣體進(jìn)行檢測。的原理來對氣體進(jìn)行檢測。 電化學(xué)式氣敏傳感器是利用電化學(xué)式氣敏傳感器是利用電極和電解質(zhì)電極和電解質(zhì)組成的電池組成的電池中，氣體與電極進(jìn)行中，氣體與電極進(jìn)行氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，從而使兩極間輸，從而使兩極間輸出的出的電流或電壓電流或電壓隨隨氣體濃度氣體濃度而變化的原理制作的。而變化的原理制作的。2022-6-89燃燒式氣敏傳感器則是基

6、于強(qiáng)催化劑使氣體在其表面燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量，而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來對氣體進(jìn)行檢測的。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點(diǎn)，應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛；下面重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體應(yīng)用極其廣泛；下面重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體氣敏傳感器及其氣敏元件。氣敏傳感器及其氣敏元件。電阻型電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是目前廣泛應(yīng)用的氣敏傳感半導(dǎo)體氣敏傳感器是目前廣泛應(yīng)用的氣敏傳感器之一。器之一。2022-6-8109.1.2 9.1.2 電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在金屬氧化物半導(dǎo)體表面的氧電阻型半導(dǎo)

7、體氣敏傳感器是利用氣體在金屬氧化物半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化的原理來制作的?；瓦€原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化的原理來制作的。 如氧氣等如氧氣等氧化型氣體氧化型氣體電子接收性氣體電子接收性氣體（具有負(fù)離子吸附傾向的氣體）（具有負(fù)離子吸附傾向的氣體）吸附到吸附到N N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少， 電阻率上升；電阻率上升；吸附到吸附到P P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多， 電阻率下降；電阻率下降；如氫、碳氧化合物、醇等如氫、碳氧化合物、醇等還原型氣體還原型氣體電子供電子供給性氣體（具有正離子吸附傾向的氣體）給

8、性氣體（具有正離子吸附傾向的氣體）吸附到吸附到N N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻率下降；電阻率下降；吸附到吸附到P P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，電阻率上升。電阻率上升。圖圖9-1 N9-1 N型半導(dǎo)體與氣體接觸時(shí)型半導(dǎo)體與氣體接觸時(shí)的氧化還原反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)2022-6-811 氣敏電阻的材料是氣敏電阻的材料是金屬氧化物金屬氧化物，合成時(shí)加敏感材料和催，合成時(shí)加敏感材料和催化劑燒結(jié)，金屬氧化物有：化劑燒結(jié)，金屬氧化物有：N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。223,SnO Fe O ZnO TiO22

9、3,CoO PbO MnO CrOP型半導(dǎo)體如：這些金屬氧化物在常溫下是絕緣的，這些金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后則顯示出氣敏特性。制成半導(dǎo)體后則顯示出氣敏特性。N型半導(dǎo)體如：2022-6-812通常器件工作在空氣中，由于氧化的作用，空氣中的氧被半導(dǎo)體通常器件工作在空氣中，由于氧化的作用，空氣中的氧被半導(dǎo)體（N N型半導(dǎo)體）材料的型半導(dǎo)體）材料的電子吸附負(fù)電荷電子吸附負(fù)電荷，結(jié)果半導(dǎo)體材料的，結(jié)果半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)電子減少傳導(dǎo)電子減少，電阻增加電阻增加，使器件處于高阻狀態(tài)；，使器件處于高阻狀態(tài)；當(dāng)氣敏元件與被測氣體接觸時(shí)，會(huì)與吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，將束縛的當(dāng)氣敏元件與被測氣體接觸時(shí)，會(huì)與吸

10、附的氧發(fā)生反應(yīng)，將束縛的電子釋放出來電子釋放出來，敏感膜表面電導(dǎo)增加使元件，敏感膜表面電導(dǎo)增加使元件電阻減小電阻減小。導(dǎo)電機(jī)理用一句話描述：導(dǎo)電機(jī)理用一句話描述：半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的變化測出氣體的種類和濃度。變化測出氣體的種類和濃度。2022-6-8132SnO,Ag Au Pb2322,Al O SiO ZrO2SnO 是電阻型金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器的氣敏材料的典型代表，這是電阻型金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器的氣敏材料的典型代表，這類半導(dǎo)體傳感器的使用溫度較高，大約類半導(dǎo)體傳感器的使

11、用溫度較高，大約200200500500。為了進(jìn)一步提高。為了進(jìn)一步提高它們的靈敏度，降低工作溫度，通常向母料中添加一些貴金屬（如它們的靈敏度，降低工作溫度，通常向母料中添加一些貴金屬（如等），激活劑及粘接劑等），激活劑及粘接劑 等。等。目前常見的目前常見的更具有潛力更具有潛力 系列氣敏元件有系列氣敏元件有燒結(jié)型燒結(jié)型薄膜型薄膜型厚膜型厚膜型應(yīng)用最多應(yīng)用最多2022-6-8141 1燒結(jié)型燒結(jié)型 氣敏元件氣敏元件2SnO燒結(jié)型 氣敏元件是目前工藝最成熟的氣敏元件， 其敏感體是用粒徑很小的 粉體為基本材料，與不同的添加劑混合均勻，采用典型的陶瓷工藝制備，工藝簡單，成本低廉。主要用于檢測可燃的還原

12、性氣體，敏感元件的工作溫度約300。2SnO2SnO按照其加熱方式，分為2SnO直熱式直熱式旁熱式旁熱式2022-6-815直熱式直熱式 氣敏元件，又稱為氣敏元件，又稱為內(nèi)熱式內(nèi)熱式器件。由芯片器件。由芯片( (包括包括敏感體和加熱器敏感體和加熱器) )、基座和金屬防爆網(wǎng)罩三部分組成。芯片、基座和金屬防爆網(wǎng)罩三部分組成。芯片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在以為主要成分的燒結(jié)體中埋設(shè)兩根作為電結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在以為主要成分的燒結(jié)體中埋設(shè)兩根作為電極并兼作加熱器的螺旋形鉑銥合金線，其結(jié)構(gòu)如極并兼作加熱器的螺旋形鉑銥合金線，其結(jié)構(gòu)如9-29-2圖所圖所示。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但其熱容量小，易受環(huán)示。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，

13、成本低廉，但其熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，穩(wěn)定性差。境氣流的影響，穩(wěn)定性差。2SnO圖圖9-2 9-2 直熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)直熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)2022-6-816其可靠性和使用壽命都較直熱式氣敏其可靠性和使用壽命都較直熱式氣敏元件為高。目前市售的元件為高。目前市售的 系氣敏系氣敏元件大多為這種結(jié)構(gòu)形式。元件大多為這種結(jié)構(gòu)形式。旁熱式旁熱式 氣敏元件嚴(yán)格地講是一種厚膜型元件，其結(jié)構(gòu)如氣敏元件嚴(yán)格地講是一種厚膜型元件，其結(jié)構(gòu)如9-39-3圖所示。圖所示。在一根薄壁陶瓷管的兩端設(shè)置一對金電極及在一根薄壁陶瓷管的兩端設(shè)置一對金電極及鉑一銥合金絲鉑一銥合金絲引出線，然后在瓷引出線，然后在瓷管的外壁涂覆以

14、管的外壁涂覆以 為基礎(chǔ)材料配制的漿料層，經(jīng)燒結(jié)后形成厚膜氣體為基礎(chǔ)材料配制的漿料層，經(jīng)燒結(jié)后形成厚膜氣體敏感層。在陶瓷管內(nèi)放入一根螺旋形高電阻金屬絲作為加熱器敏感層。在陶瓷管內(nèi)放入一根螺旋形高電阻金屬絲作為加熱器( (加熱器電阻加熱器電阻值一般為值一般為30304040) )。這種管芯的測量電極與加熱器分離，避免了相互干擾，。這種管芯的測量電極與加熱器分離，避免了相互干擾，而且元件的熱容量較大，減少了環(huán)境溫度變化對敏感元件特性的影響。而且元件的熱容量較大，減少了環(huán)境溫度變化對敏感元件特性的影響。2SnO2SnO2SnO旁熱式 氣敏元件2SnO圖圖9-3 9-3 旁熱式氣敏元件結(jié)構(gòu)旁熱式氣敏元件

15、結(jié)構(gòu)2022-6-8172 2厚膜型厚膜型 氣敏元件氣敏元件2SnO基片基片加熱器加熱器氣體敏感層氣體敏感層厚膜型厚膜型組成組成厚膜型厚膜型SnOSnO2 2氣敏元件是用氣敏元件是用絲網(wǎng)印刷技術(shù)絲網(wǎng)印刷技術(shù)將漿料制備而成將漿料制備而成的，其機(jī)械強(qiáng)度和一致性都比較好，且與厚膜混合集成的，其機(jī)械強(qiáng)度和一致性都比較好，且與厚膜混合集成電路工藝能較好相容，可將氣敏元件與阻容元件制作在電路工藝能較好相容，可將氣敏元件與阻容元件制作在同一基片上，利用微組裝技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路芯片組同一基片上，利用微組裝技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路芯片組裝在一起，構(gòu)成具有一定功能的器件。裝在一起，構(gòu)成具有一定功能的器件。圖圖9-4

16、 9-4 厚膜型氣敏元件結(jié)構(gòu)示意圖厚膜型氣敏元件結(jié)構(gòu)示意圖2022-6-8183 3薄膜型薄膜型 SnOSnO2 2 氣敏元件氣敏元件 由于燒結(jié)型由于燒結(jié)型SnOSnO2 2氣敏元件的工作溫度約氣敏元件的工作溫度約300300，此溫度下貴金屬與，此溫度下貴金屬與環(huán)境中的有害氣體環(huán)境中的有害氣體( (如如SOSO2 2 之類之類) )作用會(huì)發(fā)生作用會(huì)發(fā)生“中毒中毒”現(xiàn)象，使其活現(xiàn)象，使其活性大幅度下降，因而造成氣敏元件的氣敏性能下降，長期穩(wěn)定性、性大幅度下降，因而造成氣敏元件的氣敏性能下降，長期穩(wěn)定性、氣體識(shí)別能力等降低。薄膜型氣體識(shí)別能力等降低。薄膜型 SnOSnO2 2 氣敏元件的工作溫度較

17、低氣敏元件的工作溫度較低( (約約為為250 )250 )，并且這種元件具有很大的表面積，自身的活性較高，并且這種元件具有很大的表面積，自身的活性較高，本身氣敏性很好；且催化劑本身氣敏性很好；且催化劑“中毒中毒”不十分明顯。不十分明顯。薄膜型器件一般是在絕緣基板上，蒸薄膜型器件一般是在絕緣基板上，蒸發(fā)或?yàn)R射一層發(fā)或?yàn)R射一層SnOSnO2 2薄膜再引出電極。薄膜再引出電極。具體結(jié)構(gòu)如具體結(jié)構(gòu)如9-59-5圖所示。并且可利用圖所示。并且可利用器件對不同氣體的敏感特性實(shí)現(xiàn)對不器件對不同氣體的敏感特性實(shí)現(xiàn)對不同氣體的選擇性檢測。同氣體的選擇性檢測。圖圖9-5 9-5 薄膜型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)薄膜型氣敏傳感

18、器結(jié)構(gòu)2022-6-819非電阻型氣敏傳感器非電阻型氣敏傳感器主要包括主要包括利用利用MOSMOS二極二極管的電容管的電容電壓特性變化的電壓特性變化的MOSMOS二極管型氣敏二極管型氣敏傳感器和利用傳感器和利用MOSMOS場效應(yīng)管的閾值電壓變化的場效應(yīng)管的閾值電壓變化的MOSMOS場效應(yīng)管型氣敏傳感器。場效應(yīng)管型氣敏傳感器。9.1.3 非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器2022-6-820Pd- MOSMOS二極管氣敏元件是二極管氣敏元件是在在P P型硅上集成一層型硅上集成一層二氧化硅二氧化硅層，在氧化層蒸發(fā)一層，在氧化層蒸發(fā)一層鈀（層鈀（PdPd）金屬膜作）金屬膜作柵柵電極。氧化層（電極。氧化層（ ）

19、的電容）的電容CaCa是固定不變的。而硅是固定不變的。而硅片與片與 層電容層電容CsCs是外加電壓的函數(shù)，所以總電容是外加電壓的函數(shù)，所以總電容C C是是柵極柵極偏壓的函數(shù)，偏壓的函數(shù)，其其函數(shù)關(guān)系稱為該函數(shù)關(guān)系稱為該MOSMOS管的管的電容一電壓電容一電壓(C(CU)U)特性。特性。MOSMOS二極管的等效電容二極管的等效電容C C隨電隨電壓壓U U變化。變化。2SiO2SiO圖圖9-6 Pd9-6 PdMOSMOS二極管敏感元件結(jié)構(gòu)和等效電路二極管敏感元件結(jié)構(gòu)和等效電路2022-6-821由于金屬鈀（由于金屬鈀（PdPd）對氫氣特別敏感。當(dāng)）對氫氣特別敏感。當(dāng)PdPd吸附氫氣以吸附氫氣以后

20、，使后，使PdPd的功函數(shù)下降，且所吸附氣體的濃度不同功的功函數(shù)下降，且所吸附氣體的濃度不同功函數(shù)變化量不同，這將引起函數(shù)變化量不同，這將引起MOSMOS管的管的C CU U特性向左平移特性向左平移（向負(fù)方向偏移），如圖（向負(fù)方向偏移），如圖9-79-7所示。由此可測定氫氣的所示。由此可測定氫氣的濃度。濃度。圖9-7 MOS管的CU特性2022-6-8229.1.4 9.1.4 氣敏傳感器的應(yīng)用氣敏傳感器的應(yīng)用各各類易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和類易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和報(bào)警都可以用相應(yīng)的氣體傳感器及其相關(guān)電路報(bào)警都可以用相應(yīng)的氣體傳感器及其相關(guān)電路來來實(shí)現(xiàn)，如氣體成分檢測儀、氣

21、體報(bào)警器、空實(shí)現(xiàn)，如氣體成分檢測儀、氣體報(bào)警器、空氣凈化器等等已用于工廠、礦山、家庭、娛樂氣凈化器等等已用于工廠、礦山、家庭、娛樂場所場所等。下面等。下面給出幾個(gè)典型實(shí)例。給出幾個(gè)典型實(shí)例。2022-6-823對于丙烷、丁烷、甲烷對于丙烷、丁烷、甲烷等氣體，報(bào)警濃度一般等氣體，報(bào)警濃度一般選定在其爆炸下限的選定在其爆炸下限的110，通過調(diào)整電阻，通過調(diào)整電阻來調(diào)節(jié)。來調(diào)節(jié)。1. 1. 簡易家用氣體報(bào)警簡易家用氣體報(bào)警圖圖9-89-8是一種最簡單的家用氣體報(bào)警是一種最簡單的家用氣體報(bào)警器電路，采用直熱式氣敏傳感器器電路，采用直熱式氣敏傳感器TGSlO9TGSlO9，當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體濃度，當(dāng)室內(nèi)可

22、燃性氣體濃度增增加加時(shí)，氣敏器件接觸到可燃性氣體時(shí)，氣敏器件接觸到可燃性氣體而而電阻值降低電阻值降低，這樣流經(jīng)測試回路，這樣流經(jīng)測試回路的電流增加，可直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電流增加，可直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BZBZ報(bào)警。報(bào)警。圖圖9-8 9-8 最簡單的家用氣體報(bào)警器電路最簡單的家用氣體報(bào)警器電路直熱式氣敏傳感器直熱式氣敏傳感器2022-6-8242. 有害氣體鑒別、報(bào)警與控制電路旁熱式煙霧、有害氣體傳感器。旁熱式煙霧、有害氣體傳感器。無有害氣體時(shí)阻值較高無有害氣體時(shí)阻值較高(10 (10 左右左右) )，有有害氣體或煙霧進(jìn)入，有有害氣體或煙霧進(jìn)入時(shí)阻值急劇時(shí)阻值急劇下降下降，A A、B B兩端電壓兩端電壓

23、下降下降. .V當(dāng)當(dāng)5 5腳電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)腳電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)( (調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RPRP可改變可改變5 5腳的電壓預(yù)定值腳的電壓預(yù)定值) ) ，1 1、2 2兩腳導(dǎo)通兩腳導(dǎo)通. .吸合，吸合，合上排風(fēng)扇電合上排風(fēng)扇電源開關(guān)自動(dòng)排風(fēng)源開關(guān)自動(dòng)排風(fēng)聲光聲光報(bào)警報(bào)警電路一方面可鑒別實(shí)驗(yàn)中有無有害氣體產(chǎn)生，鑒電路一方面可鑒別實(shí)驗(yàn)中有無有害氣體產(chǎn)生，鑒別液體是否有揮發(fā)性，另一方面可自動(dòng)控制排風(fēng)扇別液體是否有揮發(fā)性，另一方面可自動(dòng)控制排風(fēng)扇排氣，使室內(nèi)空氣清新。排氣，使室內(nèi)空氣清新。2022-6-8250.53V0.53V時(shí)，則時(shí)，則 VLVL1 1 和和VLVL2 2 點(diǎn)亮點(diǎn)亮當(dāng)當(dāng)7 7腳腳

24、電位電位等于等于0.18V0.18V時(shí)時(shí),VL,VL1 1 被點(diǎn)亮被點(diǎn)亮0.84V 0.84V 時(shí)時(shí),VL,VL1 1 VLVL3 3均點(diǎn)亮均點(diǎn)亮1.19V1.19V時(shí)，時(shí)，VLVL1 1 VLVL4 4均點(diǎn)亮均點(diǎn)亮2V2V時(shí)，則使時(shí)，則使VLVL1 1 VLVL5 5 全部點(diǎn)亮全部點(diǎn)亮采用低功耗、高靈采用低功耗、高靈敏的敏的QM-N10QM-N10型氣敏型氣敏檢測管，它和電位檢測管，它和電位器器RPRP 組成氣敏檢測組成氣敏檢測電路，氣敏檢測信電路，氣敏檢測信號(hào)從號(hào)從RPRP的中心端旋的中心端旋臂取出。臂取出。U257BU257B是是LEDLED條形驅(qū)動(dòng)器集成電路，其輸出量條形驅(qū)動(dòng)器集成電路

25、，其輸出量(LED(LED點(diǎn)亮只數(shù)點(diǎn)亮只數(shù)) )與輸入電壓成線性關(guān)系。與輸入電壓成線性關(guān)系。LEDLED被點(diǎn)亮的只數(shù)取決于輸入端被點(diǎn)亮的只數(shù)取決于輸入端7 7腳電位的高低。腳電位的高低。通常通常ICIC的的7 7腳電壓低于腳電壓低于0.18V0.18V時(shí)，其輸出端時(shí)，其輸出端2 26 6腳均為低電平，腳均為低電平，VLVL1 1-VL-VL5 5均不亮。均不亮。U257BU257B的額的額定工作電壓范圍定工作電壓范圍8 825 V25 V；輸入電壓最大；輸入電壓最大25V25V；輸入電流輸入電流0.5mA0.5mA；功耗；功耗690mW.690mW.它可用于家庭對煤氣、一氧化碳、它可用于家庭對

26、煤氣、一氧化碳、液化石油氣等泄漏實(shí)現(xiàn)監(jiān)測報(bào)警液化石油氣等泄漏實(shí)現(xiàn)監(jiān)測報(bào)警3. 3. 可燃性氣體濃度檢測電路可燃性氣體濃度檢測電路圖圖9-10 9-10 可燃性氣體濃度檢測電路原理圖可燃性氣體濃度檢測電路原理圖2022-6-826 當(dāng)當(dāng)QM-N10QM-N10不接觸可燃性氣體時(shí)，其不接觸可燃性氣體時(shí)，其A AB B兩電極間呈高阻兩電極間呈高阻抗，使得抗，使得7 7腳電壓趨于腳電壓趨于0V0V，相應(yīng)，相應(yīng)VLVL1 1VLVL5 5均不亮。當(dāng)均不亮。當(dāng)QM-QM-N10N10處在一定的可燃性氣體濃度中時(shí)，其處在一定的可燃性氣體濃度中時(shí)，其A AB B兩電極間電兩電極間電阻變得很小，這時(shí)阻變得很小，

27、這時(shí)7 7腳存在一定的電壓腳存在一定的電壓0.18V0.18V，使得相應(yīng)，使得相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。如果可燃性氣體的濃度越高，則的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。如果可燃性氣體的濃度越高，則VLVL1 1VLVL5 5依次被點(diǎn)亮的只數(shù)越多。依次被點(diǎn)亮的只數(shù)越多。 圖圖9-10 9-10 可燃性氣體濃度檢測電路原理圖可燃性氣體濃度檢測電路原理圖2022-6-827限流電阻限流電阻 QM-N5QM-N5型型氣敏元件氣敏元件 報(bào)警設(shè)定報(bào)警設(shè)定電位器電位器 VTVT2 2和和VTVT3 3互互補(bǔ)式自激多補(bǔ)式自激多諧振蕩器諧振蕩器 圖圖9-11 9-11 礦燈瓦斯報(bào)警器電路礦燈瓦斯報(bào)警器電路4. 4. 礦燈瓦斯報(bào)警器礦

28、燈瓦斯報(bào)警器2022-6-828因?yàn)闅饷粼陬A(yù)熱期間會(huì)輸出信號(hào)造成誤報(bào)警，所以氣敏元件在使用前必須因?yàn)闅饷粼陬A(yù)熱期間會(huì)輸出信號(hào)造成誤報(bào)警，所以氣敏元件在使用前必須預(yù)熱十幾分鐘以避免誤報(bào)警。一般將礦燈瓦斯報(bào)警器直接安放在礦工的工作帽預(yù)熱十幾分鐘以避免誤報(bào)警。一般將礦燈瓦斯報(bào)警器直接安放在礦工的工作帽內(nèi)，以礦燈蓄電池為電源。當(dāng)瓦斯超限時(shí)，礦燈自動(dòng)閃光并發(fā)出報(bào)警聲。內(nèi)，以礦燈蓄電池為電源。當(dāng)瓦斯超限時(shí)，礦燈自動(dòng)閃光并發(fā)出報(bào)警聲。 當(dāng)瓦斯超過某設(shè)定點(diǎn)時(shí)，當(dāng)瓦斯超過某設(shè)定點(diǎn)時(shí)，輸出信號(hào)通過二極管輸出信號(hào)通過二極管VDVD加到加到VTVT1 1基極上，基極上，VTVT1 1導(dǎo)導(dǎo)通，通，VTVT2 2

29、、VTVT3 3便開始工便開始工作。而當(dāng)瓦斯?jié)舛茸?。而?dāng)瓦斯?jié)舛鹊偷蜁r(shí)，時(shí)，RPRP 輸出的信號(hào)電位低，輸出的信號(hào)電位低，VTVT1 1截止，截止，VTVT2 2、VTVT3 3也也截截止止. . 圖圖9-11 9-11 礦燈瓦斯報(bào)警器電路礦燈瓦斯報(bào)警器電路2022-6-829圖圖9-11 9-11 礦燈瓦斯報(bào)警器電路礦燈瓦斯報(bào)警器電路在在VTVT1 1導(dǎo)通后電源通過導(dǎo)通后電源通過R R3 3對對C C1 1充電，當(dāng)充電至一定電壓時(shí)充電，當(dāng)充電至一定電壓時(shí)VTVT3 3導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C2 2很快通過很快通過VTVT3 3充電，使充電，使VTVT2 2導(dǎo)通，繼電器導(dǎo)通，繼電器K K吸合。吸合。

30、VTVT2 2導(dǎo)通后導(dǎo)通后C C1 1立即開始放電，立即開始放電，C C1 1正極經(jīng)正極經(jīng)VTVT3 3的基極、發(fā)射極、的基極、發(fā)射極、VTVT1 1的集電結(jié)、電源負(fù)極，再經(jīng)電源正極至的集電結(jié)、電源負(fù)極，再經(jīng)電源正極至VTVT2 2集電結(jié)至集電結(jié)至C C1 1負(fù)負(fù)極，所以放電時(shí)間常數(shù)較大。極，所以放電時(shí)間常數(shù)較大。當(dāng)當(dāng)C C1 1兩端電壓接近零時(shí)，兩端電壓接近零時(shí)，VTVT3 3截止。此時(shí)截止。此時(shí)VTVT2 2還不能馬上截止，原因是電容還不能馬上截止，原因是電容器器C C2 2上還有電荷，這時(shí)上還有電荷，這時(shí)C C2 2經(jīng)經(jīng)R R2 2和和VTVT2 2的發(fā)射結(jié)放電，待的發(fā)射結(jié)放電，待C C

31、2 2兩端電壓接近零時(shí)兩端電壓接近零時(shí)VTVT2 2就截止了，自然就截止了，自然K K也就釋放。當(dāng)也就釋放。當(dāng)VTVT3 3截止，截止，C C1 1又進(jìn)入充電階段，以后過程又進(jìn)入充電階段，以后過程又同前述，使電路形成自激振蕩，又同前述，使電路形成自激振蕩，K K不斷地吸合和釋放。不斷地吸合和釋放。由于由于K K與礦燈都是安裝在工作帽上，與礦燈都是安裝在工作帽上，K K吸吸合時(shí)，銜鐵撞擊鐵芯發(fā)出的合時(shí)，銜鐵撞擊鐵芯發(fā)出的“嗒嗒嗒嗒”聲聲通過礦帽傳遞給礦工聽見。同時(shí)，礦燈通過礦帽傳遞給礦工聽見。同時(shí)，礦燈因因K K的吸合與釋放也不斷閃光，引起礦工的吸合與釋放也不斷閃光，引起礦工的警覺，他可及時(shí)采取

32、通風(fēng)措施。的警覺，他可及時(shí)采取通風(fēng)措施。 2022-6-8305 5煙霧報(bào)警器電路煙霧報(bào)警器電路 由電源、檢測、定時(shí)報(bào)警輸出三部分組成。電源部分將由電源、檢測、定時(shí)報(bào)警輸出三部分組成。電源部分將220V220V市電經(jīng)變壓器降至市電經(jīng)變壓器降至15V15V，由組成的橋式整流電路整流并經(jīng)濾波成直流。，由組成的橋式整流電路整流并經(jīng)濾波成直流。 圖圖9-12 9-12 煙霧報(bào)警器電路原理圖煙霧報(bào)警器電路原理圖HQ-2HQ-2氣敏管氣敏管A AB B之間的電阻，之間的電阻，在無煙環(huán)境中為幾十千歐，有在無煙環(huán)境中為幾十千歐，有煙霧環(huán)境中可下降到幾千歐。煙霧環(huán)境中可下降到幾千歐。 2022-6-831一旦有

33、煙霧存在，一旦有煙霧存在，A AB B間電阻便迅速間電阻便迅速減小減小，比較器通過電位器，比較器通過電位器RPRP1 1所取得所取得的分壓隨之的分壓隨之增加增加，ICIC1 1翻轉(zhuǎn)輸出翻轉(zhuǎn)輸出高電平高電平使使T T2 2導(dǎo)通。導(dǎo)通。ICIC2 2在在ICIC1 1翻轉(zhuǎn)之前輸出高翻轉(zhuǎn)之前輸出高電平，因此電平，因此T T1 1也處于也處于導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)。只要狀態(tài)。只要ICIC1 1一翻轉(zhuǎn)，輸出端便可輸出報(bào)警信一翻轉(zhuǎn)，輸出端便可輸出報(bào)警信號(hào)。輸出端可接蜂鳴器或發(fā)光器件。號(hào)。輸出端可接蜂鳴器或發(fā)光器件。 ICIC1 1翻轉(zhuǎn)后，由翻轉(zhuǎn)后，由R R3 3、C C1 1組成的定時(shí)器開始工作組成的定時(shí)器開始工作

34、( (改變改變R R3 3阻值可改變報(bào)警信號(hào)的阻值可改變報(bào)警信號(hào)的長短長短) )。當(dāng)電容。當(dāng)電容C C1 1被充電達(dá)到閾值電位時(shí)，被充電達(dá)到閾值電位時(shí)，ICIC2 2翻轉(zhuǎn)，則翻轉(zhuǎn)，則VTVT1 1關(guān)斷關(guān)斷，停止輸出，停止輸出報(bào)警信號(hào)。煙霧消失后，比較器復(fù)位，報(bào)警信號(hào)。煙霧消失后，比較器復(fù)位，C C1 1通過通過ICIC1 1放電。該氣敏管長期擱置放電。該氣敏管長期擱置首次使用時(shí)，在沒有遇到可燃性氣體時(shí)電阻也將減小，需經(jīng)首次使用時(shí)，在沒有遇到可燃性氣體時(shí)電阻也將減小，需經(jīng)1010分鐘左右的分鐘左右的初始穩(wěn)定時(shí)間后方可正常工作。初始穩(wěn)定時(shí)間后方可正常工作。 圖圖9-12 9-12 煙霧報(bào)警器電路原

35、理圖煙霧報(bào)警器電路原理圖2022-6-8326 6酒精檢測報(bào)警器酒精檢測報(bào)警器圖圖9-13 9-13 酒精檢測報(bào)警控制器電路原理圖酒精檢測報(bào)警控制器電路原理圖由于由于 氣敏元件不僅對酒精敏感，而且氣敏元件不僅對酒精敏感，而且對于汽油、香煙也敏感，經(jīng)常造成檢測駕對于汽油、香煙也敏感，經(jīng)常造成檢測駕駛員是否飲酒的報(bào)警器發(fā)生誤動(dòng)作而不能駛員是否飲酒的報(bào)警器發(fā)生誤動(dòng)作而不能普遍推廣使用。必須選用只對酒精敏感的普遍推廣使用。必須選用只對酒精敏感的QM-NJ9QM-NJ9型酒精傳感器型酒精傳感器，要求當(dāng)檢測器接觸，要求當(dāng)檢測器接觸到酒精氣味后立即發(fā)出連續(xù)不斷的到酒精氣味后立即發(fā)出連續(xù)不斷的“酒后酒后別開車

36、別開車的響亮語音報(bào)警，并的響亮語音報(bào)警，并切斷車輛切斷車輛的點(diǎn)火電路的點(diǎn)火電路，強(qiáng)制車輛熄火。，強(qiáng)制車輛熄火。2SnOQM-NJ9QM-NJ9型酒精型酒精傳感器傳感器 語言聲光語言聲光報(bào)警器報(bào)警器2022-6-833圖圖9-13 9-13 酒精檢測報(bào)警控制器電路原理圖酒精檢測報(bào)警控制器電路原理圖三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器78057805將傳感器的加將傳感器的加熱電壓穩(wěn)定在熱電壓穩(wěn)定在5V5V0.2V0.2V，保證，保證該傳感器工作穩(wěn)定性和具有高該傳感器工作穩(wěn)定性和具有高的靈敏度。的靈敏度。 當(dāng)酒精氣敏元件當(dāng)酒精氣敏元件接觸到酒精味后接觸到酒精味后B B點(diǎn)電壓升高，且升點(diǎn)電壓升高，且升高值隨檢測到的酒

37、精高值隨檢測到的酒精濃度增大而升高，當(dāng)濃度增大而升高，當(dāng)該電壓達(dá)到該電壓達(dá)到1.6V1.6V時(shí)時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)通語言聲光語言聲光報(bào)警器報(bào)警器2022-6-834呼氣管酒精測試儀2022-6-835家庭用液化氣報(bào)警器家庭用煤氣報(bào)警器家庭用煤氣報(bào)警器2022-6-836一氧化碳傳感器2022-6-837汽車尾氣分析2022-6-8382022-6-8392022-6-8409.2 濕度傳感器濕度的檢測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療濕度的檢測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療以及日常生活中的地位越來越重要。例如以及日常生活中的地位越來越重要。例如: :許多儲(chǔ)物倉庫在濕度超過某一程度時(shí)，物品易許多儲(chǔ)物倉庫在濕度超

38、過某一程度時(shí)，物品易發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；居室的濕度希望適中；居室的濕度希望適中；而紡織廠要求車間的濕度保持在而紡織廠要求車間的濕度保持在60607070RHRH；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌培養(yǎng)、水果在農(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濕度進(jìn)行檢測和控制。保鮮等都需要對濕度進(jìn)行檢測和控制。2022-6-8412022-6-842/VAHmV濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量，常用濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量，常用絕對濕度、絕對濕度、相對濕度、露點(diǎn)相對濕度、露點(diǎn)等表示。等表示。待測空氣中水待測空氣中水蒸氣質(zhì)量蒸氣質(zhì)量待測空氣的總體待測空氣的總體積

39、，單位為積，單位為g/mg/m3 39.2.1 9.2.1 濕度的表示方法濕度的表示方法1. 1. 絕對濕度絕對濕度 所謂絕對濕度就是在一定溫度和壓力條件下，所謂絕對濕度就是在一定溫度和壓力條件下，單位體單位體積空氣積空氣內(nèi)所內(nèi)所含水蒸氣含水蒸氣的的質(zhì)量質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣，也就是指空氣中水蒸氣的密度。一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表的密度。一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示，即為示，即為絕對濕度絕對濕度（g/mg/m3 3）2022-6-843max(/)100%tRHP P相對濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓（相對濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓（P P）和）和同

40、溫度同溫度下下飽和水蒸氣飽和水蒸氣的分壓（的分壓（P Pmaxmax）的百分比，即）的百分比，即 通常，用通常，用RHRH表示相對濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸表示相對濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對濕度也發(fā)生變化。氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對濕度也發(fā)生變化。顯然，絕對濕度給出了水分在空間的具體含量，相對濕度則給出了顯然，絕對濕度給出了水分在空間的具體含量，相對濕度則給出了大氣的潮濕程度，故使用更廣泛。大氣的潮濕程度，故使用更廣泛。日常生活中所說的空氣濕度，實(shí)日常生活中所說的空氣濕度，實(shí)際上就是指相對濕度而言。際上就是指相對

41、濕度而言。2. 2. 相對濕度相對濕度溫度溫度2022-6-844在一定大氣壓下，將含水蒸氣的在一定大氣壓下，將含水蒸氣的空氣冷卻空氣冷卻，當(dāng)降到某溫度時(shí)，空氣中，當(dāng)降到某溫度時(shí)，空氣中的的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始從氣態(tài)變成液態(tài)而，開始從氣態(tài)變成液態(tài)而凝結(jié)成露珠凝結(jié)成露珠，這種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度。如果這一特定溫度低于稱為結(jié)露，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度。如果這一特定溫度低于00，水氣將凝結(jié)成霜，此時(shí)稱其為霜點(diǎn)。通常對兩者不予區(qū)分，統(tǒng)稱，水氣將凝結(jié)成霜，此時(shí)稱其為霜點(diǎn)。通常對兩者不予區(qū)分，統(tǒng)稱為為露點(diǎn)露點(diǎn)，其單位為，其單位為。 3. 3. 露

42、點(diǎn)露點(diǎn)2022-6-8459.2.2 9.2.2 濕度傳感器的分類濕度傳感器的分類 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕度傳感器正近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提開發(fā)新一代濕度、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。產(chǎn)品的基本形式都是高到新的水平。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。產(chǎn)品的基本形式都是在基片涂覆感濕材料形

43、成感濕膜在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。，從而制成濕敏元件。濕敏元件根據(jù)工作方式的不同濕敏元件根據(jù)工作方式的不同電阻式電阻式電容式電容式濕敏元件是指對環(huán)境濕度具有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換成相應(yīng)可測信號(hào)的元件濕敏元件是指對環(huán)境濕度具有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換成相應(yīng)可測信號(hào)的元件濕度傳感器是由濕度傳感器是由濕敏元件及轉(zhuǎn)換電濕敏元件及轉(zhuǎn)換電路路組成的，具有把環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為組成的，具有把環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能力。電信號(hào)的能力。2022-6-846濕敏電阻濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆

44、蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，生變化，利用這一特性即可測量濕度。利用這一特性即可測量濕度。1. 1. 濕敏電阻濕敏電阻濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差. .濕敏電阻的種類濕敏電阻的種類金屬氧化物濕敏電阻金屬氧化物濕敏電阻硅濕敏電阻硅濕敏電阻碳濕敏電阻碳濕敏電阻氯化鋰濕敏電阻氯化鋰濕敏電阻陶瓷濕敏電阻陶瓷濕敏電阻高分子濕敏電阻高分子濕敏電阻2022-6

45、-8472. 2. 濕敏電容濕敏電容 當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容極間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，濕敏電容極間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、是：靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。比濕敏電阻要低一些。按照極間介質(zhì)的不同，按照極間介質(zhì)的不同，濕敏電容分為濕敏電容分為有

46、機(jī)高分子有機(jī)高分子陶瓷材料陶瓷材料國外生產(chǎn)濕敏電容的主要廠家有國外生產(chǎn)濕敏電容的主要廠家有HumirelHumirel公司、公司、PhilipsPhilips公司、公司、SiemensSiemens公司等。公司等。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏聲表面波濕敏元件元件等。等。2022-6-848氯化鋰濕敏電阻是利用物質(zhì)吸收水分子而使氯化鋰濕敏電阻是利用物質(zhì)吸收水分子而使導(dǎo)

47、電率導(dǎo)電率變化變化來檢測濕度。來檢測濕度。在氯化鋰溶液中，在氯化鋰溶液中，LiLi和和ClCl以正負(fù)離子的形式以正負(fù)離子的形式存在，鋰離子（存在，鋰離子（Li+Li+）對水分子的吸收力強(qiáng)，離子水合成）對水分子的吸收力強(qiáng)，離子水合成度高，溶液中的離子導(dǎo)電能力與溶液濃度成正比，溶液濃度高，溶液中的離子導(dǎo)電能力與溶液濃度成正比，溶液濃度增加，導(dǎo)電率上升。當(dāng)溶液置于一定濕度場中，度增加，導(dǎo)電率上升。當(dāng)溶液置于一定濕度場中，若環(huán)境若環(huán)境RHRH上升，溶液吸收水分子使?jié)舛认陆?，電阻率上升，溶液吸收水分子使?jié)舛认陆担娮杪噬仙?，上升，反反之之RHRH下降，電阻率下降，電阻率下降下降。通過測量溶液電阻值。通過

48、測量溶液電阻值R R實(shí)現(xiàn)對實(shí)現(xiàn)對濕度的測量。濕度的測量。 9.2.3 9.2.3 電阻式濕度傳感器電阻式濕度傳感器1 1氯化鋰濕敏電阻氯化鋰濕敏電阻2022-6-849在梳狀或在梳狀或柱狀電極柱狀電極間的電阻間的電阻值的變化值的變化反映了空反映了空氣相對濕氣相對濕度的變化。度的變化。氯化鋰電阻濕度傳感器分梳狀和柱狀，如圖氯化鋰電阻濕度傳感器分梳狀和柱狀，如圖9-159-15所示所示 圖圖9-15 9-15 氯化鋰電阻濕度傳感器氯化鋰電阻濕度傳感器2022-6-850氯化鋰濃度不同的單片濕度傳感器，其感濕的范圍也不同。氯化鋰濃度不同的單片濕度傳感器，其感濕的范圍也不同。濃度低的單片濕度傳感器對高

49、濕度敏感，而濃度高的單片濕度傳濃度低的單片濕度傳感器對高濕度敏感，而濃度高的單片濕度傳感器對低濕度敏感。感器對低濕度敏感。一般的單片濕度傳感器的一般的單片濕度傳感器的濕敏范圍濕敏范圍僅在僅在3030RHRH左右，如左右，如10103030、20204040、40407070、70709090、80809999等。等。每一傳感器的測量范圍較窄，故應(yīng)按照測量范圍的要求，選用每一傳感器的測量范圍較窄，故應(yīng)按照測量范圍的要求，選用相應(yīng)的量程。為擴(kuò)大測量范圍，可采用多片組合傳感器。相應(yīng)的量程。為擴(kuò)大測量范圍，可采用多片組合傳感器。新型氯化鋰濕度傳感器具有長期工作穩(wěn)定性好、精度高、響新型氯化鋰濕度傳感器具

50、有長期工作穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但在有結(jié)露時(shí)易失效。它適合空調(diào)系統(tǒng)使用應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但在有結(jié)露時(shí)易失效。它適合空調(diào)系統(tǒng)使用2022-6-8512 2陶瓷濕敏傳感器陶瓷濕敏傳感器v半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻通常用兩種以上的金屬半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻通常用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體在高溫氧化物半導(dǎo)體在高溫13001300下燒結(jié)成下燒結(jié)成多孔陶瓷多孔陶瓷。半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻分為兩種半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻分為兩種一種材料的一種材料的電阻率隨濕度增加而下電阻率隨濕度增加而下降降，稱為，稱為負(fù)特性負(fù)特性半導(dǎo)體陶瓷濕敏電半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻（例：阻（例：ZnO-LiO2-V2O5ZnO-LiO2-V2O5）一種材

51、料一種材料( (如如Fe3O4Fe3O4半導(dǎo)瓷半導(dǎo)瓷) )的的電阻電阻率隨著濕度的增加而增大率隨著濕度的增加而增大，稱為，稱為正特性正特性半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻。半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻。2022-6-852由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場，當(dāng)水由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場，當(dāng)水在半導(dǎo)體陶瓷表面附著時(shí)，就可能從半導(dǎo)體陶瓷在半導(dǎo)體陶瓷表面附著時(shí)，就可能從半導(dǎo)體陶瓷表面俘獲電子，使半導(dǎo)體陶瓷表面帶負(fù)電，相當(dāng)表面俘獲電子，使半導(dǎo)體陶瓷表面帶負(fù)電，相當(dāng)于表面電勢變負(fù)。于表面電勢變負(fù)。P型半導(dǎo)型半導(dǎo)體陶體陶瓷瓷N型半導(dǎo)體陶瓷型半導(dǎo)體陶瓷水水表面電勢下降表面電勢下降電阻下降電阻下降已知一系列的金屬氧化物

52、，特已知一系列的金屬氧化物，特別是過渡金屬氧化物及其鹽類別是過渡金屬氧化物及其鹽類都具有這樣特性，如都具有這樣特性，如22 4,ZnOCuOTiO ZnCrO對于對于N N半體陶導(dǎo)瓷，由于水分子附著同樣會(huì)使表面電勢下降，半體陶導(dǎo)瓷，由于水分子附著同樣會(huì)使表面電勢下降，如果表面電勢下降如果表面電勢下降比較多，不僅使表面的電子耗盡，同時(shí)將大量的空穴吸引到表面層，以至有可能比較多，不僅使表面的電子耗盡，同時(shí)將大量的空穴吸引到表面層，以至有可能達(dá)到表面層的空穴濃度高于電子濃度的程度，出現(xiàn)所謂表面達(dá)到表面層的空穴濃度高于電子濃度的程度，出現(xiàn)所謂表面反型層反型層，這些空穴稱，這些空穴稱為為反型載流子反型載

53、流子 ，它們同樣可以在表面遷移而對電導(dǎo)做出貢獻(xiàn)。這就說明水分子的，它們同樣可以在表面遷移而對電導(dǎo)做出貢獻(xiàn)。這就說明水分子的附著同樣可以使附著同樣可以使N N型半導(dǎo)瓷材料型半導(dǎo)瓷材料的的表面電阻下降表面電阻下降。 由于水分子的吸附使表面電勢下降，這類材由于水分子的吸附使表面電勢下降，這類材料就是負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷。它的阻值隨料就是負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷。它的阻值隨著濕度的增加可以下降三至四個(gè)數(shù)量級。著濕度的增加可以下降三至四個(gè)數(shù)量級。2022-6-853對于阻值隨濕度增加而增大的這類正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷，這類材料的對于阻值隨濕度增加而增大的這類正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷，這類材料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與

54、負(fù)特性有所不同。當(dāng)水分子的附著使表面電勢變負(fù)結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負(fù)特性有所不同。當(dāng)水分子的附著使表面電勢變負(fù)時(shí)，造成表面層時(shí)，造成表面層電子濃度的下降電子濃度的下降，但還不足以使表面層的空穴濃度增加到，但還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型的程度，出現(xiàn)反型的程度，此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主。于是。于是表面電阻將由于電子濃度表面電阻將由于電子濃度的下降而增大的下降而增大，這類半導(dǎo)瓷材料的表面層，這類半導(dǎo)瓷材料的表面層電阻將隨環(huán)境濕度的增加而加大電阻將隨環(huán)境濕度的增加而加大。如果對于某一種半體陶導(dǎo)瓷，它的晶粒間界電阻與體內(nèi)電阻相比并不很如果對于某一種半體陶導(dǎo)瓷，它的晶粒間界電阻與

55、體內(nèi)電阻相比并不很大，那么表面層電阻的加大對總電阻將不起多大作用。不過，通常濕敏半大，那么表面層電阻的加大對總電阻將不起多大作用。不過，通常濕敏半導(dǎo)體陶瓷材料都是導(dǎo)體陶瓷材料都是多孔型多孔型的，的，表面電阻占的比例很大表面電阻占的比例很大，故表面層電阻的升，故表面層電阻的升高，必將引起總阻值的明顯升高。但由于晶體內(nèi)部低阻支路依然存在，所高，必將引起總阻值的明顯升高。但由于晶體內(nèi)部低阻支路依然存在，所以總阻值的升高不像負(fù)特性材料中的阻值下降那么明顯。以總阻值的升高不像負(fù)特性材料中的阻值下降那么明顯。 正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷 2022-6-854由金屬氧化物粉末或某些金由金屬氧化

56、物粉末或某些金屬氧化物燒結(jié)體研成的粉末，屬氧化物燒結(jié)體研成的粉末，通過一定方式的調(diào)合、噴灑通過一定方式的調(diào)合、噴灑或涂覆在具有叉指電極的陶或涂覆在具有叉指電極的陶瓷基片上而制成的。瓷基片上而制成的。涂覆膜型的濕敏元件水水電阻下降電阻下降涂覆膜型的濕敏元件涂覆膜型的濕敏元件由其結(jié)構(gòu)所造成的。由于粉粒之間通由其結(jié)構(gòu)所造成的。由于粉粒之間通常是很松散的常是很松散的“準(zhǔn)自由準(zhǔn)自由”表面，這些表面，這些表面都非常有利于水分子附著，特別表面都非常有利于水分子附著，特別是粉粒與粉粒之間不太緊密的接觸更是粉粒與粉粒之間不太緊密的接觸更有利于水分子的附著。極性的、離解有利于水分子的附著。極性的、離解力極強(qiáng)的水分

57、子在粉粒接觸處的附著力極強(qiáng)的水分子在粉粒接觸處的附著將使其接觸程度強(qiáng)化，并且接觸電阻將使其接觸程度強(qiáng)化，并且接觸電阻顯著降低。顯著降低。2022-6-855因此因此環(huán)境濕度越高，水分子附著越多，接觸電阻就越低環(huán)境濕度越高，水分子附著越多，接觸電阻就越低。由于接觸電阻在濕敏元件中是起主導(dǎo)作用的，所以隨著環(huán)由于接觸電阻在濕敏元件中是起主導(dǎo)作用的，所以隨著環(huán)境濕度的增加，元件的電阻下降。而且，不論是用負(fù)特性境濕度的增加，元件的電阻下降。而且，不論是用負(fù)特性型還是正特性型的濕敏瓷粉作為原料，只要其結(jié)構(gòu)是屬于型還是正特性型的濕敏瓷粉作為原料，只要其結(jié)構(gòu)是屬于粉粒堆集型的，其阻值都將隨著環(huán)境濕度的增高而顯

58、著下粉粒堆集型的，其阻值都將隨著環(huán)境濕度的增高而顯著下降。例如，燒結(jié)型降。例如，燒結(jié)型FeFe3 3O O4 4濕敏電阻具有正特性，而瓷粉膜濕敏電阻具有正特性，而瓷粉膜型型FeFe3 3O O4 4濕敏電阻具有負(fù)特性。濕敏電阻具有負(fù)特性。2022-6-856在諸多的金屬氧化物陶瓷材料中，由鉻酸鎂二氧化鈦固溶體組成的多孔性半導(dǎo)在諸多的金屬氧化物陶瓷材料中，由鉻酸鎂二氧化鈦固溶體組成的多孔性半導(dǎo)體陶瓷是性能較好的濕敏材料，它的表面電阻率能在很寬的范圍內(nèi)隨著濕度的變化體陶瓷是性能較好的濕敏材料，它的表面電阻率能在很寬的范圍內(nèi)隨著濕度的變化而變化，而且能在高溫條件下進(jìn)行反復(fù)的熱清洗，性能仍保持不變。而

59、變化，而且能在高溫條件下進(jìn)行反復(fù)的熱清洗，性能仍保持不變。 圖圖9-16 9-16 陶瓷濕敏元件結(jié)構(gòu)陶瓷濕敏元件結(jié)構(gòu)242TiOOMgCr多孔陶瓷濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)，氣孔大部分為多孔陶瓷濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)，氣孔大部分為粒間氣粒間氣孔孔，氣孔直徑隨，氣孔直徑隨 添加量的增加而增大，平均氣添加量的增加而增大，平均氣孔直徑在孔直徑在100100300nm300nm內(nèi)。粒間氣孔與顆粒大小無關(guān)，內(nèi)。粒間氣孔與顆粒大小無關(guān)，可看作相當(dāng)于一種開口毛細(xì)管，容易吸附水分。這可看作相當(dāng)于一種開口毛細(xì)管，容易吸附水分。這種傳感器材料的主晶相是種傳感器材料的主晶相是 相，此外，還有相，此外，還有 相等，濕敏體是一個(gè)多晶多

60、相的混合物。經(jīng)汞壓法相等，濕敏體是一個(gè)多晶多相的混合物。經(jīng)汞壓法測定，各種配方的濕敏氣孔率各不相同，氣孔率在測定，各種配方的濕敏氣孔率各不相同，氣孔率在20203535之間，平均粒徑在之間，平均粒徑在 左右。濕敏體的左右。濕敏體的兩個(gè)側(cè)面制成多孔的氧化釕兩個(gè)側(cè)面制成多孔的氧化釕 電極，電極的引線電極，電極的引線一般為一般為( (鉑鉑- -銥）銥） 絲。陶瓷基片在周圍裝置絲。陶瓷基片在周圍裝置有一只坎瑟爾電阻絲繞制的加熱器。陶瓷濕敏體和有一只坎瑟爾電阻絲繞制的加熱器。陶瓷濕敏體和加熱器固定在陶瓷基座上，陶瓷基座上采用帶有護(hù)加熱器固定在陶瓷基座上，陶瓷基座上采用帶有護(hù)圈的絕緣子，這樣能消除傳感器接