傳感器應用技術項目三濕度檢測傳感器課件

1、項目三濕度檢測傳感器項目目標（1）理解毛發(fā)濕度計、干濕球濕度計的工作原理，了解其應用（2）理解阻抗式濕度計的工作原理，了解其應用（3）理解紅外線濕度傳感器的工作原理，了解其應用任務一 干濕球濕度計檢測濕度情景引入 大家在春天和秋天會感覺皮膚特別干燥，下雨或下雪時又感覺特別潮濕，這兩種濕度狀態(tài)下人體都會感覺不舒服。這是因為人體感覺舒適的空氣相對濕度為40%65%RH。對于這個濕度值是怎么檢測出來的，你知道嗎？圖 3-1 是我們常見的濕度表和專業(yè)測量濕度用儀表。在本任務中，通過對干濕球溫度計的參數(shù)和原理學習后，利用干濕球濕度計來檢測室內(nèi)的相對濕度。任務描述（1）理解干濕球濕度計的工作原理（2）能夠

2、對照相對濕度表計算相對濕度任務目標相關知識1 濕度基本概念濕度是指物質中所含水分的量，狹義濕度是指空氣中水蒸氣的含量?？梢允褂脻穸葌鞲衅鱽頊y量，它有絕對濕度和相對濕度兩種表示方法。絕對濕度指氣體中水蒸汽的絕對含量，最常用的單位是 g/m（克3 / 米 3 ）。相對濕度指氣體中水蒸汽的絕對含量與同樣溫度、壓力時同體積氣體中飽和水蒸汽含量之比，常用符號為 %R.H.。2 濕度傳感器濕度傳感器是將環(huán)境濕度轉換為電信號的裝置。濕度傳感器種類繁多，有多種分類方式。見表 3-1 濕度傳感器分類表。3濕度的表示方法通常情況下濕度可以用絕對濕度和相對濕度來表示。絕對濕度：表示單位體積空氣里所含水汽的質量。相對

3、濕度：是氣體的絕對濕度與在同一溫度下，水蒸氣已達到飽和的氣體的絕對濕度之比，表示為 %RH露點：在一定溫度下，氣體所容納的水蒸氣含量超過某限量時，多余的水從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的現(xiàn)象稱為結露。把在水氣冷卻過程中最初發(fā)生結露時的溫度稱為露點，其單位采用。露點是在測量氣體濕度時常用的一個名詞。4 濕度檢測傳感器主要參數(shù)1）濕度量程：濕度傳感器能夠比較精確測量相對濕度的最大范圍。濕度的全量程為 0%100%RH 為最好。全濕型適應于相對濕度 0%100%RH 的場合，高濕型適應于相對濕度大于 70%RH 的場合，低濕型適應于相對濕度小于 40%RH 的場合。2）相對濕度特性曲線：濕度傳感器的感濕特征量隨環(huán)境

4、濕度變化的規(guī)律，常用相對濕度的關系曲線來表示，如圖 3-2 所示。需要特別注意的是：有的濕度傳感器的電阻值隨濕度的增大而增大，稱為正特性濕度傳感器；有的濕度傳感器的電阻值隨濕度的增大而減小，稱為負特性濕度傳感器3）靈敏度：濕度傳感器的感濕特征量隨相對濕度變化的程度，即在某一相對濕度范圍內(nèi)，相對濕度改變 1%RH 時，濕度傳感器的感濕特征量的變化值。4）溫度系數(shù)：濕度傳感器的感濕特性曲線隨環(huán)境溫度變化而變化的特性參數(shù)，即濕度傳感器在感濕特征量恒定的條件下，相對濕度變化量與溫度變化量之比。5）響應時間：在一定環(huán)境溫度下，當環(huán)境濕度改變時，濕度傳感器完成吸濕過程或脫濕過程所需要的時間。6）濕滯特性：

5、在吸濕和脫濕時兩種感濕特性曲線形成的環(huán)形線，稱濕滯回線，濕度傳感器的這一特性稱濕滯特性，如圖 3-3 所示。5. 濕度傳感器測量方法目前濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法。（1）干濕球測濕法的維護相當簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化，精度下降等問題，所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。（2）電子式濕度傳感器是近些年迅速發(fā)展起來的，濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標準濕度發(fā)生器來逐支標定，電子式濕度傳感器的準確度可以達到 2%3%RH，適合于在潔凈及常溫的場合使用。在實際使用中，由于塵土、油污及

6、有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在 2% 左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標明 1 次標定的有效使用時間為 1 年或 2 年，到期需重新標定。6濕度傳感器的選用原則及使用注意（1）選用濕度傳感器是主要考慮兩個因素，測量范圍和測量精度。1）選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程 (0100 RH) 測量。2）選擇測量精度 測量精度是濕度傳感器最重要的指標，因為要達到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠。所以選用時應該適當，不宜盲目追求高精度。3）不同溫度下使用濕度傳感器，其示值還要考慮溫

7、度漂移的影響。溫度嚴重地影響著指定空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化 0.1。將產(chǎn)生 0.5 RH 的濕度變化 ( 誤差 )。使用場合如果難以做到恒溫，則對濕度傳感器的精度要求也不宜過高。通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫 (20 10 ) 和潔凈的氣體中測量的。（2）使用注意事項1）為保護測量的準確度和穩(wěn)定性，應盡量避免在酸性、堿性、含有機溶劑及粉塵較大的環(huán)境中使用。2）為正確反映欲測空間的濕度，還應避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。3）使用時應按照技術要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。4）傳感器需要進行遠距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過 200m 以上時，

8、建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。7干濕球濕度計（1）干濕球濕度計組成干濕球濕度計是一種測定氣溫、濕度的儀器。它由兩支相同的普通溫度計組成，一支探頭直接露在空氣中用于測定氣溫，稱干球溫度計；另一支在球部用蒸流水浸濕的紗布包住，紗布下端浸入蒸流水中，在一定風速下，濕球外邊的濕紗布的水分蒸發(fā)帶走濕球溫度計探頭上的熱量，使其溫度低于環(huán)境空氣的溫度，稱濕球溫度計。 其結構圖如圖 3-4 所示。（2）干濕球濕度計工作原理在同一溫度下，空氣中的相對濕度越小，濕棉紗布中的水分蒸發(fā)越快，吸收熱量就越多，溫度下降得越多，濕度球溫度計的讀數(shù)就越小，干、濕球溫度計的溫差越大；空氣中的相對濕度越大，濕綿紗布中的水分蒸

9、發(fā)越慢，吸收的熱量就越少，溫度下降得少，濕度球溫度計的讀數(shù)就越大，干、濕球溫度計的溫差越小。干濕球濕度計測量濕度是 18 世紀就發(fā)明的測濕方法，歷史悠久，使用最普遍，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：即在濕球附近的風速必須達到 2.5m/s 以上。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了，所以其準確度只有 57%RH。（3）干濕球濕度計使用方法分別讀出干球和濕球的溫度，再對比干濕球相對濕度表查出相對濕度。干濕球相對濕度表請參考課本表 3-2 所示。（4）干濕球濕度計的特點優(yōu)點：干濕球濕度計的維護相當簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與其它濕度傳感器相比，干濕球測

10、濕法不會產(chǎn)生老化，精度下降等問題。因此干濕球濕度計檢測濕度更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。缺點：精度較低，不適合應用于要求精度較高的場合；干濕度球濕度計必須處于通風狀態(tài)：只有紗布水套、水質、風速都滿足一定要求時，才能達到規(guī)定的準確度。干濕球濕度計的準確度只有 5% 7%RH。（5）干濕球濕度計的維護必須注意保持干濕球溫度表的正常狀態(tài)。如發(fā)現(xiàn)溫度表內(nèi)刻度磁板破損 ,毛細管內(nèi)有水銀滴、黑色沉淀的氧化物或水銀柱中斷等情況，應同時更換、報廢。干球溫度表應經(jīng)常保持清潔、干燥。觀測前巡視設備和儀器時，如發(fā)現(xiàn)干球上有灰塵或水，須立即用干凈的軟布輕輕拭去。濕球紗布必須經(jīng)常保持清潔、柔軟和濕潤，一般應每周換

11、一次。遇有沙塵等天氣，濕球紗布上明顯沾有灰塵時，應立即更換。在海島、礦區(qū)或煙塵多的地方，濕球紗布容易被鹽、油、煙塵等污染，應縮短更換紗布的期限。水杯中的蒸餾水要時常添滿，保持潔凈，一般每周更換一次。任務實施檢查材料清單并自制一個簡單干濕球濕度計活動1用自制的干濕球濕度計和MC濕度計測量環(huán)境濕度并作比較活動2（1）材料清單材料清單請參考課本表-.（2）簡單自制干濕球濕度計1）在小木板的底板中心，安裝一個溫度表支架，將干、濕球溫度表垂直懸掛在支架兩側。球部向下，干球在右，濕球在左，球部中心距地面 1.5m 高。如圖 3-6 所示。2）在濕球溫度表球部包扎一條紗布，紗布的下部浸到一個帶蓋的水杯內(nèi)。杯

12、口距濕球球部 3cm，杯中盛蒸餾水（醫(yī)用蒸餾水），供濕潤濕球紗布用。如圖 3-7 所示。（3）進行濕度測量1）分別使用自制干濕球濕度計和 MC 干濕球濕度計進行測量，將兩個濕度計放置在相同的通風環(huán)境中。2）用電吹風給環(huán)境逐漸加溫，觀察干球溫度計的溫度，對應課本中表 3-4 中給出的溫度值測量濕球溫度計值，并記錄。3）查表得相對濕度值，對比自制濕度計與 MC 濕度計的濕度值，分析異同。任務二 電阻式濕度傳感器檢測濕度情景引入自動灌溉已經(jīng)在很多方面開始應用，例如草地自動澆水、花房自動澆水、溫濕大棚自動澆水等，如圖 3-8 所示。那么自動灌溉系統(tǒng)是怎么知道什么時候需要澆水的呢？本任務中通過對電阻式濕

13、度傳感器工作原理、檢測電路的學習，能夠使用電阻式濕度傳感器檢測花房濕度。任務描述（1）理解電阻式濕度傳感器工作原理。（2）了解電阻式濕度傳感器常用檢測電路（3）能夠運用電阻式濕度傳感器進行濕度檢測任務目標相關知識1電阻式濕度傳感器電阻式濕度傳感器是利用濕敏元件的電氣特性（如電阻值），隨濕度的變化而變化的原理進行濕度測量的傳感器，電阻式濕度傳感器應當最適用于濕度控制領域。電阻式濕度傳感器是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。如圖 3-9 是金屬氧化物燒結而成的陶瓷濕度傳感器內(nèi)部結構圖。（1）陶瓷濕度傳感器

14、濕度特性1）感濕特性：如圖 3-10（a）所示是陶瓷濕度傳感器的濕度特性，可知有兩種不同的感濕材料，I 型材料在低濕領域敏感度高，II 型材料則成線性變化。由圖可以看出，陶瓷材料濕度傳感器的感濕范圍涵蓋了 1 RH 的低濕度到 100RH 的高濕度。4 濕度檢測傳感器主要參數(shù)1）濕度量程：濕度傳感器能夠比較精確測量相對濕度的最大范圍。濕度的全量程為 0%100%RH 為最好。全濕型適應于相對濕度 0%100%RH 的場合，高濕型適應于相對濕度大于 70%RH 的場合，低濕型適應于相對濕度小于 40%RH 的場合。2）相對濕度特性曲線：濕度傳感器的感濕特征量隨環(huán)境濕度變化的規(guī)律，常用相對濕度的關

15、系曲線來表示，如圖 3-2 所示。2）反應速度：一般陶瓷濕度傳感器有反應速度慢的缺點。因此為改善其反應速度，必須有 1m 以下的吸濕細孔，其氣孔率約為 25 40，使其成為大表面積多孔質瓷器，瓷器厚度必須小到 200250m。如圖 3-10（b）所示為陶瓷濕度傳感器吸濕脫濕的反應速度特性。2電阻式濕度傳感器的種類目前比較成熟的電阻式濕度檢測傳感器見表 3-6。3. AM1001 濕度傳感器AM1001 濕度模塊，是將相對濕度傳感器與電路一體化集成的產(chǎn)品。模塊的供給電壓為直流電壓，相對濕度通過電壓輸出進行計算。AM1001 濕度傳感器實物圖如圖 3-11 所示。AM1001 的特點是低功耗、小體

16、積、線性輸出、可靠性高、使用方便、價格低廉。AM1001 的應用范圍較廣，包括空調(diào)、加濕器、除濕機、通信、大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制、農(nóng)業(yè)、測量儀表等領域。注：AM1001 是只測量濕度的傳感器，而 AMT1001 是溫濕一體型的傳感器，也是四個引腳，1-3 引腳與 AM1001 定義相同，而第 4 引腳則接 NTC10K 熱敏電阻，在使用時請注意。任務實施對應課本檢查材料清單并搭建電路活動1測量環(huán)境濕度活動2（1）材料清單材料清單請參考課本表-.（2）繪制系統(tǒng)框圖分析控制電路，繪制花房濕度控制系統(tǒng)框圖。將濕度傳感器測量電路測出的物理量與設定值進行比較，若測出的濕度小于設定值，則系統(tǒng)驅動花房加

17、濕電路對花房澆水，系統(tǒng)框圖見圖 3-14。（3）操作步驟任務三 電容式濕度傳感器檢測濕度情景引入農(nóng)民在向糧食收購單位交售小麥、稻谷、玉米、大豆等粒狀糧食時，糧食收購單位對糧食的濕度 ( 含水量 ) 有一定要求。農(nóng)產(chǎn)品收購中常遇到這樣的問題：濕度太大的農(nóng)產(chǎn)品會被據(jù)收，因為濕度太大容易發(fā)霉。那怎么樣才能知道收購的農(nóng)產(chǎn)品是合格的呢，這就需要使用濕度檢測器來對農(nóng)產(chǎn)品的濕度進行檢測，如圖3-16 所示。本次任務是使用電容式濕度傳感器搭建一個簡單的農(nóng)產(chǎn)品濕度檢測器，能快速、直觀地檢測出糧食的濕度是否符合糧食收購的要求。任務描述（1）理解電容式濕度傳感器工作原理；（2）了解電容式濕度傳感器常用檢測電路。（3

18、）能夠使用電容式濕度傳感器檢測濕度任務目標相關知識1電容式濕度傳感器電容式濕度傳感器是由濕敏電容和轉換電路組成的。如圖 3-17 所示，濕敏電容由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極幾部分組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的濕度變化而變化。當環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減?。娙萘客ǔＴ?48 56pf 間）。2. 電容式濕度傳感器分類電容器傳感器的三種基本結構形式。（1）變極距型電容式傳感器：由一個固定極板和一個可動極板構成，可動極板由被測金屬平面充當。當電容

19、式傳感器極板間距因被測量變化而變化時，電容變化量為極距是時的初始電容量。這種類型的傳感器一般用來測量微小的位移變化量。但在極板間距過小時，電極表面的平面度對靈敏應有影響，同時還容易引起電容器擊穿。（2）變面積 (s) 型電容式傳感器：平板形結構對極距變化特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結構受極板徑向變化的影響很小，成為實際應用中最常用結構。（3）變介電常數(shù) (e) 型電容式傳感器：主要用來測量電介質的厚度、液位，還可根據(jù)極間的介電常數(shù)隨溫度、濕度改變的特性來測量介質材料的溫度、濕度等。應該注意的是，如果電極之間的被測介質導電時，在電極表面應涂覆絕緣層，以防止電極間短路。3. HS1101 電容式濕度傳感器目前，市場上比較常見的電容式濕度傳感器有 Humirlel 公司、飛利浦公司、西門子公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。下面來介紹常用的電容式濕度傳感器 HS1101 濕度傳感器，HS1101 濕度傳感器是由法國 Humirel 公司生產(chǎn)的，其主要參數(shù)見表 3-13 所示。HS1101 常用濕度檢