傳感器技術(shù)應(yīng)用-項(xiàng)目九-濕度的測(cè)量課件

1、 濕度的測(cè)量項(xiàng)目九濕度的測(cè)量一、任務(wù)描述二、任務(wù)分析三、任務(wù)實(shí)施四、任務(wù)評(píng)價(jià)五、任務(wù)知識(shí)鏈接（一）濕度及其表示（二）濕敏元器件分類 （三）濕敏元器件的主要特性參數(shù)（四）氯化鋰濕敏電阻（五）半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻（六）薄膜型濕敏元器件（七）高分子膜濕敏電阻六、濕敏傳感器的典型應(yīng)用 濕度的測(cè)量 項(xiàng)目九 01技能培養(yǎng)目標(biāo)02知識(shí)教學(xué)目標(biāo)1.掌握土壤濕度測(cè)量電路；1.了解濕度的概念；2.掌握濕敏傳感器的組成結(jié)構(gòu)；3.了解濕敏傳感器的工作原理。1.能正確選擇測(cè)濕度傳感器；2.能識(shí)讀測(cè)濕度傳感器電路圖；3.能檢測(cè)和排除測(cè)濕度傳感器電路的故障。一、任務(wù)描述 干旱是困擾世界50多個(gè)國家和地區(qū)的一大難題，水資源緊缺

2、依舊是許多國家所面臨的嚴(yán)重問題。即使水資源中有80%用于農(nóng)業(yè)灌溉，依舊無法解決農(nóng)業(yè)的干旱問題。其主要原因是有一部分水因?yàn)楣喔葧r(shí)使用的量以及次數(shù)不合理，導(dǎo)致水的利用率很低。這一點(diǎn)可以使用土壤水分濕度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量之后再進(jìn)行合理的灌溉，這樣既能減少水資源的浪費(fèi)，又能解決水分利用率低下的問題。 二、任務(wù)分析 本項(xiàng)目利用硅濕敏電阻的阻值隨土壤濕度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)土壤濕度的測(cè)量。 三、任務(wù)實(shí)施1.原理圖 三、任務(wù)實(shí)施2.電路分析 傳感器采用硅濕敏電阻，它在25時(shí)的感應(yīng)時(shí)間小于5s，檢測(cè)土壤含水量的范圍為0100%，具有良好的防水性能和抗污染能力。 直流電壓（+12V）送入電路后，首先經(jīng)電阻器R9 R1

3、1分壓，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源 VD2穩(wěn)壓后，輸出+6V電壓。+6V電壓一路為A1的8腳提供工作電壓，一路R7將降壓、VD1穩(wěn)壓后輸出2.5V電壓，為濕度檢測(cè)電路進(jìn)行供電。 濕敏電阻傳感器RH、放大晶體管VT及R1 、R2構(gòu)成了土壤濕度檢測(cè)電路，用于檢測(cè)土壤中濕度的變化，土壤濕度大則RH電阻值小，反之則電阻值大。濕敏電阻傳感器RH將其所感應(yīng)的濕度信息轉(zhuǎn)化成VT基極電流變化，濕度大則極電流大，濕度小則極電流小，三極管VT為射極輸出，輸出電壓經(jīng)雙運(yùn)放LM358同相放大、限幅，將電壓控制在5以內(nèi)。 三、任務(wù)實(shí)施 3.元器件清單土壤濕度測(cè)量電路元件清單4.電路制作（1）準(zhǔn)備元件：按元件清單備齊。工具：電烙

4、鐵、烙鐵架、焊錫絲、松香、剪刀、尖嘴鉗、螺絲刀、鑷子、萬用表和直流穩(wěn)壓電源。（2）元器件測(cè)試可根據(jù)技術(shù)參數(shù)對(duì)元件進(jìn)行測(cè)試，MS01A硅濕敏電阻主要技術(shù)參數(shù) 序號(hào)元件代號(hào)名稱參數(shù)1VD1三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL4312VD2三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL4313VD3穩(wěn)壓管5V4 VT三極管90135 A1運(yùn)放LM3586 RH硅濕敏電阻MS01A7R1電阻9.1K 8R2電阻1K9R3電阻9.1K10R4電阻1K11R5電阻1K12R6電阻1K13R7電阻1K14R8電阻100K15R9電阻1.4K16R10電阻1K17R11電阻1K18Rp1電位器50019Rp2電位器100K三、任務(wù)實(shí)施MS01A硅

5、濕敏電阻主要技術(shù)參數(shù)（3）焊接元件在焊接上要遵循“先低后高”的原則，先焊接小元件，后焊接大元件。（4）檢查焊接完成后先自查，再讓老師檢查。（5）通電調(diào)試（6）完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告包括任務(wù)設(shè)計(jì)與制作的意義、檢查電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試、檢測(cè)結(jié)果與分析。 電阻型號(hào)20時(shí)標(biāo)稱阻值/ 最高工作溫度/最高工作濕度/%測(cè)濕范圍/%最佳測(cè)濕范圍/%工作條件50%RH70%RH90%RH溫度/濕度/%壓強(qiáng)/kPaMS01A770405.1100100301006595040409086.7106四、任務(wù)評(píng)價(jià)土壤濕度測(cè)量電路制作評(píng)價(jià)表 序號(hào)名稱分值考核點(diǎn)得分1資訊10濕敏元件特性、檢測(cè)方法，電路工作原理，調(diào)試方法 2計(jì)劃2

6、0列出元器件、工具、耗材，制定安裝流程與測(cè)試步驟 3實(shí)施40能否正確使用儀器儀表和工具，能否識(shí)別、檢測(cè)元件，能否設(shè)計(jì)電路布局，焊接，調(diào)試電路 4報(bào)告15格式規(guī)范與否，項(xiàng)目分析、實(shí)施、過程記錄情況，想法、建議 5素養(yǎng)15態(tài)度、工作記錄、團(tuán)對(duì)合作能力、6S五、任務(wù)知識(shí)鏈接（一）濕度及其表示1.絕對(duì)濕度（縮寫為AH）：指在一定溫度和壓力條件下，單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量。根據(jù)定義有：2.相對(duì)濕度（縮寫為RH）：指氣體的絕對(duì)濕度(PV)與同一溫度下水蒸汽已達(dá)到飽和狀態(tài)的絕對(duì)濕度PS的百分比。常表示為RH，其表達(dá)式為：RH%= (PV /Ps)100%3.露點(diǎn)：露點(diǎn)也能反應(yīng)相對(duì)濕度。露點(diǎn)是指保

7、持壓力一定，當(dāng)待測(cè)氣體的溫度將至某一數(shù)值時(shí)，該氣體中的水蒸汽達(dá)到飽和狀態(tài)，開始結(jié)露或結(jié)霜，此時(shí)的溫度稱為此氣體的露點(diǎn)或霜點(diǎn)。 五、任務(wù)知識(shí)鏈接（二）濕敏傳感器分類利用濕敏材料對(duì)水分子的吸附能力或?qū)λ肿赢a(chǎn)生物理效應(yīng)的方法測(cè)量濕度的元件稱為濕敏元件。（三）濕敏元件的主要特性參數(shù)1.濕度量程能保證一個(gè)濕敏器件正常工作的環(huán)境濕度的最大變化范圍。2.感濕特征量-相對(duì)濕度特性曲線每種濕敏傳感器都有其感濕特征量，如電阻、電容、電壓、頻率等，在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，濕敏傳感器的感濕特征量隨環(huán)境相對(duì)濕度變化的關(guān)系曲線，稱為相對(duì)濕度特性曲線，簡(jiǎn)稱感濕特性曲線。3.感濕靈敏度在某一相對(duì)濕度范圍內(nèi)，相對(duì)濕度改變1%

8、RH時(shí)，濕敏傳感器感濕特征量的變化值或百分率稱為感濕靈敏度，簡(jiǎn)稱靈敏度，又稱濕度系數(shù)。 五、任務(wù)知識(shí)鏈接 4.溫度系數(shù)溫度系數(shù)是反映濕敏傳感器的感濕特征量-相對(duì)濕度特性曲線隨環(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，感濕特征量隨環(huán)境溫度的變化越小，環(huán)境溫度變化所引起的相對(duì)濕度的誤差就越小。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)境溫度的變化率，即5.響應(yīng)時(shí)間在一定的溫度下，當(dāng)相對(duì)濕度發(fā)生躍變時(shí)，濕敏傳感器的感濕特征量之值達(dá)到穩(wěn)態(tài)變化量的規(guī)定比例所需要的時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間，也稱為時(shí)間常數(shù)，反映濕敏傳

9、感器對(duì)于相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí)，其反應(yīng)速度的快慢。6.濕滯回線濕敏傳感器在吸濕和脫濕往返變化時(shí)的吸濕和脫濕特性曲線不重合，所構(gòu)成的曲線叫濕滯回線。由于吸濕和脫濕特性曲線不重合，對(duì)應(yīng)同一感濕特征量之值，相對(duì)濕度之差稱為濕滯量。濕滯量越小越好，以免給濕度測(cè)量帶來難度和誤差。7.電壓特性濕敏傳感器感濕特征量之值與外加交流電壓之間的關(guān)系稱為電壓特性。當(dāng)交流電壓較大時(shí)，由于產(chǎn)生焦耳熱，對(duì)濕敏傳感器的特性會(huì)帶來較大影響。8.頻率特性濕敏傳感器的阻值與外加測(cè)試電壓頻率有關(guān)。在各種濕度下，當(dāng)測(cè)試頻率小于一定值時(shí)，阻值不隨測(cè)試頻率而變化，該頻率被確定為濕敏傳感器的使用頻率上限。當(dāng)然，為防止水分子的電解，測(cè)試電壓頻率

10、也不能太低。 五、任務(wù)知識(shí)鏈接（四）氯化鋰濕敏電阻1.外形與結(jié)構(gòu)2.原理及輸出特性電解質(zhì)型濕敏電阻是利用潮解性鹽類受潮后電阻發(fā)生變化的特性制成的。最常用的電解質(zhì)是氯化鋰（LiCl）。（五）半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻1.（MgCr2O4-TiO2）濕敏電阻結(jié)構(gòu)2.原理及特性（六）薄膜型濕敏元件薄膜型濕敏傳感器主要為濕敏電容器，基于感濕材料吸濕后電介質(zhì)常數(shù)的變化。1.結(jié)構(gòu)2.原理 五、任務(wù)知識(shí)鏈接（七）有機(jī)高分子膜濕敏電阻 有機(jī)高分子膜濕敏電阻是在氧化鋁等陶瓷基板上設(shè)置梳妝電極，然后在其表面涂以既有感濕性能，又有導(dǎo)電性能的高分子材料的薄膜，再涂覆一層多孔質(zhì)的高分子膜保護(hù)層。 六、濕敏傳感器的典型應(yīng)用濕敏傳

11、感器的使用范圍表 應(yīng)用領(lǐng)域使用設(shè)備使用溫度、濕度范圍備注溫度濕度%RH家用電器空調(diào)機(jī)器干燥機(jī)電子炊具VTR5405805100-5604070010210060100空調(diào)、烘干機(jī)、食品加熱、烹調(diào)控制、防止結(jié)露汽車散熱器-208050100防止結(jié)露醫(yī)療治療器保健設(shè)備103010308010050-80呼吸器系統(tǒng)、空調(diào)工業(yè)纖維干燥器粉體水分干燥食品電子部件生產(chǎn)1030301005100501005405100050050050050制絲、窯業(yè)木材干燥、窯業(yè)原料、磁頭、LSI、IC農(nóng)林畜牧房屋空調(diào)茶田防霜養(yǎng)殖540-10602025 010051004070空調(diào)、防止結(jié)露、健康管理測(cè)量恒溫恒濕槽無線

12、氣候監(jiān)測(cè)5100-504001000100精密測(cè)量、氣象測(cè)量1.浴室鏡面水汽清除器 浴室中的水蒸氣很大，會(huì)使其中的鏡子功能喪失，當(dāng)浴室的濕度達(dá)到一定程度時(shí)，鏡面會(huì)結(jié)露，表面一層霧氣，市場(chǎng)上沒有所謂的不結(jié)露鏡面，而是都要安裝鏡面水汽清除器，其結(jié)構(gòu)主要由電熱絲、結(jié)露控制器、控制電路等組成，如圖所示。 六、濕敏傳感器的典型應(yīng)用2嬰兒尿濕報(bào)警電路利用濕度傳感器制作嬰兒尿濕報(bào)警器，要求能在嬰兒尿床幾分鐘內(nèi)發(fā)出報(bào)警聲，提醒媽媽換尿布，有利于嬰兒健康。同時(shí)可以作為老人尿床和5歲以下幼兒生理遺尿的一種生物反饋療法。 嬰兒尿濕報(bào)警電路由濕度傳感器SM1與VT1組成電子開關(guān)電路、555時(shí)基集成電路和阻容元件組成延

13、時(shí)電路IC2以及軟封裝集成電路組成。電路結(jié)構(gòu)如圖所示。 六、濕敏傳感器的典型應(yīng)用項(xiàng)目總結(jié) 項(xiàng)目主要講述了利用濕敏傳感器進(jìn)行濕度的測(cè)量。濕度傳感器也稱為濕敏傳感器，是能夠感受周圍環(huán)境濕度變化，并通過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。 常用的濕敏元件包括氯化鋰濕敏電阻、半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻、薄膜型濕敏元件和有機(jī)高分子膜濕敏電阻。 濕敏電阻實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉂穸入娮璧墓ぷ髟砑疤匦浴６驹肀緦?shí)驗(yàn)采用的是高分子薄膜濕敏電阻。感測(cè)機(jī)理是：在絕緣基板上濺射了一層高分子電解質(zhì)濕敏膜，其阻值的對(duì)數(shù)與相對(duì)濕度成近似的線性關(guān)系，通過電路予以修正后，可得出與相對(duì)溫度成線性關(guān)系的電信號(hào)。三需用器件與單元濕敏電阻、CGQ-011濕敏電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、直流電源。四實(shí)驗(yàn)步驟注：本實(shí)驗(yàn)的濕度電阻已由內(nèi)部放大器進(jìn)行放大、校正、輸出的電壓信號(hào)與相對(duì)濕度成近似線性關(guān)系，標(biāo)定在：1將主控箱+15V接入傳感器輸入端，輸出端與數(shù)字電壓表相接。2對(duì)著濕敏電阻哈一口氣，可看到發(fā)光管點(diǎn)亮的數(shù)目成上升趨勢(shì)，越來越多同時(shí)觀察電壓表數(shù)字變化。3待數(shù)字稍穩(wěn)定后，記錄下讀數(shù)，根據(jù)標(biāo)定值，得出容器中的相對(duì)濕度。 【習(xí)題】1.填空（1）濕度傳感器是能夠感受周圍環(huán)境_，并通