模塊7環(huán)境量檢測(cè)

模塊7環(huán)境量檢測(cè)主要內(nèi)容：?jiǎn)卧?半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)是通過對(duì)人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量的檢測(cè)，跟蹤環(huán)境質(zhì)量的變化，確定環(huán)境質(zhì)量水平，為環(huán)境管理、污染治理等工作提供基礎(chǔ)和保證。

溫濕度的檢測(cè)與控制在現(xiàn)代科研、生產(chǎn)、生活中的地位越來越重要。如儲(chǔ)物倉庫在溫濕度超過某一程度時(shí)，物品易發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；居室的溫濕度希望適中；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。氣體濃度檢測(cè)則廣泛應(yīng)用于燃?xì)?、石油、化工、冶金等存在易燃、易爆、毒性氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)所。同時(shí)，在環(huán)境保護(hù)、家用電器、消防、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)等方面得到廣泛的應(yīng)用。模塊7環(huán)境量檢測(cè)

【引導(dǎo)語】

1．環(huán)境溫濕度的概念環(huán)境溫度是表示環(huán)境（大氣）冷熱程度的物理量。相對(duì)于工業(yè)溫度，環(huán)境溫度范圍要小得多。對(duì)于儀器設(shè)備來說，適宜的環(huán)境溫度是保障其正常工作，延長(zhǎng)使用壽命的重要因素。人類、動(dòng)植物的正常生存也需合適的環(huán)境溫度。環(huán)境濕度可分為絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和露點(diǎn)濕度三種基本形式。絕對(duì)濕度是指一定大小的空間中水蒸氣的絕對(duì)含量，用kg/m3表示；相對(duì)濕度則為大氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)溫度下的飽和水汽壓之比的百分?jǐn)?shù)，常用%RH表示；露點(diǎn)濕度是表示空氣中水汽含量和氣壓不變的條件下冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度。絕對(duì)濕度給出了水分在空間中的具體含量，相對(duì)濕度則給出了空氣的潮濕程度。模塊7環(huán)境量檢測(cè)

【背景知識(shí)】

2．氣體濃度的概念環(huán)境大氣（空氣）中某種氣體物濃度的表示方法有兩種：質(zhì)量濃度表示法，即每立方米空氣中所含特定氣體的質(zhì)量數(shù)（單位：mg/m3），用M表示；體積濃度表示法，即一百萬體積的空氣中所含特定氣體的體積數(shù)（單位：ppm），用V表示。質(zhì)量濃度與檢測(cè)氣體的溫度、壓力環(huán)境條件有關(guān)，其數(shù)值會(huì)隨著溫度、氣壓等環(huán)境條件的變化而不同；實(shí)際測(cè)量時(shí)需要同時(shí)測(cè)定氣體的溫度和大氣壓力。體積濃度V與質(zhì)量濃度M的換算關(guān)系如下：M=（W/22.4）?V?[273/（273+t）]?（P/101325）式中：W—?dú)怏w分子量；t—?dú)怏w溫度（℃）；P—?dú)怏w壓力（Pa）。模塊7環(huán)境量檢測(cè)

【背景知識(shí)】

單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題引入】

環(huán)境溫度是表示環(huán)境冷熱程度的物理量，與我們的日常生活關(guān)系密切相關(guān)。如，體溫檢測(cè)是判定人體健康狀況的重要依據(jù)。（a）電子體溫計(jì)（b）紅外線額溫槍c）紅外線耳溫槍（d）醫(yī)用紅外熱像儀醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用的體溫計(jì)及熱成像儀單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

1．半導(dǎo)體溫度檢測(cè)的傳感器類型（1）熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻與溫度存在著某種關(guān)系的一種新型半導(dǎo)體測(cè)溫元件，它主要具有以下特點(diǎn)：①靈敏度較高，能檢測(cè)出10-6℃的溫度變化；②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃；④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；③體積??；⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

1．半導(dǎo)體溫度檢測(cè)的傳感器類型熱敏電阻單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

1．半導(dǎo)體溫度檢測(cè)的傳感器類型（2）PN結(jié)溫度傳感器PN結(jié)溫度傳感器是利用PN結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制成的一種固態(tài)傳感器。其測(cè)量溫度范圍-50~+150℃，它們具有體積小、測(cè)溫準(zhǔn)確、操作方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、冷藏、供暖和糧食儲(chǔ)藏等領(lǐng)域。（3）集成溫度傳感器集成溫度傳感器把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上，它可實(shí)現(xiàn)傳感器智能化、微型化、多功能化，其測(cè)量溫度范圍-50~+150℃，也被作為各種數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)溫元件。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

1．半導(dǎo)體溫度檢測(cè)的傳感器類型PN結(jié)溫度傳感器集成溫度傳感器單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（1）溫度測(cè)量熱敏電阻LCD熱敏電阻溫度面板表單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（1）溫度測(cè)量雙橋溫差測(cè)量電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（1）溫度測(cè)量熱敏電阻體溫表單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（1）溫度測(cè)量CPU溫度測(cè)量單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（2）溫度補(bǔ)償熱敏電阻溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償原理圖單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

2．熱敏電阻的應(yīng)用（3）工業(yè)控制自斷電電熱水壺溫控電路RQ—開關(guān)型熱敏電阻；LSE—負(fù)載傳感器；J—繼電器開關(guān)型熱敏電阻繼電輸出型溫控開關(guān)單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

3．PN結(jié)溫度傳感器的應(yīng)用電路（1）熱敏二極管溫度傳感器的應(yīng)用電路在-40～100℃范圍內(nèi)，半導(dǎo)體二極管正向電壓與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系。采用硅二極管溫度傳感器的測(cè)溫電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

（2）熱敏三極管溫度傳感器的應(yīng)用電路NPN型熱敏三極管在集電極電流Ic恒定時(shí)，利用基極-發(fā)射極間電壓Ube的溫度特性，可把溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。熱敏三極管溫度傳感器測(cè)溫電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

（3）熱敏晶閘管溫度傳感器的應(yīng)用電路NPN型熱敏三極管在集電極電流Ic恒定時(shí)，利用基極-發(fā)射極間電壓Ube的溫度特性，可把溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。采用熱敏晶閘管溫度傳感器的溫度控制電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

4．集成溫度傳感器采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成，即將溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。其工作溫度范圍約在-50～150℃。集成溫度傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、使用方便、性能穩(wěn)定可靠、體積小、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單等；不足之處是測(cè)溫范圍小，使用環(huán)境有一定的局限性。適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，目前大量生產(chǎn)的集成溫度傳感器有電流輸出型、電壓輸出型和數(shù)字（或頻率）信號(hào)輸出型。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【問題分析】

4．集成溫度傳感器AD590封裝及實(shí)物DS18B20引腳定義單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

1．熱敏電阻的分類（1）按溫度特性分NTC：具有負(fù)溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而下降，一般－50～300℃；PTC：具有正溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而升高；CTR：具有臨界溫度系數(shù)，溫度變化具有突變性。（2）按工作溫度范圍分類常溫?zé)崦綦娮瑁?55～+315℃）高溫?zé)崦綦娮瑁?gt;315℃）低溫?zé)崦綦娮瑁?lt;315℃）三類。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

（3）按外形結(jié)構(gòu)形式分類熱敏電阻按外形結(jié)構(gòu)形式可分為體型、薄膜型、厚薄型三種。熱敏電阻可根據(jù)使用要求封裝加工成各種形狀的探頭，如珠狀、片狀及桿狀、錐狀、針狀等。幾種常用的熱敏電阻型號(hào)及其主要參數(shù)型號(hào)主要用途主要電參數(shù)電阻體形狀及形式25℃標(biāo)稱阻值(kΩ)額定功率(W)時(shí)間常數(shù)(s)MF-11溫度補(bǔ)償0.01～150.5≤60片狀、直熱MF-13測(cè)溫、控溫0.82～3000.25≤85桿狀、直熱MF-16溫度補(bǔ)償10～10000.5≤115桿狀、直熱RRC2測(cè)溫、控溫6.8～10000.4≤20桿狀、直熱RRC7B測(cè)溫、控溫3～1000.03≤0.5珠狀、直熱RRW2穩(wěn)定振幅6.8～5000.03≤0.5珠狀、直熱單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

（4）其他分類熱敏電阻還可按工作方式分為直熱式、旁熱式、延遲電路三種；按使用的材料分為陶瓷、塑料：金剛石、單晶、非晶熱敏電阻等。各種熱敏電阻的典型特性熱敏電阻的結(jié)構(gòu)外形及符號(hào)1-熱敏電阻；2-玻璃外殼；3-引出線單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

2．PN結(jié)溫度傳感器的工作原理PN結(jié)溫度傳感器是利用PN結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制成的一種固態(tài)傳感器。PN結(jié)的伏安特性可用下式表示：式中：U為PN結(jié)正向壓降；I為PN結(jié)正向電流；Is為PN結(jié)反向飽和電流；q為電子電荷量；T為絕對(duì)溫度；k為玻耳茲曼常數(shù)。PN結(jié)典型溫度特性曲線單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例1】谷物溫度測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x由探針、電橋及電源組成。熱敏電阻裝在探針的頭部，由銅保護(hù)帽將被測(cè)谷物的溫度傳給熱敏電阻，為保證測(cè)量的精度，在探針的頭部還裝有絕熱套。熱敏電阻通過引線和插接件與測(cè)溫直流電橋進(jìn)行電路連接。谷物溫度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)谷物溫度測(cè)量?jī)x電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例2】采用開關(guān)二極管的數(shù)顯溫度計(jì)

VD與R1、R2、RP1組成測(cè)溫電橋，電橋輸出信號(hào)接差動(dòng)放大器A2，經(jīng)放大后的信號(hào)輸入0～±2.000V數(shù)字式電壓表顯示。放大后的靈敏度為10mV/℃。采用開關(guān)二極管1N4148作為測(cè)溫傳感器的數(shù)顯溫度計(jì)電路單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

LabVIEW虛擬儀器室內(nèi)溫度檢測(cè)1．項(xiàng)目要求熟悉實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度檢測(cè)的工作原理，完成室內(nèi)溫度檢測(cè)LabVIEW虛擬儀器的的硬件連線、運(yùn)行工作，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)試。2．設(shè)備與工具安裝了LabVIEW8.5虛擬儀器軟件平臺(tái)的普通電腦1臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡1只、LM35模擬線性溫度傳感器模塊1個(gè)、普通室內(nèi)溫度計(jì)一個(gè)、5伏直流電源1臺(tái)；杜幫導(dǎo)線若干。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

3．項(xiàng)目?jī)?nèi)容室內(nèi)溫度檢測(cè)傳感器模塊選用奧松機(jī)器人公司的LM35模擬線性溫度傳感器模塊。產(chǎn)品尺寸：長(zhǎng)32mm×寬11mm×高10mm；工作電壓：直流4～30V；工作電流：小于133μA；輸出電壓：+6V～-1.0V；精度：0.5℃精度（在+25℃時(shí)）；額定使用溫度范圍：-55～+150℃；非線性值：±1/4℃；引腳說明：電源負(fù)“-”；電源正“+”；信號(hào)輸出“S”。LM35模擬線性溫度傳感器功能信號(hào)輸出電源正VCC電源負(fù)AGND單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

4．操作步驟（1）硬件連線將LM35模擬線性溫度傳感器模塊的“+”、“-”和S端口接至采集卡的+5V、AGND和模擬輸入通道0（AI0），采集卡與計(jì)算機(jī)USB接口相連。虛擬儀器室內(nèi)溫度檢測(cè)的程序框圖單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

（2）運(yùn)行①打開事先設(shè)計(jì)完成的“虛擬儀器室內(nèi)溫度檢測(cè)”的LabVIEW文件。②在前面板上點(diǎn)擊工具欄運(yùn)行按鈕運(yùn)行程序，觀察前面板的溫度儀表顯示和溫度數(shù)字顯示是否有變化？然后，點(diǎn)擊溫度測(cè)量開關(guān)，再觀察前面板的溫度儀表顯示和溫度數(shù)字顯示是否有變化？為什么？（3）調(diào)試檢測(cè)的室內(nèi)溫度與水銀溫度計(jì)看看有什么不同。用手捂住LM35模擬線性溫度傳感器模塊的LM35集成溫度傳感器看看溫度是否變化。單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【拓展提高】

集成溫度傳感器簡(jiǎn)介1．電流輸出型集成溫度傳感器電流輸出型與電源負(fù)載串聯(lián)，不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響，因此可以遠(yuǎn)距離傳送。常用的電流輸出型集成溫度傳感器有AD590和LMl34／SLl34系列集成溫度傳感器。AD590的輸出特性AD590的外形、電路符號(hào)及基本電路圖單元1半導(dǎo)體式溫度檢測(cè)

【拓展提高】

2．電壓輸出型集成溫度傳感器常用的有LM35/45系列、LM135系列、μPC616。LM35集成溫度傳感器常溫下測(cè)溫精度為±0.5℃以內(nèi)，最大消耗電流70μA。采用4V以上的單電源供電，不需要外接任何元件及調(diào)整，即可構(gòu)成攝氏溫度計(jì)，測(cè)溫范圍為2～150℃。LM35/45系列溫度傳感器單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【問題引入】

人體比較適宜的濕度在30%~65%RH，當(dāng)濕度過低時(shí)，人的皮膚會(huì)感覺不舒服，甚至口干舌燥，嘴唇干裂，有害身體健康；濕度過高時(shí)，人會(huì)感到胸悶，呼吸急促，高溫潮濕時(shí)會(huì)感到濕熱難耐。為此，一些智能空調(diào)采用更加人性化的設(shè)計(jì)，例如增設(shè)空氣濕度傳感器，開機(jī)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)濕度，當(dāng)濕度過低，空調(diào)的出風(fēng)將轉(zhuǎn)化為水霧噴出，給空間增濕，可讓室內(nèi)干燥空氣濕潤(rùn)；如果檢測(cè)到濕度過高，則啟動(dòng)除濕功能，保持室內(nèi)濕度處于適宜狀態(tài)，增強(qiáng)人的舒適感。單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【問題分析】

檢測(cè)濕度的手段很多，如毛發(fā)濕度計(jì)、干濕球濕度計(jì)、石英振動(dòng)式濕度計(jì)、微波濕度計(jì)、電容濕度計(jì)、電阻濕度計(jì)等。毛發(fā)濕度計(jì)干濕球濕度計(jì)微波濕度計(jì)單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【問題分析】

陶瓷濕敏電阻傳感器的核心部分是用鉻酸鎂－氧化鈦（MgCr2O4－TiO2）等金屬氧化物以高溫?zé)Y(jié)工藝制成的多孔陶瓷半導(dǎo)體。它的氣孔率高達(dá)25％以上，孔徑1μm以下。濕度傳感器結(jié)構(gòu)、外形及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路框圖1－引線；2－多孔性電極；3－多孔陶瓷；4－加熱絲；5－底座；6－塑料外殼；7－引腳單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

1．濕敏電阻的種類工業(yè)上較流行的濕敏電阻主要有：陶瓷濕敏電阻、氯化鋰濕敏電阻、有機(jī)高分子膜濕敏電阻。（1）氯化鋰濕敏電阻氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化制成。該元件由引線、基片、感濕層與電極組成。濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖氯化鋰濕度-電阻特性曲線單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

（2）有機(jī)高分子膜濕敏電阻高分子膜濕敏電阻是以高分子膜吸收或放出水分而引起電導(dǎo)率變化進(jìn)行環(huán)境濕度測(cè)量的，是一種新型的濕度敏感元件。有機(jī)高分子膜濕敏電阻是在氧化鋁等陶瓷基板上設(shè)置梳狀型電極，然后在其表面涂以具有感濕性能，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。高分子膜濕敏電阻的特性曲線濕敏電阻外形單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

濕度檢測(cè)單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

2．濕敏電阻的測(cè)量電路濕敏電阻在直流供電情形下具有極化現(xiàn)象，造成測(cè)值漂移。為消除極化效應(yīng)，必須使用交流電源測(cè)量，或選用適當(dāng)?shù)慕涣麟姌?。濕度超限?bào)警電路單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

直讀式濕度計(jì)：RH為氯化鋰濕度傳感器。VT1、VT2、T1等組成測(cè)濕電橋的電源，其振蕩頻率為250Hz~1000Hz。電橋輸出經(jīng)變壓器T2，C3耦合到VT3，經(jīng)VT3放大后的信號(hào)，由VD1～VD4橋式整流后，輸入給微安表。直讀式濕度計(jì)電路單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例1】汽車后窗玻璃自動(dòng)除濕裝置RL為嵌入玻璃的加熱電阻，RH為設(shè)置在后窗玻璃上的濕度傳感器。VT1和VT2半導(dǎo)體管接成施密特觸發(fā)電路，由R1、R2和濕度傳感器電阻RH組成T1基極的偏置電路。汽車后窗玻璃自動(dòng)除濕安裝示意圖單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

常溫常濕下，RH較大，VT1導(dǎo)通，VT2截止，繼電器J不工作，加熱電阻無電流流過。當(dāng)室內(nèi)外溫差較大且濕度過大時(shí)，RH的阻值減小，使VT1截止，VT2翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，繼電器J常開觸點(diǎn)J1閉合，加熱電阻開始加熱，后窗玻璃上的潮氣被驅(qū)散。汽車后窗玻璃自動(dòng)除濕電路單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例2】濕敏電阻模塊HR202HR202濕敏電阻是采用有機(jī)高分子材料作為濕度敏感元件，水蒸汽附著于感濕薄膜上，電阻值與相對(duì)濕度相對(duì)應(yīng)。HR202濕敏電阻具有線性好、高性價(jià)比、能耗低、測(cè)量范圍寬、響應(yīng)迅速、抗污染能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。（a）實(shí)物圖（b）外形尺寸HR202濕敏電阻單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例2】濕敏電阻模塊HR202模擬輸出濕度傳感器模塊原理圖單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

濕度超限報(bào)警電路的制作1．項(xiàng)目要求熟悉濕敏電阻的工作原理，能夠通過相關(guān)濕度超限報(bào)警電路及器件制作濕度報(bào)警裝置，并完成相關(guān)調(diào)試工作。2．設(shè)備與工具M(jìn)S01-A型濕敏電阻、萬用表、9V降壓變壓器、常用數(shù)字溫濕度計(jì)、加濕器，二極管、電容、電阻若干；常用電工組裝工具一套。3．操作步驟（1）按圖7-23制作濕度報(bào)警電路，并調(diào)試正常。

單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

（2）利用溫濕度及加濕器在一容器內(nèi)產(chǎn)生大約70%RH的濕度環(huán)境，將報(bào)警電路中濕敏電阻置于容器內(nèi)，調(diào)節(jié)電位器RP1，使報(bào)警信號(hào)，指示燈亮。（3）取出濕敏電阻，將之與溫濕度靠近，用加濕器在其附近增濕，當(dāng)溫濕度計(jì)測(cè)值顯示為70%RH時(shí)，觀察報(bào)警器工作是否正常。（4）更換報(bào)警點(diǎn)，再進(jìn)行測(cè)試。（5）思考：溫度是否對(duì)濕度測(cè)值有影響？如有，如何改進(jìn)報(bào)警電路？

單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

1．濕敏電容

濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的。當(dāng)高分子材料吸水后，元件的介電常數(shù)隨環(huán)境相對(duì)濕度的改變而變化。測(cè)量電路常采用555集成電路組成振蕩電路,將濕敏電容充當(dāng)振蕩電容，可完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度測(cè)量。濕敏電容外形結(jié)構(gòu)圖單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

1．濕敏電容

濕敏電容典型特性曲線單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

2．結(jié)露傳感器結(jié)露傳感器利用摻入炭粉的有機(jī)高分子材料吸濕后的膨脹現(xiàn)象。在高濕度下，高分子材料的膨脹引起其中所含炭粉間距變化而導(dǎo)致電阻突變。結(jié)露傳感器是一種特殊的濕度傳感器，與一般濕度傳感器不同之處在于它對(duì)低濕度不敏感，僅對(duì)高濕度敏感，一般不用于測(cè)濕，而作為提供開關(guān)信號(hào)的結(jié)露信號(hào)器，用于自動(dòng)控制或報(bào)警。例如用于檢測(cè)磁帶錄像機(jī)、照相機(jī)結(jié)露及汽車玻璃窗除露等。3．水分傳感器空氣或其他氣體中的水分含量通常稱為濕度。而水分則是指存在于物質(zhì)中的水的含量，以百分?jǐn)?shù)表示，是掌握物質(zhì)保存狀態(tài)和質(zhì)量的重要指標(biāo)。

單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

水分傳感器（1）電導(dǎo)法利用被測(cè)物質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)，直接測(cè)定試樣的電阻。固體物質(zhì)的吸收水分后其阻值變小，通過測(cè)定電阻可確定水分含量。（2）電容法水的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于一般干燥固體物質(zhì)，因此利用電容法測(cè)含水量相當(dāng)靈敏。用于電容法是由極板間的電力線貫穿被測(cè)介質(zhì)的，所以表面水分引起的誤差較小。（3）紅外吸收法利用水分對(duì)波長(zhǎng)為1.94μm的紅外線吸收較強(qiáng)，并用幾乎不被水分吸收的1.81μm波長(zhǎng)作參比信號(hào)，根據(jù)被測(cè)物對(duì)這兩種波長(zhǎng)的能量吸收比值分析可判斷含水量。（4）微波吸收法水分對(duì)波長(zhǎng)在1.36cm附近的微波有顯著吸收作用，而植物纖維對(duì)此波段的吸收比水分小幾十倍，利用這一原理可制成木材、煙草、糧食、紙張等物質(zhì)的水分測(cè)量裝置。

單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

結(jié)露傳感器單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

水分傳感器單元2濕敏電阻式濕度檢測(cè)

【拓展提高】

電導(dǎo)法水分傳感器原理及探針形狀單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題引入】

礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。在成煤的過程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機(jī)質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時(shí)，由于物理和化學(xué)作用，生成瓦斯。煤礦采挖時(shí)，局部聚集的瓦斯在爆炸范圍內(nèi)遇到高溫火源時(shí)爆炸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，使氧氣含量減少，特別是CO含量大量增加，會(huì)造成大量人員中毒死亡；爆炸時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，形成火焰，引起煤塵爆炸事故、礦井火災(zāi)事故；爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波以每秒幾百米及幾千米的速度向外傳播，造成井巷、設(shè)備破壞。因而，做好瓦斯檢測(cè)工作，及時(shí)掌握礦井瓦斯的變化情況，以采取相應(yīng)的措施，防止瓦斯事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

瓦斯是無色、無味的氣體，但有時(shí)可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳?xì)錃怏w與瓦斯同時(shí)涌出的緣故。正常情況下人們很難通過嗅覺識(shí)別。瓦斯爆炸界限為5%～16%。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反應(yīng)）；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。瓦斯含量在7%～8%時(shí)，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時(shí)，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，越易引燃瓦斯。如果隨時(shí)掌握礦井瓦斯?jié)舛龋纯商崆白龀鲱A(yù)防、補(bǔ)救措施，減少瓦斯泄漏造成的危害。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

瓦斯?jié)舛葯z測(cè)技術(shù)有光干涉、熱催化、熱導(dǎo)、紅外、激光、超聲波、氣敏電阻、電化學(xué)傳感器等。檢測(cè)方法檢測(cè)原理特點(diǎn)及適用場(chǎng)合氣敏電阻氣敏電阻阻值因被測(cè)氣體的吸附過程中產(chǎn)生粒子交換，宏觀上呈現(xiàn)為阻值相應(yīng)變化。需加熱至一定溫度，具一定非線性，適合氣體泄露報(bào)警、定值報(bào)警。紅外吸收式當(dāng)紅外光線通過氣體組分時(shí)，氣體分子有選擇性的吸收具有特殊頻率的光子，宏觀上表現(xiàn)為紅外光強(qiáng)度的減小。不同氣體特征吸收光譜不同，會(huì)在某一特定波段吸收特性最強(qiáng)。測(cè)量精度高，動(dòng)態(tài)范圍寬，線性、靈敏度較高。因不同氣體吸收帶不同，可實(shí)現(xiàn)多種氣體的濃度精確檢測(cè)。超聲波法當(dāng)構(gòu)成二元混合氣體的兩種氣體的分子量相差較大時(shí)，聲波傳播速度隨兩種氣體組分的比例不同而變化，基于這一原理,通過準(zhǔn)確地測(cè)量聲速的變化就可以計(jì)算出所測(cè)氣體的濃度。靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍大?？捎糜诙喾N微量氣體濃度的精確測(cè)量。電化學(xué)法通過電解液與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，用于一般場(chǎng)合氣體濃度檢測(cè)。幾種瓦斯氣體濃度檢測(cè)原理及特點(diǎn)單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

瓦斯探測(cè)報(bào)警器實(shí)物圖單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

1．氣敏電阻傳感器的工作原理氣敏電阻傳感器是一種能把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)的傳感器，它的傳感元件是氣敏電阻。氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料并添加少量催化劑及添加劑，按一定比例繞結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。一般認(rèn)為，氣敏半導(dǎo)瓷材料半導(dǎo)體，當(dāng)有氣體吸附時(shí)，如果材料的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則氣體分子得到電子，為負(fù)離子吸附，阻值變大；反之失去電子，為正離子吸附，阻值變小。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

1．氣敏電阻傳感器的工作原理氣敏電阻傳感器（以下簡(jiǎn)稱氣敏電阻）：主要可分為：測(cè)量還原性氣體和測(cè)量氧氣濃度的兩大類。

氣體的成分、濃度等參數(shù)變化電阻發(fā)生變化轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)↓↓單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

1．氣敏電阻傳感器的工作原理所謂還原性氣體就是在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子，化學(xué)價(jià)升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體等。測(cè)量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

氣敏電阻工作原理單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

幾種國(guó)產(chǎn)氣敏電阻的主要特性型號(hào)參數(shù)UL－206UL－282UL－281MQN－10檢測(cè)對(duì)象煙霧酒精蒸氣煤氣各種可燃性氣體測(cè)量回路電壓(V)15±1.515±1.510±110±1加熱回路電壓(V)5±0.55±0.5清洗5.5±0．5工作0.8±0.15±0.5加熱電流(mA)160～180160～180清洗170～190工作25～35160～180環(huán)境溫度(℃)-10～+50-10～+50-10～+50-20～+50環(huán)境濕度(RH)＜0．95＜0．95＜0．95＜0．95單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

MQN型氣敏半導(dǎo)體器件是由塑料底座、電極引線、不銹鋼網(wǎng)罩、氣敏燒結(jié)體以及包裹在燒結(jié)體中的兩組鉑絲組成。氣敏電阻工作時(shí)必須加熱到（200～300）℃，其目的是加速被測(cè)氣體的化學(xué)吸附和電離過程并燒去氣敏電阻表面的污物，提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

NH3傳感器甲烷傳感器酒精傳感器單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【問題分析】

2．礦燈瓦斯報(bào)警器瓦斯探頭由QM-N5型氣敏元件RQ及4V礦燈蓄電池等組成。RP為瓦斯報(bào)警設(shè)定電位器。當(dāng)瓦斯超過某一設(shè)定點(diǎn)時(shí)，RP輸出信號(hào)通過二極管VD1加到VT2基極上，VT2導(dǎo)通，VT3、VT4開始工作，VT3、VT4組成互補(bǔ)式自激多諧振蕩器，使繼電器吸合與釋放，信號(hào)燈閃光報(bào)警。工作時(shí)開關(guān)S1、S2合上。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

1．常用氣敏元件的結(jié)構(gòu)類型（1）燒結(jié)型氣敏元件以半導(dǎo)體SnO2為基體材料（其粒度在1μm以下）添加不同雜質(zhì)，采用傳統(tǒng)制陶方法進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)型器件一致性差，機(jī)械強(qiáng)度也不高。但價(jià)格便宜，工作壽命長(zhǎng)，目前仍得到廣泛應(yīng)用。燒結(jié)型氣敏元件1-不銹鋼網(wǎng)罩2-電極引線3-SnO2燒結(jié)體4-加熱電極5-陶瓷座6-引腳單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

1．常用氣敏元件的結(jié)構(gòu)類型（2）薄膜型氣敏元件采用蒸發(fā)或?yàn)R射方法在石英基片上形成一薄層氧化物半導(dǎo)體薄膜。實(shí)驗(yàn)測(cè)定，證明SnO2和ZnO薄膜的氣敏特性最好。但這種薄膜為物理性附著系統(tǒng)，器件之間的性能差異仍較大。薄膜型氣敏元件1-半導(dǎo)體薄膜2-引線3-絕緣基片4-加熱電極5-加熱器單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

1．常用氣敏元件的結(jié)構(gòu)類型（3）厚膜型氣敏元件厚膜器件是用SnO2和ZnO等材料與3%～15%（質(zhì)量）的硅凝膠混合制成的能印刷的厚膜膠，用絲網(wǎng)印刷工藝印刷到事先安裝有鉑電極的Al2O3基片上，以400~800℃燒結(jié)1小時(shí)制成。厚膜工藝制成的元件一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。厚膜型氣敏元件1-厚膜氣敏元件2-電極引線3-氧化鋁基片4-加熱器（印刷厚膜電阻）單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

2．氣敏電阻的加熱方式及主要參數(shù)（1）氣敏電阻的加熱方式氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種，直熱式消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此安全可靠，其應(yīng)用面較廣。（a）結(jié)構(gòu)（b）符號(hào)直熱式SnO2氣敏電阻（a）結(jié)構(gòu)（b）符號(hào)旁熱式SnO2氣敏電阻2、5-燈絲1、3、4、6-測(cè)量引腳單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【知識(shí)鏈接】

（2）氣敏電阻主要參數(shù)①加熱功率加熱電壓與加熱電流的乘積。②允許工作電壓范圍。③工作電壓工作條件下，氣敏電阻兩極間的電壓。④加熱電壓加熱器兩端的電壓。⑤加熱電流通過加熱器的電流。⑥靈敏度⑦響應(yīng)時(shí)間⑧恢復(fù)時(shí)間單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例1】酒精測(cè)試儀酒精測(cè)試儀可用于交通中酒駕事故認(rèn)定，也可以用在其他場(chǎng)合檢測(cè)人體呼出氣體中的酒精含量，或使用于高危領(lǐng)域禁止酒后上崗的特殊作業(yè)。（a）酒精傳感器（b）酒精測(cè)試儀酒精傳感器、酒精測(cè)試儀單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【應(yīng)用案例】

【案例2】煤氣泄漏報(bào)警器煤氣泄漏報(bào)警器由探測(cè)器與報(bào)警控制主機(jī)構(gòu)成，用以檢測(cè)室內(nèi)外危險(xiǎn)場(chǎng)所的泄漏情況。當(dāng)被測(cè)場(chǎng)所存在可燃性氣體時(shí)，探測(cè)器將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或電流信號(hào)傳送到報(bào)警儀表，儀器顯示出有可燃性氣體爆炸下限的百分比濃度值。當(dāng)有可燃性氣體濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)或執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)忾y門等動(dòng)作。煤氣泄漏報(bào)警器控制器與探測(cè)器連接示意圖單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

礦燈瓦斯報(bào)警電路的制作1．項(xiàng)目要求認(rèn)識(shí)氣敏元件，通過礦燈瓦斯泄漏報(bào)警電路制作，掌握氣敏傳感器的特性、原理及基本應(yīng)用。2．設(shè)備與工具數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源或電池組；氣敏元件QM-N5；繼電器；電阻、電容、電位器、三極管、開關(guān)、指示燈等若干，打火機(jī)、甲烷氣瓶；常用電子組裝工具一套。3．操作步驟（1）按圖7-32制作瓦斯泄漏報(bào)警電路。單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【實(shí)踐項(xiàng)目】

（2）電路檢查無誤后接通穩(wěn)壓電源或電池組，接通電源開關(guān)。（3）打開打火機(jī)并吹熄，使之向外釋放甲烷氣體，并靠近氣敏元件，同時(shí)調(diào)節(jié)電位器，使之產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。（4）將報(bào)警電路安置于一較小空間，輕旋氣瓶閥門，并調(diào)節(jié)減壓閥至合適壓力，產(chǎn)生微弱泄漏，觀察報(bào)警電路工作情況。（5）分析系統(tǒng)工作原理、信號(hào)特點(diǎn)并總結(jié)制作、調(diào)試心得。（6）思考：如果實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，如何修改此電路？單元3氣敏電阻式氣體濃度檢測(cè)

【拓展提高】

1．氧濃度傳感器半導(dǎo)體材料二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導(dǎo)體，對(duì)氧氣十