各種傳感器簡介(共22張PPT)

第七章、各種傳感器簡介第1頁，共22頁。濕度傳感器濕度對(duì)生產(chǎn)、生活都重要，熟悉物理量濕度大－衣料、紙張，煙草、糧食及其它食品霉變；同溫度下變得夏天悶熱、冬天陰冷；精密儀器的靈敏度和精確度，影響武器性能干燥－木材干裂，紙張發(fā)脆；口干舌躁第2頁，共22頁。濕度計(jì)分類測量對(duì)象－相對(duì)濕度計(jì)和絕對(duì)濕度計(jì)（少）信號(hào)類別－電阻（多）、電容、電抗型（少）傳感器材料－無機(jī)鹽、金屬氧化物、陶瓷、多孔金屬氧化物、高分子聚合、半導(dǎo)體晶體型濕度傳感器第3頁，共22頁。簡介幾種濕度傳感器氯化鋰電阻式濕度傳感器氯化鋰露點(diǎn)式濕度傳感器電容式濕度傳感器Fe3O4膠體濕度傳感器MgCr2O4－TiO2濕度傳感器第4頁，共22頁。1、氯化鋰電阻式濕度傳感器鹽類物質(zhì)（含濕量，空氣濕度相關(guān)）－電阻變化氯化鋰，大氣中不分解、不揮發(fā)、不變質(zhì)，性能穩(wěn)定的離子型無機(jī)鹽，其吸濕量與空氣里濕度成函數(shù)關(guān)系，吸收水汽后，導(dǎo)電離子數(shù)目增加，電阻降低；反之電阻增大。第5頁，共22頁。氯化鋰濕度傳感器性能與結(jié)構(gòu)梳狀：絕緣板上鍍涂金箔梳狀電極拄狀：兩個(gè)平行的箔絲繞在絕緣柱子上做電極。－－多孔塑料聚乙烯醇作膠合劑，使得氯化鋰溶液均勻附在絕緣板（柱）表面，多孔塑料保證氯化鋰與空氣中水蒸氣良好接觸。電極間電阻變化反映空氣濕度變化。氯化鋰電阻濕度傳感器。a梳狀；b拄狀第6頁，共22頁。在600－800C時(shí)，氧化鋯成為良好氧離子導(dǎo)體，如果兩端的氧量不同，會(huì)產(chǎn)生濃度電勢(shì)。傳感器材料－無機(jī)鹽、金屬氧化物、陶瓷、多孔金屬氧化物、高分子聚合、半導(dǎo)體晶體型濕度傳感器溫度，壓力影響磁風(fēng)大小，故需要一定補(bǔ)償措施。磁性氣體，容積磁化率與氣體壓力成正比，與絕對(duì)溫度平方成反比。磁性氣體，容積磁化率與氣體壓力成正比，與絕對(duì)溫度平方成反比。氯化鋰電阻濕度傳感器。機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便，滯后嚴(yán)重氯化鋰濕度傳感器性能與結(jié)構(gòu)材料優(yōu)點(diǎn)：固有電阻低，氧化物性質(zhì)穩(wěn)定，本身為膠體粒子，無需粘結(jié)劑。3微米，易吸水，抗熱沖擊。Fe3O4膠體濕度傳感器測量端（工作）與環(huán)境（O2為20.利用氧氣磁化率特別高特點(diǎn)。用相同傳感器感受溫度變化，放在電橋另外一端。Fe3O4膠體濕度傳感器氯化鋰濕度傳感器特點(diǎn)測量濕度范圍與氯化鋰濃度及其成分有關(guān)交流電橋測量氯化鋰傳感器電阻最高測量溫度55C，否則溶液要蒸發(fā)被測空氣要清潔、無粉塵和纖維隨溫度影響，需要補(bǔ)償。用相同傳感器感受溫度變化，放在電橋另外一端。第7頁，共22頁。2、氯化鋰露點(diǎn)式濕度傳感器原理－當(dāng)氯化鋰飽和溶液的飽和水蒸氣分氣壓與被測空氣中的水蒸氣分壓力相等（達(dá)到平衡）時(shí)，通過測量氯化鋰溶液的溫度（平衡溫度）就可確定被測空氣的露點(diǎn)溫度，然后根據(jù)空氣的干球溫度求出空氣的相對(duì)濕度。特點(diǎn)－加熱氯化鋰溶液，使得其飽和溶液水蒸汽分壓力與被測環(huán)境的水蒸氣分壓力相等第8頁，共22頁。氯化鋰露點(diǎn)式濕度傳感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)介紹：氯化鋰露點(diǎn)式濕度計(jì)能連續(xù)指示相對(duì)濕度值，并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量與調(diào)節(jié)，且不受被測氣體溫度的影響，使用范圍廣。1加熱電源變壓器；2，儀表引線；3，鉑電阻；4，保護(hù)罩；5，被測氣體；6，鉑電極；7，氯化鋰溶液測溫鉑電阻3外面套上玻璃絲布套，其上繞平行兩個(gè)鉑絲加熱電極6，涂上氯化鋰溶液7兩個(gè)電極中間玻璃絲上，通過變壓器1加入24伏特電壓。當(dāng)加熱溫度升高，溶液與空氣飽和蒸汽壓力一致時(shí)，溫度不變，測量溫度（平衡溫度），確定空氣飽和水蒸汽壓力第9頁，共22頁。3、電容式濕度傳感器通過電化學(xué)方法，在金屬鋁表面形成氧化膜，膜上沉積金屬，形成電容器。氧化鋁吸附水蒸汽后，引起電容變化。核心為金屬氧化鋁層，布滿垂直平面的管狀微空，其介電系數(shù)隨水蒸氣含量增大而增加。第10頁，共22頁。電容式濕度傳感器構(gòu)造氧化鋁1的電極膜通常為噴吐或真空鍍膜的石墨、金屬鉑或金，非常薄，允許水蒸氣滲透進(jìn)入氧化鋁層。電容式送變器，輸入0－10V直流信號(hào)。響應(yīng)1～2秒，不受環(huán)境風(fēng)速或溫度影響，適合遠(yuǎn)距離指示或調(diào)節(jié)濕度。1，多孔氧化鋁層2，鍍膜電極3，接線柱連接處4，咬合鋁基極導(dǎo)線第11頁，共22頁。Fe3O4膠體濕度傳感器材料優(yōu)點(diǎn)：固有電阻低，氧化物性質(zhì)穩(wěn)定，本身為膠體粒子，無需粘結(jié)劑。結(jié)構(gòu)：基片為特殊玻璃，滑石板或氧化鋁板，其實(shí)鍍涂梳形電極，F(xiàn)e3O4膠體噴吐在基片上濕度性能與構(gòu)造，熱處理溫度、時(shí)間等因素有關(guān)。Fe3O4濕度傳感器第12頁，共22頁。MgCr2O4－TiO2濕度傳感器

多孔型半導(dǎo)體陶瓷，表面電阻隨濕度在很寬范圍內(nèi)變化。高溫下，即使熱清洗，也性能穩(wěn)定。該陶瓷隨TIO2的增加而增大，平均孔徑為0.1~0.3微米，易吸水，抗熱沖擊。常用多孔電極材料氧化釕（RuO2），熱膨脹系數(shù)與陶瓷相同，采用網(wǎng)絲印刷工藝加工在陶瓷面上，高溫?zé)Y(jié)成多孔電極，孔平均尺寸1微米第13頁，共22頁。陶瓷濕度傳感器構(gòu)造陶瓷片周圍電阻絲繞成加熱器，加熱清洗，防止污染（加熱到450度，清洗1分鐘）；陶瓷片和加熱器固定在陶瓷基座上，基座帶絕緣護(hù)套，防止電介質(zhì)黏附引起的電流泄漏。靈敏度較高，響應(yīng)速度較快，在較寬濕度、溫度范圍內(nèi)測量，化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，固有電阻低，是比較理想的濕度計(jì)。陶瓷濕度傳感器第14頁，共22頁。3－4濃度傳感器燃燒過程的優(yōu)化控制燃燒產(chǎn)物與燃燒排放快速響應(yīng)的濃度傳感器或濃度測量方法1，熱導(dǎo)式氣體濃度傳感器2，熱磁式氧量傳感器3，氧化鋯氧量傳感器第15頁，共22頁。1，熱導(dǎo)式氣體濃度傳感器

利用氣體的導(dǎo)熱能力（系數(shù)）的差異識(shí)別不同氣體。熱導(dǎo)式氣體濃度傳感器輸入輸出鉑絲鎢錸絲氣體導(dǎo)熱對(duì)流輻射固體軸向熱導(dǎo)電阻與氣體導(dǎo)熱系數(shù)單值函數(shù)關(guān)系第16頁，共22頁。熱導(dǎo)式氣體濃度傳感器特點(diǎn)氣體樣品通過擴(kuò)散進(jìn)入測試室，分析儀器滯后嚴(yán)重，一般2～3分鐘，另外還需要考慮取樣系統(tǒng)滯后。減少輻射影響，工作溫度不能太高儀表靈敏度較低第17頁，共22頁。熱磁式氧量傳感器利用氧氣磁化率特別高特點(diǎn)。滯后較小，穩(wěn)定性好，常用于測量煙齊中氧量。容積磁化率代表物質(zhì)磁化能力的大小。容積磁化率>0，其產(chǎn)生磁場與外加磁場方向相同，順磁物質(zhì)，在不均勻磁場中受磁場吸引。煙氣中其它物質(zhì)容積磁化率很小，切大小正負(fù)抵消，煙氣磁化率主要決定于氧氣。第18頁，共22頁。直接測量混合物氣體容積磁化率很困難。磁性氣體，容積磁化率與氣體壓力成正比，與絕對(duì)溫度平方成反比。壓力一定，在低溫場中受到吸力較高溫中大。氧在不均勻磁場中受力情況順磁形氣體受磁力作用，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，形成磁風(fēng)磁風(fēng)力大小與磁場強(qiáng)度，場強(qiáng)梯度，工作溫度，壓力有關(guān)。根據(jù)風(fēng)力大小，決定氧量大小。第19頁，共22頁。最高測量溫度55C，否則溶液要蒸發(fā)氯化鋰電阻式濕度傳感器磁風(fēng)力大小與磁場強(qiáng)度，場強(qiáng)結(jié)構(gòu)：基片為特殊玻璃，滑石板或氧化鋁板，其實(shí)鍍涂梳形電極，F(xiàn)e3O4膠體噴吐在基片上在靠近R1電阻水平通道口放置永久磁鐵兩個(gè)磁極。機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便，滯后嚴(yán)重氯化鋰露點(diǎn)式濕度傳感器結(jié)構(gòu)電容式送變器，輸入0－10V直流信號(hào)。信號(hào)類別－電阻（多）、電容、電抗型（少）被測空氣要清潔、無粉塵和纖維2，熱磁式氧量傳感器電容式送變器，輸入0－10V直流信號(hào)。氯化鋰電阻式濕度傳感器熱磁式氧量傳感器環(huán)管式直管式水平通道的環(huán)形管，外壁上繞兩個(gè)加熱電阻R1和R2，同時(shí)作為測溫傳感器與另外兩個(gè)錳銅絲繞制的固定電阻R3和R4組成測量電橋。在靠近R1電阻水平通道口放置永久磁鐵兩個(gè)磁極。形成不均勻的磁場。溫度，壓力影響磁風(fēng)大小，故需要一定補(bǔ)償措施。機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便，滯后嚴(yán)重第20頁，共22頁。三、氧化鋯氧量傳感器氧化鋯中（ZrO2）加入一定量氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3），鋯會(huì)被CA或釔置換，產(chǎn)生氧粒子空穴。在600－800C時(shí)，氧化鋯成為良好氧離子導(dǎo)體，如果兩端的氧量不同，會(huì)產(chǎn)生濃度電勢(shì)。測量端（工作）與環(huán)境（O2為20.8%)產(chǎn)生濃度差信號(hào)，測量氧量。第21頁，共22頁。氧