項(xiàng)目六-氣體檢測(cè)課件

2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用項(xiàng)目六氣體檢測(cè)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解氣體傳感器的分類及其檢測(cè)的基本原理。2.認(rèn)識(shí)氣敏電阻的外形結(jié)構(gòu)，理解其工作原理及特性。3.正確選擇和使用氣敏電阻及其報(bào)警裝置2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用概述氣體檢測(cè)所用的傳感器實(shí)際上是能對(duì)氣體進(jìn)行定性或定量檢測(cè)的氣敏傳感器。氣敏材料與氣體接觸后會(huì)發(fā)生相互的化學(xué)或物理作用，氣體傳感器就是利用這些材料作為氣敏元件，把被測(cè)氣體種類、濃度、成分等信息的變化轉(zhuǎn)化成傳感器輸出信號(hào)的變化。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

氣敏傳感器分類：通常以氣敏特性來(lái)分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣敏傳感器，電化學(xué)型氣敏傳感器，固體電解質(zhì)氣敏傳感器，接觸燃燒式氣敏傳感器，光化學(xué)型氣敏傳感器，高分子氣敏傳感器等。

2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用一、半導(dǎo)體氣敏傳感器元件材料：金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物，作用原理：與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。借此來(lái)檢測(cè)特定氣體的成分或者測(cè)量其濃度，并將其變換成電信號(hào)輸出。應(yīng)用范圍：可用于檢測(cè)氣體中的特定成分（CO、CO2、甲醛、酒精、氧氣、氫氣等）。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)用場(chǎng)合：一般用于易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測(cè)和報(bào)警?；疽螅?/p>

1、對(duì)被測(cè)氣體有高的靈敏度。

2、氣體選擇性好。

3、能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

4、響應(yīng)速度快。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用分類：

按照與氣體的相互作用是局限于半導(dǎo)體內(nèi)部還是涉及到外部分為表面控制型和體控制型；按照半導(dǎo)體變化的物理特性分為電阻式和非電阻式。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用表1

半導(dǎo)體氣體傳感器的分類

主要物理特性傳感器舉例工作溫度典型被測(cè)氣體電阻式電阻表面控制型氧化銀、氧化鋅室溫-450℃可燃性氣體體控制型氧化鈦、氧化鈷、氧化鎂、氧化錫700℃以上酒精、氧氣、可燃性氣體非電阻式表面電位氧化銀室溫硫醇二極管整流特性鉑/硫化鎘、鉑/氧化鈦室溫-200℃氫氣、一氧化碳、酒精晶體管特性鉑柵MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管150℃氫氣、硫化氫表面控制型2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器：其電阻隨著氣體含量不同而變化;

主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣敏傳感器，是一種用金屬氧化物薄膜（例如SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2等）制成的阻抗器件。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用二、表面控制型電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器當(dāng)表面吸附某種氣體時(shí)會(huì)引起電導(dǎo)率的變化.1、結(jié)構(gòu)與分類由氣敏元件、加熱器、封裝部分組成；按制造工藝可分為燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。按加熱方式分為內(nèi)熱式和旁熱式。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用圖9.1某氣敏傳感器的整體結(jié)構(gòu)2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用（1）燒結(jié)型將元件的電極和加熱器均埋在金屬氧化物氣敏材料中,經(jīng)加熱成型后低溫?zé)Y(jié)而成。燒結(jié)型輸出極加熱電極金屬氧化物

目前最常用的是氧化錫（SnO2）燒結(jié)型氣敏元件,它的加熱溫度較低,一般在200－300℃,SnO2氣敏半導(dǎo)體對(duì)許多可燃性氣體,如氫、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有較高的靈敏度。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用（2）薄膜型

在石英基片上蒸發(fā)或?yàn)R射一層半導(dǎo)體薄膜制成（厚度0.1μm以下）。上下為輸出電極和加熱電極，中間為加熱器。薄膜型輸出極加熱器金屬氧化物加熱電極2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用（3）厚膜型將金屬氧化物粉末、添加劑、粘合劑等混合配成漿料，將漿料印刷到基片上，制成數(shù)十微米的厚膜。靈敏度、工藝性、機(jī)械強(qiáng)度和一致性等方面，厚膜氣敏元件較好。厚膜型氧化鋁基片半導(dǎo)體氧化物Pt電極加熱器2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用內(nèi)熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)（4）內(nèi)熱式加熱絲和測(cè)量絲都直接埋在基體材料內(nèi)；制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、功耗小、可以在高電壓回路下使用；熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，測(cè)量回路與加熱回路之間沒(méi)有隔離，相互影響。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用旁熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)（5）旁熱式管芯增加了陶瓷管，管內(nèi)放加熱絲，管外涂梳狀金電極做測(cè)量極，在金電極外涂SnO2等氣敏材料；測(cè)量極與加熱絲分離，加熱絲不與氣敏材料接觸，避免了測(cè)量回路與加熱回路之間的相互影響，熱容量大，不易受環(huán)境氣流的影響。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用注：加熱器的作用（1）使附著在元件上的油污、塵埃燒掉。（2）加速氣體的氧化、還原反應(yīng)，提高器件的靈敏度及響應(yīng)速度。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用2、工作原理元件加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)有氣體吸附時(shí)，吸附分子在氣敏元件表面自由擴(kuò)散(物理吸附)，一部分吸附分子被蒸發(fā)掉，一部分吸附分子產(chǎn)生熱分解固定在吸附處(化學(xué)吸附)。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子向半導(dǎo)體釋放電子成為正離子吸附，半導(dǎo)體載流子數(shù)增加，半導(dǎo)體電阻率減少，阻值降低。具有正離子吸附傾向的氣體被稱為還原性氣體(例H2、CO、炭氫化合物和酒類等)。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，吸附分子從半導(dǎo)體奪走電子成為負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體載流子數(shù)減少，電阻率增大，阻值增大。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體被稱為氧化性氣體(例O2、NOx等)。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用元件加熱正常狀態(tài)吸附還原性氣體吸附氧化性氣體吸附氣體后空氣中元件電阻100500元件阻值變化時(shí)間2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

當(dāng)吸附還原性氣體時(shí)，N型半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子向半導(dǎo)體釋放電子成為正離子吸附，半導(dǎo)體載流子數(shù)增加，半導(dǎo)體電阻率減少，阻值降低。當(dāng)吸附氧化性氣體時(shí)，N型半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，吸附分子從半導(dǎo)體奪走電子成為負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體載流子數(shù)減少，電阻率增大，阻值增大.

對(duì)于P型半導(dǎo)體器件，情況剛好相反，氧化性氣體使其電阻減小，還原性氣體使其電阻增大。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用注：(1)檢測(cè)不同氣體，加熱溫度及添加物質(zhì)不同，目的是使傳感器對(duì)不同氣體有選擇性。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用圖中EH為加熱電源,EC為測(cè)量電源,電阻中氣敏電阻值的變化引起電路中電流的變化,輸出電壓（信號(hào)電壓）由電阻Ro上取出。特別在低濃度下靈敏度高,而高濃度下趨于穩(wěn)定值。因此,常用來(lái)檢查可燃性氣體泄漏并報(bào)警等。氣敏元件的基本測(cè)量電路三、氣敏元件的基本測(cè)量電路2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用1、電源電路一般氣敏元件的工作電壓不高(3V～10V)，其工作電壓，特別是供給加熱的電壓，必須穩(wěn)定。否則，將導(dǎo)致加熱器的溫度變化幅度過(guò)大，使氣敏元件的工作點(diǎn)漂移，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用2、輔助電路在設(shè)計(jì)、制作應(yīng)用電路時(shí)，應(yīng)考慮氣敏元件自身的特性(溫度系數(shù)、濕度系數(shù)、初期穩(wěn)定性等)。如：采用溫度補(bǔ)償電路，以減少氣敏元件的溫度系數(shù)引起的誤差；設(shè)置延時(shí)電路，防止通電初期，因氣敏元件阻值大幅度變化造成誤報(bào)；使用加熱器失效通知電路，防止加熱器失效導(dǎo)致漏報(bào)現(xiàn)象。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

下圖是一溫度補(bǔ)償電路。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，則負(fù)溫度熱敏電阻(R5)的阻值增大，使相應(yīng)的輸出電壓得到補(bǔ)償。BZ~U氣敏傳感器氖管蜂鳴器NTC電阻WR1R2R3R4R5R6SCR2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用圖為正溫度系數(shù)熱敏電阻(R2)的延時(shí)電路。剛通電時(shí)，其電阻值也小，電流大部分經(jīng)熱敏電阻回到變壓器，蜂鳴器(BZ)不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)通電1～2min后，阻值急劇增大，通過(guò)蜂鳴器的電流增大，電路進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。BZ氣敏傳感器PTC電阻R2R1R3R4BCR~UB蜂鳴器氖管2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用3、應(yīng)用舉例例1：家用可燃性氣體報(bào)警器電路。~220VBZ

氖管家用可燃性氣體報(bào)警器電路氣敏傳感器蜂鳴器BR圖是設(shè)有串聯(lián)蜂鳴器的應(yīng)用電路。隨著環(huán)境中可燃性氣體濃度的增加，氣敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂鳴器的電流，足以推動(dòng)其工作而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用例2：實(shí)用酒精測(cè)試儀（測(cè)試駕駛員醉酒的程度）。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用氣體傳感器選用二氧化錫氣敏元件。工作原理：當(dāng)氣體傳感器探測(cè)不到酒精時(shí),加在A5腳的電平為低電平;當(dāng)氣體傳感器探測(cè)到酒精時(shí),其內(nèi)阻變低,從而使A5腳電平變高。A為顯示驅(qū)動(dòng)器,它共有10個(gè)輸出端,每個(gè)輸出端可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管,顯示推動(dòng)器A根據(jù)第5腳電壓高低來(lái)確定依次點(diǎn)亮發(fā)光二極管的級(jí)數(shù),酒精含量越高則點(diǎn)亮二極管的級(jí)數(shù)越大。上5個(gè)發(fā)光二極管為紅色,表示超過(guò)安全水平。下5個(gè)發(fā)光二極管為綠色,代表安全水平,酒精含量不超過(guò)0.05%。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用例3：礦井瓦斯超限報(bào)警器2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用四、非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器

包括MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場(chǎng)效應(yīng)管式（MOSFET）半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測(cè)氫和硅烷氣等可燃性氣體。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

濕敏傳感器一、濕度及其表示濕度是指大氣中所含的水蒸汽量。（1）絕對(duì)濕度單位體積空間內(nèi)所含有水蒸汽的質(zhì)量(密度)。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用（2）相對(duì)濕度被測(cè)空氣中實(shí)際所含水蒸汽的分壓和同溫度下飽和水蒸汽分壓的百分比。（3）露點(diǎn)溫度

空氣壓力不變，為使其所含水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，必須冷卻到的溫度稱為露點(diǎn)溫度。 氣溫與露點(diǎn)溫度差越小，表示空氣越接近飽和。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用二、濕敏傳感器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(jìn)行濕度測(cè)量的傳感器。濕敏元件一般是在絕緣物上浸漬吸濕性物質(zhì)，或通過(guò)蒸發(fā)、涂覆等工藝在表面上制備一層金屬、半導(dǎo)體、高分子薄膜和粉末狀顆粒而制成的元器件。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用1、氯化鋰濕敏傳感器

利用濕敏元件在吸濕和脫濕過(guò)程中，水分子分解出的H+離子的傳導(dǎo)狀態(tài)發(fā)生變化，從而使元件的電阻值發(fā)生變化的傳感器。結(jié)構(gòu)：

在條狀絕緣基片（如無(wú)堿玻璃）的兩面，用真空蒸鍍法或化學(xué)沉積法做上電極，再浸漬一定比例配制的氯化鋰－聚乙烯醇混合溶液，經(jīng)老化處理而制成。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用工作原理：

在氯化鋰溶液中，Li和Cl均以正負(fù)離子的形式存在，而Li+離子對(duì)水分子的吸引力強(qiáng)，離子水合程度高，其溶液中的離子導(dǎo)電能力與濃度成正比。當(dāng)溶液置于一定溫濕場(chǎng)中,若環(huán)境相對(duì)濕度高,溶液將吸收水分，使?jié)舛冉档?因此,其溶液電阻率增高，阻值升高。反之,環(huán)境相對(duì)濕度變低時(shí),則溶液濃度升高,其電阻率下降,阻值下降。 2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用玻璃帶上浸漬LiCl的濕敏元件的電阻-相對(duì)濕度特性:

由圖可看出，在50％～80％相對(duì)濕度范圍內(nèi)，電阻與濕度的變化成線性關(guān)系?？蓪⒙然嚭坎煌亩鄠€(gè)器件組合使用，擴(kuò)大濕度測(cè)量的線性范圍。如浸漬1％～1.5%濃度的器件可檢測(cè)(20％～50％)RH范圍內(nèi)的濕度,而浸漬0.5%濃度的器件可檢測(cè)(40％～80％)RH范圍內(nèi)的濕度,兩者配合使用可檢測(cè)(20％～80％)RH范圍內(nèi)的濕度。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用氯化鋰濕敏元件的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：滯后小,不受測(cè)試環(huán)境風(fēng)速影響,檢測(cè)精度高達(dá)±５%,

缺點(diǎn)：耐熱性差,不能用于露點(diǎn)以下測(cè)量,器件性能的重復(fù)性不理想,使用壽命短。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用2、半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻

結(jié)構(gòu)：通常是用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體材料混合燒結(jié)而成的多孔陶瓷。分類：(1)、按照電阻率與濕度的關(guān)系負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷：電阻率隨濕度增加而下降，如ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系等。正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷：電阻率隨濕度增大而增大，如Fe3O4等。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用(2)根據(jù)水分子在半導(dǎo)瓷表面的作用分為離子型和電子型

離子型：由絕緣材料制成的多孔陶瓷元件由于水在微孔中的物理吸附作用，在潮濕氣氛中出現(xiàn)H+離子，使元件的電導(dǎo)率變化。目前已有兩種處于實(shí)用階段，一種是以α-Fe2O3及K2CO3為主要成分,另一種以ZnO、V2O5、Li2O為主要成分。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用以α-Fe2O3及K2CO3為主要成分的陶瓷濕敏傳感器的電阻與濕度的關(guān)系：2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

電子型：利用水分子在氧化物表面上的化學(xué)吸附導(dǎo)致元件電導(dǎo)率變化。元件的電導(dǎo)率是增加還是減小，決定于氧化物半導(dǎo)體是N型或P型。如氧化鋯-氧化鎂陶瓷濕敏傳感器是最近研制出來(lái)的一種能在高溫環(huán)境下進(jìn)行濕度檢測(cè)的電子型濕敏傳感器,它是一種多孔質(zhì)N型半導(dǎo)體材料。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用氧化鋯-氧化鎂陶瓷濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)：

濕敏元件的四周裝有電熱元件,能將陶瓷加熱到300～700℃的工作溫度,使傳感器在高溫下檢測(cè)水蒸氣,并且能燒掉粘附在元件表面上的污物。該類傳感器已應(yīng)用于食品加工、空氣調(diào)節(jié)器和干燥器等設(shè)備中。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理：由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場(chǎng),當(dāng)水在半導(dǎo)瓷表面吸附時(shí),就有可能從半導(dǎo)瓷表面俘獲電子,使半導(dǎo)瓷表面帶負(fù)電。如果該半導(dǎo)瓷是Ｐ型半導(dǎo)體,則由于水分子吸附使表面電勢(shì)下降，將吸引更多的空穴到達(dá)其表面，其表面層的電阻下降； 2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

若該半導(dǎo)瓷為Ｎ型,則由于水分子的附著使表面電勢(shì)下降，如果表面電勢(shì)下降較多,不僅使表面層的電子耗盡,同時(shí)吸引更多的空穴達(dá)到表面層,有可能使到達(dá)表面層的空穴濃度大于電子濃度,出現(xiàn)所謂表面反型層,這些空穴稱為反型載流子，它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性，使表面電阻下降。由此可見(jiàn),不論是Ｎ型還是Ｐ型半導(dǎo)瓷,其電阻率都隨濕度的增加而下降。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用1：ZnO－LiO2－V2O5系2：Si－Na2O－V2O5系3：TiO2－MgO－Cr2O3系2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用MgCr2O4-TiO2濕敏元件

負(fù)特性半導(dǎo)瓷；

MgCr2O4為P型半導(dǎo)體；電阻率低，電阻－溫度特性好；陶瓷片的兩面涂覆有多孔金電極，金電極與引出線燒結(jié)在一起；陶瓷片外設(shè)置加熱線圈，對(duì)器件進(jìn)行加熱清洗。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用

傳感器的電阻值即受濕度影響，又受溫度影響。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用ZnO-Cr2O3濕敏元件

結(jié)構(gòu)：將多孔材料的金電極燒結(jié)在多孔陶瓷圓片的兩表面上，并焊上鉑引線，然后將敏感元件裝入有網(wǎng)眼過(guò)濾的方形塑料盒中，用樹(shù)脂固定。特點(diǎn)：能連續(xù)穩(wěn)定地測(cè)量濕度，無(wú)需加熱除污裝置，功耗低，體積小，成本低。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理:

當(dāng)水分子附著在半導(dǎo)瓷的表面使電動(dòng)勢(shì)變負(fù)時(shí),導(dǎo)致其表面層電子濃度下降,但還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型程度,此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主。于是,表面電阻將由于電子濃度下降而加大,這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大。

通常濕敏半導(dǎo)瓷材料都是多孔的,表面電導(dǎo)占的比例很大,故表面層電阻的升高,必將引起總電阻值的明顯升高。由于晶體內(nèi)部低阻支路仍然存在,正特性半導(dǎo)瓷的總電阻值的升高沒(méi)有負(fù)特性材料的阻值下降得那么明顯。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用Fe3O4正特性半導(dǎo)瓷濕敏元件：

結(jié)構(gòu)：由基片、電極和感濕膜組成，在基片上制作一對(duì)梭狀金電極，將Fe3O4膠體液涂覆在金電極的表面。工作過(guò)程：當(dāng)空氣濕度大時(shí)，F(xiàn)e3O4吸濕，元件阻值增大；當(dāng)空氣濕度小時(shí)，F(xiàn)e3O4脫濕，元件阻值減小。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用Fe3O4正特性半導(dǎo)瓷濕敏電阻阻值與濕度的關(guān)系曲線：2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用陶瓷濕敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)：濕度滯后小,響應(yīng)速度不超過(guò)10～15s,便于批量生產(chǎn)。陶瓷濕敏傳感器的缺點(diǎn)：其長(zhǎng)期可靠性較差,易受環(huán)境溫度影響。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用3、電容濕敏傳感器電容式濕敏傳感器是利用濕敏元件的電容值隨濕度變化的原理進(jìn)行濕度測(cè)量的傳感器。薄片狀電容式濕敏傳感元件：濕敏元件是一種吸濕性電介質(zhì)材料的介電常數(shù)隨濕度而變化的薄片狀電容器。吸濕性電介質(zhì)材料（感濕材料）主要有高分子聚合物（例如乙酸-丁酸纖維素和乙酸-丙酸纖維素）和金屬氧化物（例如多孔氧化鋁）等。特點(diǎn)：測(cè)全濕范圍的濕度,且線性好,重復(fù)性好,滯后小,響應(yīng)快,尺寸小,能在-10～70℃的環(huán)境溫度中使用。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用一種高分子聚合膜電容式濕敏元件的結(jié)構(gòu)(1)高分子聚合膜電容式濕敏元件在玻璃襯底或聚酰亞胺薄膜軟襯底上蒸鍍一層叉指形金電極（下電極）,在其表面上均勻涂覆（或浸漬）一層感濕膜（醋酸纖維膜）,在感濕膜的表面上再蒸鍍一層多孔性金薄膜（上電極）。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用電容值與相對(duì)濕度的關(guān)系2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用響應(yīng)特性特點(diǎn)：由于電容器的上電極是多孔的透明金薄膜，水分子能順利地穿透薄膜，且感濕膜只有一層呈微孔結(jié)構(gòu)的薄膜，因此吸濕和脫濕容易，因此響應(yīng)速度快。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用一種氧化鋁薄膜電容式濕敏元件的結(jié)構(gòu)(2)、氧化鋁薄膜電容式濕敏元件

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其感濕膜為一層多孔氧化鋁薄膜,襯底為硼硅玻璃或藍(lán)寶石,上金膜電極和兩個(gè)下金或鉑電極形成兩個(gè)串聯(lián)電容器。原理：當(dāng)空氣中的相對(duì)濕度變化時(shí),吸附在氧化鋁薄膜上的水分子質(zhì)量變化,引起電容值變化。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用三、濕度傳感器的工作電路振蕩器電橋放大器橋式整流電表指示直流電源9V濕度傳感器電橋測(cè)濕電路框圖對(duì)電路提供交流電源電橋的一臂為濕度傳感器，由于濕度變化使?jié)穸葌鞲衅鞯淖柚蛋l(fā)生變化，于是電橋失去平衡，產(chǎn)生信號(hào)輸出。將交流信號(hào)變成直流信號(hào)2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用1、電源選擇一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源，否則性能會(huì)劣化甚至失效。一般使用振蕩器對(duì)電路提供交流電源。原因分析：電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，在直流電源作用下，正、負(fù)離子必然向電源兩極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下，正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會(huì)被破壞。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用2．相關(guān)電路電橋電路：電橋的一臂為濕度傳感器，由于濕度變化使?jié)穸葌鞲衅鞯淖柚蛋l(fā)生變化，于是電橋失去平衡，產(chǎn)生信號(hào)輸出。放大器：可把不平衡信號(hào)加以放大。整流器：將交流信號(hào)變成直流信號(hào)，由直流毫安表顯示。振蕩器和放大器都由9V直流電源供給。注：電橋法適合于氯化鋰濕度傳感器。2023/6/7傳感器原理及應(yīng)用表9.3濕敏傳感器的應(yīng)用范圍和使用溫度、濕度范圍四、濕