半导体式传感器.pptx

传感器原理及应用第第9 9章章 半导体式传感器半导体式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用 9.1 气敏传感器 9.2 湿敏传感器 9.3 色敏传感器 第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器主要内容：传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器 半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目。如改变半导体内载流子的数目。如改变半导体内载流子的数目。如改变半导体内载流子的数目。凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。感器。感器。感器。其中包括：其中包括：其中包括：其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏霍尔元件、磁敏元件、压阻元件、气敏、湿敏等等。等等。等等。等等。概述概述 传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器概述概述 纸纸 品品木材烘干木材烘干 湿度传感器湿度传感器 芯片生产要求最高的湿度稳定性芯片生产要求最高的湿度稳定性传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器概述概述 气敏传感器湿敏 传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器 气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能 用同用同用同用同一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：l l 工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；l l 环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；l l 酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器 9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：l l氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型氧化型氧化型氧化型气体气体气体气体电子接收性气体；电子接收性气体；电子接收性气体；电子接收性气体；l l氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为体，被称为体，被称为体，被称为还原型气体还原型气体还原型气体还原型气体电子供给性气体。电子供给性气体。电子供给性气体。电子供给性气体。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器l l当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到N N N N型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；l l当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到P P P P型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；l l当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到N N N N型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；l l当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到P P P P型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升；N N型半导体与气体接触型半导体与气体接触时的氧化还原反映时的氧化还原反映9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器 9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器 9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理组成：敏感元件、加热器、外壳；组成：敏感元件、加热器、外壳；组成：敏感元件、加热器、外壳；组成：敏感元件、加热器、外壳；制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材 料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘 的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。金属氧化物有：金属氧化物有：金属氧化物有：金属氧化物有：N N N N型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：SnO2 Fe2O3 ZnO TiO SnO2 Fe2O3 ZnO TiO SnO2 Fe2O3 ZnO TiO SnO2 Fe2O3 ZnO TiO P P P P型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：CoO2 PbO MnO2 CrO3 CoO2 PbO MnO2 CrO3 CoO2 PbO MnO2 CrO3 CoO2 PbO MnO2 CrO3 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中 由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N N N N型半型半型半型半导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；阻状态；阻状态；阻状态；当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器高阻状态高阻状态高阻状态高阻状态 空气中空气中空气中空气中氧化作用氧化作用氧化作用氧化作用氧被电子吸附氧被电子吸附氧被电子吸附氧被电子吸附电子减少电子减少电子减少电子减少 电阻减小电阻减小电阻减小电阻减小 气体接触气体接触气体接触气体接触吸附吸附吸附吸附氧发生反应氧发生反应氧发生反应氧发生反应电子电子电子电子电导增加电导增加电导增加电导增加 v电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种类和浓度。类和浓度。类和浓度。类和浓度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器;加热时间加热时间加热时间加热时间2 2 2 23 3 3 3分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为5V;5V;5V;5V;加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。气敏传感器测量电路气敏传感器测量电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器v电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元件的加热作用：件的加热作用：件的加热作用：件的加热作用：为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：利用利用利用利用MOSMOSMOSMOS二极管的电容二极管的电容二极管的电容二极管的电容电压特性变化；电压特性变化；电压特性变化；电压特性变化；利用利用利用利用MOSMOSMOSMOS场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。气体检测。气体检测。气体检测。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第9 9 9 9章章章章半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器半导体式传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器 1 1 1 1）MOSMOSMOSMOS二极管气敏元件二极管气敏元件二极管气敏元件二极管气敏元件 在在在在P P P P型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（PdPdPdPd）金属膜作电极。）金属膜作电极。）金属膜作电极。）金属膜作电极。氧化层（氧化层（氧化层（氧化层（SiO2SiO2SiO2SiO2）电容）电容）电容）电容CaCaCaCa固定不变。总电容固定不变。总电容固定不变。总电容固定不变。总电容C C C C也是偏压也是偏压也是偏压也是偏压的函数。的函数。的函数。的函数。MOSMOSMOSMOS二极管的等效电容二极管的等效电容二极管的等效电容二极管的等效电容C C C C随电压随电压随电压随电压U U U U变化。变化。变化。变化。金属钯（金属钯（金属钯（金属钯（PdPdPdPd）对氢气（）对氢气（）对氢气（）对氢气（H2H2H2H2）特别敏感。当）特别敏感。当）特别敏感。当）特别敏感。当PdPdPdPd吸附以吸附以吸附以吸附以后，使后，使后，使后，使PdPdPdPd的功函数下降，使的功函数下降，使的功函数下降，使的功函数下降，使MOSMOSMOSMOS管管管管C C C CU U U U特性向左平移，特性向左平移，特性向左平移，特性向左平移，利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器MOSMOS二极管气敏元件结构和等效电路二极管气敏元件结构和等效电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器 2 2）MOSFETMOSFET气敏元件气敏元件 PdPd对对H2H2吸附性很强，吸附性很强，H2H2吸附在吸附在PdPd栅上引起的栅上引起的Pd Pd 功函数降低。当栅极（功函数降低。当栅极（G G）源极（）源极（S S）间加正向偏）间加正向偏 压压UGSUTUGSUT阀值时，栅极氧化层下的硅从阀值时，栅极氧化层下的硅从P P变为变为N N型，型，N N型区将型区将S S（源）和（源）和 D D（漏）连接起来，（漏）连接起来，形成导电通道（形成导电通道（N N型型 沟道）此时沟道）此时MOSFET MOSFET 进入工作状态。进入工作状态。钯钯P Pd d M MO OS SF FE ET T管管结结构构传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器 在在S S D D间加电压间加电压U UDSDS，S S D D间有电流间有电流I IDS DS 流过，流过，I IDSDS随随U UDSDS、U UGSGS变化。当变化。当U UGSGSUUT T时，沟时，沟 道没形成，无漏源电流道没形成，无漏源电流I IDS DS=0=0。U UT T（阀值）电压大小与金属与半导体间的功（阀值）电压大小与金属与半导体间的功 函数有关。函数有关。Pd Pd MOSFET MOSFET器件就是利用器件就是利用H H2 2在钯栅极吸附在钯栅极吸附 后改变功函数使后改变功函数使U UT T下降，检测下降，检测H H2 2浓度。浓度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器3 3）肖特基二极管）肖特基二极管 金属和半导体接触的界面形成肖金属和半导体接触的界面形成肖特基势垒，构成金属半导体二极管。特基势垒，构成金属半导体二极管。管子加正偏压，半导体金属的电子管子加正偏压，半导体金属的电子流增加，加负偏压，几乎无电流。流增加，加负偏压，几乎无电流。当金属与半导体界面有气体时，势当金属与半导体界面有气体时，势垒降低，电流变化。垒降低，电流变化。非电阻型半导体气敏传感器主要非电阻型半导体气敏传感器主要用于氢气浓度测量。用于氢气浓度测量。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.3 9.1.3 9.1.3 9.1.3 半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用 气体浓度检测气体浓度检测传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.3 9.1.3 9.1.3 9.1.3 半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用 n酒精测试仪 传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.3 9.1.3 9.1.3 9.1.3 半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用 防酒后驾车汽车点火电路防酒后驾车汽车点火电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.19.1气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.3 9.1.3 9.1.3 9.1.3 半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用 红外红外多种气体检测系统多种气体检测系统动画演示动画演示红外吸收红外吸收(IR-process)测量原理测量原理 CO2 CO2 气体 气体 IR-探测器可吸收CO2的过滤器接口 IR-散热器(lamp)氧气传感器氧气传感器(带带 2 个电极个电极)电化学传感器电化学传感器(2)阳极电离流动电解溶液阴极连接电缆 阴极NTC-resistor with negative TK可渗入气体膜外部电路烟气 参考 电极counter electrode 工作 电极烟气 可渗入气体膜可渗入气体膜新鲜空气 电解溶液sensor flow外部电路CO,SO2 or NOx传感器传感器(3 electrodes)电化学传感器电化学传感器(3)白金线外壳为催化金属热效率探测器热效率探测器 用于检测可燃气体用于检测可燃气体 线圈温度升高 气体中氧气的燃烧率湿必须知道的!使用于测量使用于测量KW 白金线通过电流加热至约 500C 受热或不受热的抽提探头 不同的探头材料 适用于不同温度范围的探头 带简单陶瓷过滤器的探头 探头清洁装置（根据类型）抽提探头抽提探头 测量气体管测量气体管 露点露点&冷凝冷凝(4)最大长度:5 mPTFE-(特福珑)管标准管管径-:2mm从探头测量 气体流速测量气体流到 分析仪器 烟气分析仪烟气分析仪传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器 v湿度是指空气中的水蒸气含量，通常用绝对湿湿度是指空气中的水蒸气含量，通常用绝对湿度和相对湿度表示：度和相对湿度表示：绝对湿度，单位空间所含水蒸汽的绝对含量或绝对湿度，单位空间所含水蒸汽的绝对含量或浓度，用符号浓度，用符号AHAH表示，单位（表示，单位（g/m3g/m3）。）。相对湿度，被测气体中蒸汽压和该气体在相同相对湿度，被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用%RH%RH表表 示，无量纲。一般使用湿度，量程示，无量纲。一般使用湿度，量程0 0100%RH100%RH。不同环境所需湿度不同，测量方法很多，但精不同环境所需湿度不同，测量方法很多，但精度不高。目前世界上最高水平湿度测量精度在度不高。目前世界上最高水平湿度测量精度在0.01%0.01%左右，理想测湿量程应是左右，理想测湿量程应是0 0100%RH100%RH，量程越大实用价值越大。量程越大实用价值越大。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器 绝缘层绝缘层 上上 电电 极极 下下 电电 极极 最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 为什么要测量湿度为什么要测量湿度?温温湿度变送器湿度变送器h,Tx室室 内内 空空 气气 质质 量量 100%rH贮贮 存存 /催催 熟熟生生 产产 空空 气气 质质 量量烘烘 干干 过过 程程-耗耗费最低的能量最低的能量-达到达到/保持成品的最佳品质保持成品的最佳品质-让设备高效率地高效率地进行生行生产-更舒适更舒适-更高的工作效率更高的工作效率-使产品或原材料达到最佳品质使产品或原材料达到最佳品质传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.1 9.2.1 9.2.1 9.2.1 氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻即电解质湿敏电阻，利用物质氯化锂湿敏电阻即电解质湿敏电阻，利用物质吸收水分子而导电率发生变化检测湿度。吸收水分子而导电率发生变化检测湿度。在氯化锂（在氯化锂（LiClLiCl）溶液中，）溶液中，LiLi和和ClCl以正负离子以正负离子的形式存在，锂离子（的形式存在，锂离子（Li+Li+）对水分子的吸收）对水分子的吸收力强，离子水合成度高，溶液中的离子导能力力强，离子水合成度高，溶液中的离子导能力与溶液浓度成正比，溶液浓度增加，导电率上与溶液浓度成正比，溶液浓度增加，导电率上升。升。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.1 9.2.1 9.2.1 9.2.1 氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻 当溶液置于一定湿度场中，若环境当溶液置于一定湿度场中，若环境RHRH上升，溶液吸上升，溶液吸收水分子使浓度下降电阻率收水分子使浓度下降电阻率上升，反之上升，反之RHRH下降，下降，溶液吸收水分子使浓度上升，电阻率溶液吸收水分子使浓度上升，电阻率下降。下降。v通过测量溶液电阻通过测量溶液电阻R R值实现对湿度测量。值实现对湿度测量。氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻 正湿敏特性半导体瓷湿敏正湿敏特性半导体瓷湿敏 电阻（例：电阻（例：Fe3O4Fe3O4），材料），材料结构、电子能量状态与负特结构、电子能量状态与负特性不同，总的电阻值升高没性不同，总的电阻值升高没有负特性阻值下降的明显。有负特性阻值下降的明显。半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属氧化物氧化物半导体烧结成多孔陶瓷，材料有正温度半导体烧结成多孔陶瓷，材料有正温度系数和负温度系数两种。系数和负温度系数两种。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻负湿敏特性半导体瓷湿敏负湿敏特性半导体瓷湿敏电阻，电阻随湿度增加而电阻，电阻随湿度增加而下降。由于水分子中氢原下降。由于水分子中氢原子具有很强的正电场，当子具有很强的正电场，当水分子在半导体瓷表面吸水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面附时可能从半导体瓷表面俘获电子，使半导体表面俘获电子，使半导体表面带负电，相当表面电势变带负电，相当表面电势变负，电阻率随湿度增加而负，电阻率随湿度增加而下降。下降。传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.3 9.2.3 9.2.3 9.2.3 湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路湿 度 控制传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.3 9.2.3 9.2.3 9.2.3 湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路湿敏传感器的应用电路土 壤 湿 度 测 量传感器原理及应用传感器原理及应用第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器9.29.2湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器9.2.3 9.2.3 9.2.3 9.2.3 湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用 电路由检测、放大、温压源组成电路由检测、放大、温压源组成 RHRH为硅湿敏电阻，温度为硅湿敏电阻，温度2525时响应时间小于时响应时间小于5 5秒；秒；检测土壤含水量范围检测土壤含水量范围RH=0RH=0100%100%，RHRH为为VTVT提供偏流；提供偏流；RHRH插入土壤，湿度不同时传感器电阻值不同；插入土壤，湿度不同时传感器电阻值不同；RHRH变化引起变化引起VTVT基极电流变化使基极电流变化使IeIe在在R2R2上转换为电压，上转换为电压，经同相放大器放大，输出经同相放大器放大，输出VD3VD3控制在控制在5V5V电压。电压。电路调试：电路调试：满量程，放满量程，放RHRH在水中调整在水中调整RP2RP2使输出为使输出为5V/100RH%5V/100RH%；最小调整，将最小调整，将RHRH擦干，调节擦干，调节RP1RP1使输出为使输出为0V/0RH%0V/0RH%。v 下面一组图片说明湿度测量领域状况：下面一组图片说明湿度测量领域状况：硬质面粉水(鸡蛋)配料配料成形成形烘干烘干剪切剪切/包装包装60%RH.湿度过低湿度过低:.湿度过高湿度过高:30%的水份含量 利于面条的成形12.5%的水分含量便于贮存面条1.表面坚硬2.内部水份蒸发产生的压力导致表面被破坏精确的烘干 过程需要避免.表面松软易霉变70-120C(160-250F)最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 面条烘干面条烘干颗颗 粒粒 产产 品品处理 易潮材料易潮材料 对 空气质量空气质量 的要求 更高更高 纸纸 品品纺纺 织织 品品能源能源耗费高最佳 产品质量产品质量产生静电静电 RH 高高RH 低低喷喷 漆漆 生生 产产 线线漆面过湿湿最佳 产品质量产品质量漆面过干干确定油漆中的水份含量需要非常精确的RH值!食食 品品 生生 产产 最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 生产过程的空气质量生产过程的空气质量