资源描述
,*,20.2,湿度传感器,(,Humidity Transducer),湿度传感器：把相对湿度的变化转换成电信号的器件。,感湿特点：,在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介电常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。,1,一、湿度传感器分类,1,、湿度及其表示方法,表示环境中水蒸气含量的物理量。,绝对湿度：气氛中含水量的绝对值。,相对湿度：气氛中水蒸气压与同一温度下的饱和蒸汽压之比。,2,2,、分类,根据工作原理,湿敏电阻器,半导体陶瓷湿敏电阻器,元素材料湿敏电阻器,化合物湿敏电阻器,高分子湿敏电阻器,湿敏电容器,湿敏晶体管,3,二、湿敏电阻器的工作原理及特性,1,、金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻器,工作原理：,水分子具有很强的电子亲和力，易于在多孔性半导体陶瓷表面附着，并俘获电子，在半导体陶瓷表面形成空穴积累，导致半导体陶瓷的电阻率降低。,晶胞间界水分子的电离。,4,电阻湿度特性,半导体陶瓷显示负感湿特性，随着湿度的增加，材料的电阻率下降。,5,湿敏电阻器结构：,6,2,、元素材料湿敏电阻器,元素半导体材料或碳元素材料制成的元件。,碳湿敏电阻器,显示正感湿特性。,有机材料吸潮引起体积膨胀，,碳粒间距离增大，导致电阻增大。,7,元素半导体湿敏电阻器,显示负感湿特性。,薄膜湿度传感器湿度特性曲线,8,3,、高分子膜湿敏电阻,有机高分子膜湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳状型电极，然后在其表面涂以具有感湿性能，又有导电性能的高分子材料的薄膜，再涂复一层多孔质的高分子膜保护层。这种湿敏元件是利用水蒸汽附着于感湿薄膜上，电阻值与相对湿度相对应这一性质。,9,4,、湿敏电阻器的特性,1,）电阻湿度特性,2,）时间常数,衡量湿敏电阻器随温度的跃变其阻值的变化速率。,湿敏电阻的时间常数越小越好。,10,湿敏电阻器的阻值增加量从零变化到稳定增加量的,63,所需的时间。,11,3,）滞后效应,湿滞回线和湿滞量,湿敏电阻器周围湿度变化一个往返周期，相应的电阻值变化曲线在吸湿和脱湿过程中并不重复，形成一个类似磁滞回线的湿滞环。,12,三、湿敏电容器的工作原理及特性,利用器件的电容随湿度变化而变化的特性。,电容随湿度的变化取决于介质介电常数,随湿度的变化来确定。,13,电容式湿敏元件的优点在于,响应速度快、体积小,、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多,为国外名牌,，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，,30%RH,以下，,80%RH,以上感湿段变形严重。,有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现,阶跃,性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为,pF,级，,1%RH,的变化不足,0.5pF,，容值的漂移改变往往引起几十,RH%,的误差，大多数电容式湿敏元件不具备,40,以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。,电容式、电阻式湿敏元件的优、缺点：,14,电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、静电失效等现象。,金属氧化物陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵，元件就会失效，往往采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用，氧化铝感湿材料无法克服其表面结构,天然老化,的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。,15,四、湿敏晶体管,（一）湿敏二极管,1,、,SnO2,湿敏二极管结构,在硅片上生成,SiO2,层，并在其上淀积一层,SnO2,做为敏感膜，上下镀膜形成,Al,电极。,16,2,、,SnO2,湿敏二极管工作原理,处于反向偏压，使二极管处于雪崩区附近。随着湿度的增加，二极管,的结区边缘处有水分子,吸附，使耗尽层变宽，,使二极管的雪崩电压提高，,在保持反向电压和负载不变的,情况下，随湿度增加，击穿电,压增高导致晶体管的反向电流减小。,17,（二）湿敏,MOS,晶体管,MOS,场效应管的栅极上涂覆一层感湿薄膜。,18,1,、精度和长期稳定性,湿度传感器的精度应,达到,2%5%RH,，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到,2%3%RH,的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（,2010,）和洁净的气体中测量的。,在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在,1%RH,水平的产品很少，一般都在,2%,左右，甚至更高。,五、湿度传感器的使用注意问题,19,2,、湿度传感器的温度系数,湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数,一般在,0.20.8%RH/,范围,内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在,40,以上正常工作,20,3,、湿度传感器的供电,金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。,4,、互换性,目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难。,21,5,、湿度校正,校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的,饱和盐溶液检定法,，并测量其温度。,22,六、湿度传感器的应用,湿敏电阻器的应用,(I),23,湿敏电阻器的应用（,II),湿度变化检测电路,24,25,录像机结露报警控制电路,26,自动去霜控制电路,27,电容式湿度传感器控制电路,28,20.3,电压敏传感器,Voltage,Sensitive Sensor,电压敏传感器是指电阻值随电压变化的敏感元件。,（自学）,29,20.4,生物传感器,生物传感器是指利用酶、抗体、微生物等做为敏感元件的探测器，将探测器上所产生的物理量、化学量的变化转化为电信号的传感器。,30,一、生物传感器的结构,生物传感器在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜。,31,二、酶传感器和微生物传感器,1,、酶媒传感器,固化后的酶膜和气体组合一起构成酶电及酶电极。,2,、微生物传感器,固化的微生物膜和电化学装置构成。,32,3,、免疫传感器,4,、生物电子传感器,5,、光生物传感器,33,习 题,1,、列出,5,种温度传感器，并简述其工作原理。,热敏电阻,热电偶,金属测温电阻器,半导体,P,N,结式温度传感器,热辐射温度传感器,热敏电容器,表面波温度传感器等。,34,2,、简述光电导效应，并应用光电晶体的能带分析热敏电阻,CdS,的工作原理。,3,、简述光敏二极管的工作过程。,4,、什么是,霍耳效应，画出霍耳效应原理图；利用霍耳片设计测磁电路，画出电路示意图，简述其工作原理。,35,
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
