湿度传感器原理与应用.ppt

第6讲 半导体湿度传感器,什么是湿度:空气中水蒸气含量多少的物理量,与我们密切相关： 农业:大棚, 蘑菇 工业: 电子工艺, 纺织 物资存储:粮食,文物图书 生活：舒适 40 70 健康：干燥 呼吸道疾病 潮湿 关节炎,应用: 半导体净化车间,应用: 温室,应用: 气象,玉山,应用: 文物保护: 敦煌,应用: 健康,玉山,106,105,104,103,102,101,-20 0 20 40 60 80 100,温度/,水饱和蒸汽压(pa),6.1 湿度定义：饱和蒸汽压,6.1 湿度定义：绝对湿度,绝对湿度（Absolute humidity） 单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。 单位AH=g/m3,绝对湿度也可以用温度与水蒸气分压表示,6.1 湿度定义:相对湿度,（Relative humidity） 气体中的绝对湿度Pv与该温度气体饱和状态的绝对湿度Ps之比 表示RH=Pv/Ps100%,根据气体定律, 水蒸气的质量正比于水蒸气分压,所以， 气体中的水蒸气分压（e）与该温度气体饱和水蒸气压（s）的比，用百分比表示。 表示RH=e/es100%,相对湿度最常用。,6.1 湿度定义: 换算,已知温度，RH和AH可以互相换算,例如：20 , RH=60%.求AH,20 的饱和蒸汽压为2338pa,水蒸气分压为2338*60%=1400pa,相当于大气压：1400/101325=0.0138（20 ）,相当于大气压：0.0138*273/（273+20）0.0108（0 ）,1m3的水蒸气摩尔数：0.0108*1/0.0224*=0.48,1m3的水蒸气质量：0.48*188.64（g),答案： AH=8.64g/m3,依据 PV=RT,6.1 湿度定义： 换算,例如：30 ,水蒸汽分压为2000pa,求 RH,AH,(1)RH=2000/4245=47% 很舒适,(2)AH,0 分压: 2000*273/（273+30）1800Pa,大气压: 1800/1050.018,1m3的的水蒸气质量：0.75*1813.5（g),答案： AH=13.5g/m3,1m3的摩尔数：0.018/0.0240.75 mol,6.1 湿度定义 结露,106,105,104,103,102,101,-20 0 20 40 60 80 100,温度/,水饱和蒸汽压(pa),如果绝对湿度不变: 则温度增加 RH减小 温度降低 RH增加,右图的例子: 30 , RH=50% 到10 左右结露, 若升高到60 ,RH降到10%,6.1 湿度定义 露点,例如：30 ,水蒸汽分压为2000,求 露点,由图求出,露点约为20 ,水蒸汽压: 0.3*4245=1330,例如：30 ,RH=30% ,求 露点,由图求出, 露点约为10 ,将温度为T1 的气体冷却,开始结露的温度T2 显然,温度T1 时的水蒸汽压=温度T2的饱和水蒸汽压,主要参数,1湿度量程 2相对湿度特性曲线 3灵敏度 4温度系数 响应时间 湿滞迴线 7. 电压特性 8. 频率特性 其他： 精度，温度范围，稳定性，寿命,湿度量程,湿度测量的全量程为0100RH。 但对一种具体的传感器一般是无法覆盖全量程的，所以湿度传感器的标称量称越大，使用的价值就越大。,木材干燥 0-40% 空调 30-70% 气象 0-100%,相对湿度特性曲线,0 20 40 60 80 100,RH/%,感湿特征量,正特性,负特性,灵敏度S,0 20 40 60 80 100,RH/%,感湿特征量Y,斜率,温度系数C,0 20 40 60 80 100,RH/%,感湿特征量Y,T2,T1,Y2,Y1,特征量温度系数,感湿温度系数,H2,H1,响应时间,RH/%,Y,1,0.63,阶跃湿度变化 输出特征量063的时间,湿滞迴线,0 20 40 60 80 100,RH/%,感湿特征量Y,Y2,Y1,湿滞量,YFS,电压，频率特性,AC的理由： （1）电容驱动 （2）电阻型的电解防止,最大电压幅度限制（防止发热） 最大频率限制,毛发湿度计,优点 -使用简单，测量工程装置安装成本低 -本低应用,缺点 -维修费用高 -要频繁地对毛发进行长度还原 -湿度测量范围小（15%至85%RH) -高误差 -测量慢 -非电量输出,干湿球湿度计,干球温度 气温 湿球温度 RH有关,露点湿度计,半导体制冷,温度测量,镜面观测,读数显示,美国EdgeTech公司1500型,电容型湿度传感器结构,采用电容型高分子介质材料制成的温度传感器 电容器介质材料: 高分子薄膜, 醋酸纤维素等 吸附水分后, 介电系数就增大，电容量增大 特点:灵敏度高,线性好,电容型湿度传感器结构,湿度传感器 电容型湿度传感器,产品名称: 湿度传感器 （电容型） 产品型号: VHM10 产品厂商: 深圳市矢量科技有限公司 简单介绍 V-HM10V系列湿度模块 电压（0.83.9VDC）输出 线性 无需避光，无需防静电，高湿后恢复时间短。,湿度传感器 电容型参数,主要参数（Ta=25C，Vs=5VDC） 湿度测量范围 599%RH 精度(40 to 60%RH) 3%RH 温度系数(1050C) 0.2%RH/C 供电电压 5VDC 消耗电流 1.1mA (5VDC) 输出（0-100%RH线性对应0.8V-3.9V） 工作温度范围 -1060C 储存温度范围 -3070C 长期稳定性 90%RH环境中存放150小时后） 10s 响应时间(33 to 76%RH,慢流动的空气中) 30s,湿度传感器 电阻型,产品名称: 湿度传感器 （电阻型） 产品型号: CHR-01 产品厂商:广州西博臣科技有限公司 简单介绍 采用功能高分子膜涂敷在 带有导电电极陶瓷衬底上, 形成阻抗随相对湿度变化 成对数变化的敏感部件,导 电机理为水分子的存在影 响高分子膜内部导电离子 的迁移率,湿度传感器 电阻型参数,陶瓷型湿度传感器,材料： 金属氧化物 特性： 具有感湿特性 电阻率随湿度下降,RH/%,R/,108,107,106,105,104,103,0 20 40