湿度传感器不要财富值鄙视要高财富值的（课堂PPT）

1、.120.2 20.2 湿度传感器湿度传感器 ( ( Humidity Transducer)Humidity Transducer) 湿度传感器：把相对湿度的变化转换成电信号的器件。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：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。变化，从而制成湿敏元件。.2一、湿度传感器分类一、湿度传感器分类1、湿度及其表示方法、湿度及其表示方法 表示环境中水蒸气含量的物理量。表示

2、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。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。蒸汽压之比。.32、分类、分类根据工作原理根据工作原理湿敏电阻器湿敏电阻器 半导体陶瓷湿敏电阻器半导体陶瓷湿敏电阻器 元素材料湿敏电阻器元素材料湿敏电阻器 化合物湿敏电阻器化合物湿敏电阻器 高分子湿敏电阻器高分子湿敏电阻器湿敏电容器湿敏电容器湿敏晶体管湿敏晶体管.4二、湿敏电阻器的工作原理及特性二、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、金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻器工作原理：工作原理：

3、水分子具有很强的电子亲和力，易于在多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。的电阻率降低。 晶胞间界水分子的电离。晶胞间界水分子的电离。.5电阻湿度特性电阻湿度特性 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。，材料的电阻率下降。.6湿敏电阻器结构：湿敏电阻器结构：.72、元素材料湿敏电阻器、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。元素半导体材料或碳元素材

4、料制成的元件。碳湿敏电阻器碳湿敏电阻器显示正感湿特性。显示正感湿特性。有机材料吸潮引起体积膨胀，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。碳粒间距离增大，导致电阻增大。.8元素半导体湿敏电阻器元素半导体湿敏电阻器显示负感湿特性。显示负感湿特性。薄膜湿度传感器湿度特性曲线薄膜湿度传感器湿度特性曲线.93 3、高分子膜湿敏电阻、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

5、子膜保护层。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。对湿度相对应这一性质。.104、湿敏电阻器的特性、湿敏电阻器的特性1）电阻湿度特性）电阻湿度特性2）时间常数）时间常数 衡量湿敏电阻器随温度的跃变其阻值衡量湿敏电阻器随温度的跃变其阻值的变化速率。的变化速率。 湿敏电阻的时间常数越小越好。湿敏电阻的时间常数越小越好。.11湿敏电阻器的阻值增加量从零变化到稳定增加量湿敏电阻器的阻值增加量从零变化到稳定增加量的的63所需的时间。所需的时间。.123）滞后效应）

6、滞后效应湿滞回线和湿滞量湿滞回线和湿滞量 湿敏电阻器周围湿敏电阻器周围湿度变化一个往返湿度变化一个往返周期，相应的电阻周期，相应的电阻值变化曲线在吸湿值变化曲线在吸湿和脱湿过程中并不和脱湿过程中并不重复，形成一个类重复，形成一个类似磁滞回线的湿滞似磁滞回线的湿滞环。环。.13三、湿敏电容器的工作原理及特性三、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。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电容随湿度的变化取决于介质介电常数随湿度的随湿度的变化来确定。变化来确定。.14电容式湿敏元件的优点在于电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小响应速

7、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性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌为国外名牌，价，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低格都较昂贵。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，价产品，往往达不到上述水平，30%RH以下，以下，80%RH以上感湿段变形严重。以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现补偿修正，使湿度出现阶跃阶跃性的跳跃，使精度降性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低，出现一致性差、线性差的缺点

8、。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，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多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级级，1%RH的变化不足的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引，容值的漂移改变往往引起几十起几十RH%的误差，大多数电容式湿敏元件不具备的误差，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。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：电容式、电阻式湿敏元件的优、缺点：.15电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环

9、境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、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。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湿材料无法克服其表面结构天然老化天然老化的弱点，阻的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期抗不

10、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。稳定性差的弱点。 .16四、湿敏晶体管四、湿敏晶体管（一）湿敏二极管（一）湿敏二极管1、SnO2湿敏二极管结构湿敏二极管结构在硅片上生成在硅片上生成SiO2层层，并在其上淀积一层，并在其上淀积一层SnO2 做为敏感膜，上做为敏感膜，上下镀膜形成下镀膜形成Al电极。电极。.172、SnO2湿敏二极管工作原理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，二极管着湿度的增加，二极管的结区边缘处有水分子的结区边缘处有水分子吸附，使耗尽层变宽，吸附，使耗尽层变宽，使二极管的雪崩电压

11、提高，使二极管的雪崩电压提高，在保持反向电压和负载不变的在保持反向电压和负载不变的情况下，随湿度增加，击穿电情况下，随湿度增加，击穿电压增高导致晶体管的反向电流减小。压增高导致晶体管的反向电流减小。.18（二）湿敏（二）湿敏MOS晶体管晶体管MOS场效应管的栅极上涂覆一层感湿薄膜。场效应管的栅极上涂覆一层感湿薄膜。.191、精度和长期稳定性、精度和长期稳定性 湿度传感器的精度应湿度传感器的精度应达到达到2%5%RH，达不，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到到2%3%RH的精度是比较困难的，通常产品资的精度是比较困难的，通常产品资料

12、中给出的特性是在常温（料中给出的特性是在常温（2010）和洁净的）和洁净的气体中测量的。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，年漂移量控制在的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少水平的产品很少，一般都在，一般都在2%左右，甚至更高。左右，甚至更

13、高。 五、湿度传感器的使用注意问题五、湿度传感器的使用注意问题.202、 湿度传感器的温度系数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，其温度系数感，其温度系数一般在一般在0.20.8%RH/范围范围内，而且内，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

14、线的线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要参数。多数湿敏元件难以在40以上正常工作以上正常工作 .213、湿度传感器的供电、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，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所以这类湿度传

15、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。交流电压。必须是交流电供电。 4、 互换性互换性 目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，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，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。给维修、调试增加了困难。 .225、 湿度校正湿度校正 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）在缺现

16、，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，通常用简单的乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法饱和盐溶液检定法，并测量其温度。，并测量其温度。 .23六、湿度传感器的应用六、湿度传感器的应用湿敏电阻器的应用湿敏电阻器的应用(I).24湿敏电阻器的应用（湿敏电阻器的应用（II)湿度变化检测电路湿度变化检测电路.25.26录像机结露报警控制电路录像机结露报警控制电路.27自动去霜控制电路自动去霜控制电路.28电容式湿度传感器控制电路电容式湿度传感器控制电路.2920.3 电压敏传感器电压敏传感器VoltageSensitive Sensor电压敏传感器是指电阻值随电

17、压变化的敏感元件。电压敏传感器是指电阻值随电压变化的敏感元件。（自学）（自学）.3020.4 生物传感器生物传感器 生物传感器是指利用酶、抗体、微生物等做为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。、化学量的变化转化为电信号的传感器。.31一、生物传感器的结构一、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生物传感器在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜。膜。.32二、酶传感器和微生物传感器二、酶传感器和微生物传感器1、酶媒传感器、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固化后的酶膜和气体组合一起构成酶电及酶电极极 。2、微生物传感器、微生物传感器固化的微生物膜和电化学装置构成。固化的微生物膜和电化学装置构成。.333、免疫传感器、免疫传感器4、生物电子传感器、生物电子传感器5、光生物传感器、光生物传感器.34习 题1、列出、列出5种温度传感器