传感器技术应用-项目九-湿度的测量课件

1、 湿度的测量项目九湿度的测量一、任务描述二、任务分析三、任务实施四、任务评价五、任务知识链接（一）湿度及其表示（二）湿敏元器件分类 （三）湿敏元器件的主要特性参数（四）氯化锂湿敏电阻（五）半导体陶瓷湿敏电阻（六）薄膜型湿敏元器件（七）高分子膜湿敏电阻六、湿敏传感器的典型应用 湿度的测量 项目九 01技能培养目标02知识教学目标1.掌握土壤湿度测量电路；1.了解湿度的概念；2.掌握湿敏传感器的组成结构；3.了解湿敏传感器的工作原理。1.能正确选择测湿度传感器；2.能识读测湿度传感器电路图；3.能检测和排除测湿度传感器电路的故障。一、任务描述 干旱是困扰世界50多个国家和地区的一大难题，水资源紧缺

2、依旧是许多国家所面临的严重问题。即使水资源中有80%用于农业灌溉，依旧无法解决农业的干旱问题。其主要原因是有一部分水因为灌溉时使用的量以及次数不合理，导致水的利用率很低。这一点可以使用土壤水分湿度测量仪进行测量之后再进行合理的灌溉，这样既能减少水资源的浪费，又能解决水分利用率低下的问题。 二、任务分析 本项目利用硅湿敏电阻的阻值随土壤湿度的变化而变化，实现土壤湿度的测量。 三、任务实施1.原理图 三、任务实施2.电路分析 传感器采用硅湿敏电阻，它在25时的感应时间小于5s，检测土壤含水量的范围为0100%，具有良好的防水性能和抗污染能力。 直流电压（+12V）送入电路后，首先经电阻器R9 R1

3、1分压，三端可调分流基准源 VD2稳压后，输出+6V电压。+6V电压一路为A1的8脚提供工作电压，一路R7将降压、VD1稳压后输出2.5V电压，为湿度检测电路进行供电。 湿敏电阻传感器RH、放大晶体管VT及R1 、R2构成了土壤湿度检测电路，用于检测土壤中湿度的变化，土壤湿度大则RH电阻值小，反之则电阻值大。湿敏电阻传感器RH将其所感应的湿度信息转化成VT基极电流变化，湿度大则极电流大，湿度小则极电流小，三极管VT为射极输出，输出电压经双运放LM358同相放大、限幅，将电压控制在5以内。 三、任务实施 3.元器件清单土壤湿度测量电路元件清单4.电路制作（1）准备元件：按元件清单备齐。工具：电烙

4、铁、烙铁架、焊锡丝、松香、剪刀、尖嘴钳、螺丝刀、镊子、万用表和直流稳压电源。（2）元器件测试可根据技术参数对元件进行测试，MS01A硅湿敏电阻主要技术参数 序号元件代号名称参数1VD1三端可调分流基准源TL4312VD2三端可调分流基准源TL4313VD3稳压管5V4 VT三极管90135 A1运放LM3586 RH硅湿敏电阻MS01A7R1电阻9.1K 8R2电阻1K9R3电阻9.1K10R4电阻1K11R5电阻1K12R6电阻1K13R7电阻1K14R8电阻100K15R9电阻1.4K16R10电阻1K17R11电阻1K18Rp1电位器50019Rp2电位器100K三、任务实施MS01A硅

5、湿敏电阻主要技术参数（3）焊接元件在焊接上要遵循“先低后高”的原则，先焊接小元件，后焊接大元件。（4）检查焊接完成后先自查，再让老师检查。（5）通电调试（6）完成实训报告包括任务设计与制作的意义、检查电路设计、制作与调试、检测结果与分析。 电阻型号20时标称阻值/ 最高工作温度/最高工作湿度/%测湿范围/%最佳测湿范围/%工作条件50%RH70%RH90%RH温度/湿度/%压强/kPaMS01A770405.1100100301006595040409086.7106四、任务评价土壤湿度测量电路制作评价表 序号名称分值考核点得分1资讯10湿敏元件特性、检测方法，电路工作原理，调试方法 2计划2

6、0列出元器件、工具、耗材，制定安装流程与测试步骤 3实施40能否正确使用仪器仪表和工具，能否识别、检测元件，能否设计电路布局，焊接，调试电路 4报告15格式规范与否，项目分析、实施、过程记录情况，想法、建议 5素养15态度、工作记录、团对合作能力、6S五、任务知识链接（一）湿度及其表示1.绝对湿度（缩写为AH）：指在一定温度和压力条件下，单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量。根据定义有：2.相对湿度（缩写为RH）：指气体的绝对湿度(PV)与同一温度下水蒸汽已达到饱和状态的绝对湿度PS的百分比。常表示为RH，其表达式为：RH%= (PV /Ps)100%3.露点：露点也能反应相对湿度。露点是指保

7、持压力一定，当待测气体的温度将至某一数值时，该气体中的水蒸汽达到饱和状态，开始结露或结霜，此时的温度称为此气体的露点或霜点。 五、任务知识链接（二）湿敏传感器分类利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度的元件称为湿敏元件。（三）湿敏元件的主要特性参数1.湿度量程能保证一个湿敏器件正常工作的环境湿度的最大变化范围。2.感湿特征量-相对湿度特性曲线每种湿敏传感器都有其感湿特征量，如电阻、电容、电压、频率等，在规定的工作温度范围内，湿敏传感器的感湿特征量随环境相对湿度变化的关系曲线，称为相对湿度特性曲线，简称感湿特性曲线。3.感湿灵敏度在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1%

8、RH时，湿敏传感器感湿特征量的变化值或百分率称为感湿灵敏度，简称灵敏度，又称湿度系数。 五、任务知识链接 4.温度系数温度系数是反映湿敏传感器的感湿特征量-相对湿度特性曲线随环境温度而变化的特性参数。在不同的环境温度下，湿敏元件的感湿特性曲线是不相同的，感湿特征量随环境温度的变化越小，环境温度变化所引起的相对湿度的误差就越小。湿敏元件的湿度温度系数定义为：在湿敏元件感湿特征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率，即5.响应时间在一定的温度下，当相对湿度发生跃变时，湿敏传感器的感湿特征量之值达到稳态变化量的规定比例所需要的时间称为响应时间，也称为时间常数，反映湿敏传

9、感器对于相对湿度发生变化时，其反应速度的快慢。6.湿滞回线湿敏传感器在吸湿和脱湿往返变化时的吸湿和脱湿特性曲线不重合，所构成的曲线叫湿滞回线。由于吸湿和脱湿特性曲线不重合，对应同一感湿特征量之值，相对湿度之差称为湿滞量。湿滞量越小越好，以免给湿度测量带来难度和误差。7.电压特性湿敏传感器感湿特征量之值与外加交流电压之间的关系称为电压特性。当交流电压较大时，由于产生焦耳热，对湿敏传感器的特性会带来较大影响。8.频率特性湿敏传感器的阻值与外加测试电压频率有关。在各种湿度下，当测试频率小于一定值时，阻值不随测试频率而变化，该频率被确定为湿敏传感器的使用频率上限。当然，为防止水分子的电解，测试电压频率

10、也不能太低。 五、任务知识链接（四）氯化锂湿敏电阻1.外形与结构2.原理及输出特性电解质型湿敏电阻是利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化的特性制成的。最常用的电解质是氯化锂（LiCl）。（五）半导体陶瓷湿敏电阻1.（MgCr2O4-TiO2）湿敏电阻结构2.原理及特性（六）薄膜型湿敏元件薄膜型湿敏传感器主要为湿敏电容器，基于感湿材料吸湿后电介质常数的变化。1.结构2.原理 五、任务知识链接（七）有机高分子膜湿敏电阻 有机高分子膜湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳妆电极，然后在其表面涂以既有感湿性能，又有导电性能的高分子材料的薄膜，再涂覆一层多孔质的高分子膜保护层。 六、湿敏传感器的典型应用湿敏传

11、感器的使用范围表 应用领域使用设备使用温度、湿度范围备注温度湿度%RH家用电器空调机器干燥机电子炊具VTR5405805100-5604070010210060100空调、烘干机、食品加热、烹调控制、防止结露汽车散热器-208050100防止结露医疗治疗器保健设备103010308010050-80呼吸器系统、空调工业纤维干燥器粉体水分干燥食品电子部件生产1030301005100501005405100050050050050制丝、窑业木材干燥、窑业原料、磁头、LSI、IC农林畜牧房屋空调茶田防霜养殖540-10602025 010051004070空调、防止结露、健康管理测量恒温恒湿槽无线

12、气候监测5100-504001000100精密测量、气象测量1.浴室镜面水汽清除器 浴室中的水蒸气很大，会使其中的镜子功能丧失，当浴室的湿度达到一定程度时，镜面会结露，表面一层雾气，市场上没有所谓的不结露镜面，而是都要安装镜面水汽清除器，其结构主要由电热丝、结露控制器、控制电路等组成，如图所示。 六、湿敏传感器的典型应用2婴儿尿湿报警电路利用湿度传感器制作婴儿尿湿报警器，要求能在婴儿尿床几分钟内发出报警声，提醒妈妈换尿布，有利于婴儿健康。同时可以作为老人尿床和5岁以下幼儿生理遗尿的一种生物反馈疗法。 婴儿尿湿报警电路由湿度传感器SM1与VT1组成电子开关电路、555时基集成电路和阻容元件组成延

13、时电路IC2以及软封装集成电路组成。电路结构如图所示。 六、湿敏传感器的典型应用项目总结 项目主要讲述了利用湿敏传感器进行湿度的测量。湿度传感器也称为湿敏传感器，是能够感受周围环境湿度变化，并通过湿敏材料的物理或化学性质变化，将湿度大小转化为电信号的器件。 常用的湿敏元件包括氯化锂湿敏电阻、半导体陶瓷湿敏电阻、薄膜型湿敏元件和有机高分子膜湿敏电阻。 湿敏电阻实验一实验目的了解湿度电阻的工作原理及特性。二基本原理本实验采用的是高分子薄膜湿敏电阻。感测机理是：在绝缘基板上溅射了一层高分子电解质湿敏膜，其阻值的对数与相对湿度成近似的线性关系，通过电路予以修正后，可得出与相对温度成线性关系的电信号。三需用器件与单元湿敏电阻、CGQ-011湿敏电阻实验模块、电压表、直流电源。四实验步骤注：本实验的湿度电阻已由内部放大器进行放大、校正、输出的电压信号与相对湿度成近似线性关系，标定在：1将主控箱+15V接入传感器输入端，输出端与数字电压表相接。2对着湿敏电阻哈一口气，可看到发光管点亮的数目成上升趋势，越来越多同时观察电压表数字变化。3待数字稍稳定后，记录下读数，根据标定值，得出容器中的相对湿度。 【习题】1.填空（1）湿度传感器是能够感受周围环境_，并通