传感器与传感电路技术课件 5.1 湿敏传感器认知

项目5湿敏传感器应用电路设计或制作聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通湿敏传感电路温湿度控制器温湿度检测仪聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通环境湿度检测电路湿敏传感电路聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通盆花缺水指示电路湿敏传感电路聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通育秧棚湿度指示电路湿敏传感电路聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通感知模块信号处理模块执行模块传感电路的结构感知模块：湿度传感器，检测被测对象湿度。信号处理模块：对检测信号进行转换、放大等处理。执行模块：显示、报警或控制。湿敏传感电路聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.1湿敏传感器功能感受外界湿度变化，通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号。5.1湿敏传感器认知湿度:指大气中所含的水蒸气量。绝对湿度：指在一定大小空间中水蒸气量，常用“kg/m3”表示。相对湿度：某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比值的百分数，常用“%RH”表示，无量纲的量。湿度传感器湿度变化电阻值变化电容量变化聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.2湿敏传感器分类5.1湿敏传感器认知湿敏传感器分水分子亲和型湿敏元件电阻式湿敏元件电容式湿敏元件非水分子亲和型湿敏元件热敏电阻式湿度传感器红外吸收式湿敏传感器利用水分子附着或浸入某些物质后其电阻率或介电常数等电气性能发生变化的特性检测湿度利用与水分子接触产生的物理效应检测湿度利用热电效应利用水蒸气能吸收特定波长的红外线湿敏电阻湿敏电容红外吸收式湿敏传感器聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器氯化锂（LiCl）湿敏电阻半导体陶瓷式湿敏电阻器电容式湿敏传感器5.1湿敏传感器认知半导瓷湿敏电阻

湿敏电阻湿敏电容聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器1.氯化锂（LiCl）湿敏电阻结构：主要由引线、基片、感湿层与电极组成。检测原理：利用吸湿性盐类潮解，离子电导率发生变化进行湿度检测。Li+对水分子的吸引力强，其溶液中离子导电能力与浓度成正比。环境相对湿度高时，溶液吸收水分，使Li+浓度降低，电阻率增高。 环境相对湿度低时，溶液中Li+浓度升高，其电阻率下降。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器1.氯化锂（LiCl）湿敏电阻湿度特性不同浓度的氯化锂湿敏元件在相应的相对湿度范围内，

电阻与湿度的变化呈线性关系。为扩大湿度测量的线性范围，

可将多个氯化锂含量不同的器件组合使用。如将测量范围为（10%~20%）RH，（20%~40%）RH，（40%~70%）RH，（70%~90%）RH和（80%~99%）RH五种元件配合使用，可自动地转换完成整个湿度范围的湿度测量。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器1.氯化锂（LiCl）湿敏电阻优点：滞后小不受测试环境风速影响检测精度高达±5%缺点：耐热性差不能用于露点以下测量器件性能的重复性不理想使用寿命短5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器2.半导体陶瓷湿敏电阻工艺特点：简称半导瓷湿敏电阻，有烧结型和涂覆膜型两种。是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系的电阻率随湿度增加而下降，具有负湿度特性。Fe3O4的电阻率随湿度增大而增大，具有正湿度特性。5.1湿敏传感器认知绕结型湿敏电阻

涂覆膜型湿敏电阻聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器2.半导体陶瓷湿敏电阻工艺类型：烧结型湿敏电阻和涂覆膜型湿敏电阻。绕结型湿敏电阻：由感湿灵敏度适中、电阻率低、温度度特性好的MgCr2与能改善烧结特性、提高元件机械强度及抗热骤变特性的TiO2（30%mol），在1300℃的空气中烧结成多孔的电极，再将元件安装在高致密、疏水性好的陶瓷基片上构成。涂覆膜型湿敏电阻：由金属氧化物微粒经过堆积、粘结而成的材料作为湿敏元件，较典型的Fe3O4湿敏器是采用滑石瓷做基片，基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金属电极，将纯净的Fe3O4胶粒调制成浆后涂覆在金属电极的基片上，经低温烘干，引出电极制成。5.1湿敏传感器认知绕结型湿敏电阻

涂覆膜型湿敏电阻聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器2.半导体陶瓷湿敏电阻特性：较好的热稳定性，较强的抗玷污能力，能在恶劣、易污染的环境中较准确的检测湿度数据。响应速度快。温度范围宽，实际应用中较为常见。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.3典型湿敏传感器3.电容式湿敏传感器主要产品：薄片状电容式湿敏传感器。原理：利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度检测的传感器。薄片状电容式湿敏传感器采用乙酸-丁酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素等高分子聚合物或多孔氧化铝等金属氧化物作为电介质材料，利用这类材料的介电常数随湿度变化而变化，从而改变电容量大小的特性进行湿度检测。5.1湿敏传感器认知湿敏电容聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.4湿敏传感器的技术要求测量环境特点：湿度的检测须湿敏器件与水直接接触，湿敏传感器件只能直接暴露于待测环境中，不能密封。特性要求：应适合于在宽温、湿范围内使用。具有测量精度高、使用寿命长、互换性好、耐污染、稳定性好、响应速度快、重现性好、灵敏度高、线性好、温度系数小、工艺简单、易于批量生产、转换电路简单、成本低、抗腐蚀、耐低温和高温等特性。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.4湿敏传感器的技术要求使用要求：电阻式湿敏传感器须使用低频交流电源供电。进行温度补偿。线性化处理。采用适当的测量电路。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.4湿敏传感器的技术要求使用要求：电阻式湿敏传感器须使用低频交流电源供电。因为电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的，在直流电源作用下，正、负离子会固定向电源两极运动，产生电解作用，使感湿层变薄受损。而交流电源作用下，正、负离子往复运动，则不会产生电解。而交流电频率过高，则使测试引线的容抗下降，易导致湿敏电阻短路，同时高频的集肤效应也将引起阻值变化，影响测量准确度。5.1湿敏传感器认知聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.4湿敏传感器的技术要求使用要求：进行温度补偿。湿度传感器有不同的温度系数，工作区也有宽有窄，因此需根据湿度传感器的温度特性进行适当的温度补偿。如半导体陶瓷湿敏传感器具有负的温度特性（NTC），其电阻与温度关系需按左侧修正。5.1湿敏传感器认知相对湿度绝对温度T=0℃，相对湿度H=0时的阻值湿度常数温度常数

聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通5.1.4湿敏传感器的技术要求使用要求：线性化处理。湿度传感器的感湿特性与相对湿度之间是非线性的，需要通过相应的变换使感湿特征量与相对湿度之间的关系线性化。采用适当的测量电路。

常用于湿敏传感器的测量电路有电桥和电阻-电压转换电路。电桥是检测装置常用的测量电路。5.1湿敏传感器认知湿敏电阻的电桥测量电路湿敏电阻的欧姆定律测量电路1.氯化锂湿敏电阻在环境相对湿度高时，溶液吸收水分，使Li+浓度

，电阻率

；在环境相对湿度低时，溶液中Li+浓度

，其电阻率

。聚集问题激活原知论证新知应用练习融会贯通2.ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系的半导瓷湿敏的电阻率随湿度增加而

，具有

湿度特性；Fe3O4的电阻率随湿度增大而