智能传感器检测与应用技术 课件 -项目四 气体和湿度的检测

智能传感器检测与应用技术主编杨杰忠叶光显邹火军主编杨杰忠叶光显邹火军副主编黄浩兵林双媚韦玉秋

参编农晴晴莫小军李仁芝秦文芳王栋平

韦文杰杨天明韦克宁黄旭张国峰唐国永陈军主编黄浩兵林双媚韦玉秋

参编农晴晴莫小军李仁芝秦文芳王栋平

韦文杰杨天明韦克宁黄旭张国峰唐国永陈军“十四五”职业教育智能制造技术应用专业系列教材项目4气体和湿度的检测1．了解气敏传感器、湿敏传感器的结构及特性。2．理解气敏传感器、湿敏传感器的工作原理。3．掌握气敏传感器的测试和使用方法。4．掌握湿度的测量方法。知识目标：1．能完成可燃气体报警电路的安装与调试。2．能完成湿度检测报警电路的安装与调试。能力目标：

本项目主要包括可燃气体报警电路的安装与调试、湿度检测报警电路的安装与调试2个任务，要求学生通过学习，进一步掌握气敏传感器、湿敏传感器的结构、特性、工作原理，并学会它们的测试和使用方法，掌握报警电路的制作过程，以及气敏传感器和湿敏传感器在实际生产生活中的应用。项目描述目标与描述知识目标1．了解气敏传感器的结构及特性。2．理解气敏传感器的工作原理。3．掌握气敏传感器的典型应用电路。能力目标1．会气敏传感器的测试和使用方法。2．能完成可燃气体报警电路的安装与调试。3．会进行气体浓度的测试。工作任务

石油、化工生产及汽车等的使用而造成的大气污染日益严重等。因此，需要用气敏传感器来检测气体的浓度和成分来净化空气，提高环境质量。图4-1-1所示为可燃气体报警电路原理图，本任务是通过学习，了解气敏传感器的结构、特性、工作原理，掌握气敏传感器的测试和使用方法，并能完成可燃气体报警电路的安装与调试。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试图4-1-1可燃气体报警电路原理图任务1可燃气体报警电路的安装与调试一、气敏传感器

气敏传感器是能感知环境中某种气体及其浓度的传感器。它利用化学、物理效应将气体的种类及浓度等信息转换为电信号，经电路处理后进行检测、监控和报警。图4-1-2所示为部分气敏传感器的实物外形图。项目4气体和湿度的检测图4-1-2部分气敏传感器的实物外形图任务1可燃气体报警电路的安装与调试一、气敏传感器

1．气敏传感器的性能要求（1）对被测气体有较高的灵敏度。（2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。（3）性能稳定。（4）动态特性好，响应速度快。（5）使用寿命长。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试一、气敏传感器

2．气敏传感器的分类气敏传感器的分类如表4-1-1所示。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

虽然气敏传感器的种类很多，但目前工厂和家庭中最常用的几种气敏传感器以半导体式气敏传感器为主。1．半导体式气敏传感器的结构半导体式气敏传感器是利用半导体气敏元件同被测气体接触，使得半导体性质发生变化的原理来检测特定气体的成分或浓度的传感器。按半导体的物理特性的不同，半导体式气敏传感器又可分为电阻型半导体气敏传感器和非电阻型半导体气敏传感器两种。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

虽然气敏传感器的种类很多，但目前工厂和家庭中最常用的几种气敏传感器以半导体式气敏传感器为主。1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器是利用气体吸附使半导体本身的电阻值发生变化这一特性而制作的传感器，它由气敏元件、加热器、外壳等组成。其中加热器的作用是加速被测气体的吸附及脱出过程，烧去气敏元件的油垢或污物，起清洁作用。控制不同的加热温度，能对不同被测气体有不同的选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200～400℃。

项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

虽然气敏传感器的种类很多，但目前工厂和家庭中最常用的几种气敏传感器以半导体式气敏传感器为主。1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器气敏元件常被称为气敏电阻，其主要材料为金属氧化物半导体，合成时加入敏感材料和催化剂烧结而成。常用的金属氧化物半导体有SnO2（氧化锡）、ZnO（氧化锌）、Fe2O3（氧化铁）等。SnO2气敏元件主要用于检测氧气、二氧化碳、乙醇等气体的浓度；Fe2O3气敏元件对丙烷和异丁烷（液化石油气的主要成分）的灵敏度较高。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

虽然气敏传感器的种类很多，但目前工厂和家庭中最常用的几种气敏传感器以半导体式气敏传感器为主。1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器气敏元件种类很多，按制作工艺分，可分为烧结型气敏元件、薄膜型气敏元件和厚膜型气敏元件三种。（1）烧结型气敏元件。烧结型气敏元件是将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中，经加热成形后低温烧结而成的。目前最常用的是SnO2烧结型气敏元件，用来测量还原性气体。它的加热温度较低，一般为200～300℃。其加热方式有直热式和旁热式两种。直热式SnO2烧结型气敏元件在实际生产中使用较少，目前使用较多的是旁热式SnO2烧结型气敏元件。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器（1）烧结型气敏元件。旁热式SnO2烧结型气敏元件的结构和图形符号如图4-1-3所示。旁热式SnO2烧结型气敏元件是在一根薄壁陶瓷绝缘管内放入一根螺旋形高电阻率金属丝作为加热器，在陶瓷绝缘管的外壁涂覆SnO2作为基础材料的浆料层，经烧结后形成厚膜气体敏感层，陶瓷绝缘管的两端设置一对金电极及铂-铁合金丝引线。一般引线有6根，其中，两个A和两个B分别相连后，成为气敏元件的引线，f-f为加热器的引线。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器（1）烧结型气敏元件。

项目4气体和湿度的检测（a）结构

（b）图形符号图4-1-3旁热式SnO2烧结型气敏元件的结构和图形符号任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器（2）薄膜型气敏元件。薄膜型气敏元件制作时采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出电极，其结构如图4-1-4所示。薄膜型气敏元件的优点是灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、成本低。项目4气体和湿度的检测图4-1-4薄膜型气敏元件的结构任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

1．半导体式气敏传感器的结构1）电阻型半导体气敏传感器（3）厚膜型气敏元件。厚膜型气敏元件是将气敏材料（SnO2、ZnO等）与一定比例的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，再把厚膜胶由丝网印刷到装有铂电极的氧化铝基片上，在400～800℃的温度下烧结1～2h而制成的。用厚膜工艺制成的气敏元件一致性较好，机械强度高，适合批量生产。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

1．半导体式气敏传感器的结构2）非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器是利用半导体与气体接触后，其特性（如二极管的伏安特性）发生变化来测定气体的成分或浓度的。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

2．半导体式气敏传感器的工作原理金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常气敏元件工作在空气中，空气中的氧气和二氧化氮这些电子兼容性大的气体，接收来自半导体材料的电子而吸附负电荷，形成氧的负离子吸附，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使气敏元件处于高阻状态。一旦气敏元件与被测还原气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使气敏元件电阻值减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（200～450℃），目的是加速上述的氧化还原反应。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

3．接触燃烧式气敏传感器的结构及工作原理接触燃烧式气敏传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，从而使贵金属电极电导随气体浓度发生变化来对气体进行检测的。典型的接触燃烧式气敏传感器结构图如图4-1-5所示。催化剂中埋设有铂等金属丝，工作时金属圈中通电流使温度保持在300～600℃，当可燃气体接触预先加热的传感器表面时会燃烧，所产生的热量使金属丝温度进一步升高，致使电阻值增大，导致电桥失衡产生输出。不同种类不同浓度的可燃气体燃烧产生的热量不同，对应不同的电量输出。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

3．接触燃烧式气敏传感器的结构及工作原理接触燃烧式气敏传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，从而使贵金属电极电导随气体浓度发生变化来对气体进行检测的。典型的接触燃烧式气敏传感器结构图如图4-1-5所示。催化剂中埋设有铂等金属丝，工作时金属圈中通电流使温度保持在300～600℃，当可燃气体接触预先加热的传感器表面时会燃烧，所产生的热量使金属丝温度进一步升高，致使电阻值增大，导致电桥失衡产生输出。不同种类不同浓度的可燃气体燃烧产生的热量不同，对应不同的电量输出。项目4气体和湿度的检测图4-1-5典型的接触燃烧式气敏传感器结构图任务1可燃气体报警电路的安装与调试二、气敏传感器的结构及工作原理

3．接触燃烧式气敏传感器的结构及工作原理接触燃烧式气敏传感器价廉、精度高，但灵敏度较低，不适合检测一氧化碳等有毒气体，一般用于石油化工、造船厂、矿山及隧道等领域，以检测石油类可燃气体的存放情况和防止危险事故的发生，其基本工作电路如图4-1-6所示。项目4气体和湿度的检测图4-1-6接触燃烧式气敏传感器的基本工作电路任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

气敏传感器最早用于可燃气体泄漏报警器，以保证生命安全，后逐渐应用于有毒气体的检测、容器或管道的检漏、环境监测、锅炉的燃烧检测与控制等方面。近年来，气敏传感器走进了人们的日常生活，如家庭中煤气或液化石油气泄漏报警和自动排气装置、汽车尾气检测仪器、交警用的酒精测试仪、宾馆等公共场合安装的烟气报警装置等都使用的是气敏传感器。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

表4-1-2列出了气敏传感器的主要应用实例。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

1．酒精测试仪对酒精敏感的传感器广泛地应用于检测汽车司机呼出气体内的酒精浓度，也有时用于酒厂生产线。酒精测试仪的电路图如图4-1-7所示，此电路釆用TGS-812型气敏传感器，这种传感器对酒精有较高的灵敏度，所以，人们用它来制作酒精测试仪。除此之外，TGS-812型气敏传感器对一氧化碳也敏感，也常被用于探测汽车尾气。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

1．酒精测试仪

项目4气体和湿度的检测图4-1-7酒精测试仪的电路图任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

1．酒精测试仪该电路还采用了一个显示驱动集成电路LM3914，它共有10个输出端，每个输出端连接1个发光二极管。在10个发光二极管中，～为绿色发光二极管，指示酒精浓度处于安全水平，VD6～VD10为红色发光二极管，指示酒精浓度超过安全水平。TGS-812型气敏传感器加热时的工作电压为5V，加热电流约为125mA。它的负载电阻为R1和RP，其输出直接接LM3914。当气敏传感器探测不到酒精气体时，传感器呈高阻状态，R1和RP的输出电压很低，加在LM3914⑤脚的电平为低电平，10个发光二极管都不点亮；当气敏传感器探测到酒精气体时，其内阻迅速降低，从而使R1和RP的输出电压升高，加在LM3914⑤脚的电平变为高电平。气体中酒精含量越高，⑤脚的电位就越高，则点亮发光二极管的数目就越多（先绿色后红色），由此来判断被测试者饮酒的程度。

项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

2．有毒气体报警器当空气中的一氧化碳、液化石油气、甲烷、丙烷等有毒气体达到一定浓度时，将会危及人的健康与安全，图4-1-8所示为有毒气体探测报警电路。该电路线路简单，灵敏度较高，能对上述有毒气体进行检测并发出警报。项目4气体和湿度的检测图4-1-8有毒气体探测报警电路任务1可燃气体报警电路的安装与调试三、气敏传感器的应用

2．有毒气体报警器工作原理：当空气中不含有毒气体时，A、B两点间的电阻很大，流过RP的电流很小，B点为低电位，达林顿管U850不导通；空气中含有上述有毒气体时，A、B两点间的电阻迅速减小，通过RP的电流增大，B点电位升高，向C2充电直至达到U850导通电位（约1.4V）时，U850导通，驱动发声集成片KD9561发声。当空气中有毒气体浓度下降，使A、B两点间恢复高阻时，B点电位低于1.4V，达林顿管U850截止，报警解除。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路该任务的可燃气体报警器采用了QM系列气敏传感器，它是采用金属氧化物半导体作为敏感材料的N型半导体气敏传感器，具有灵敏度髙、响应速度快、输出信号大、使用寿命长、工作稳定可靠等优点，很适合作气体报警器和气体检测传感器，广泛应用于消防、保安及环保等领域。部分QM系列气敏传感器的用途及特点如表4-1-3所示。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路

项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路NE555时基集成电路是一种多用途的数/模混合集成电路，利用它能极方便地构成多谐振荡器、施密特触发器等装置。NE555时基集成电路使用灵活、方便，所以它在波形的产生与变换、测量与控制等很多领域都得到了广泛的应用，故本实验选择NE555时基集成电路构成的多谐振荡器作为脉冲信号源。多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲，由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路NE555时基集成电路的内部结构如图4-1-9所示，它包括两个比较器、一个R-S触发器、一个放电晶体管（开关）及由三个5kΩ电阻组成的基准电压发生器。电源电压VCC通过NE555时基集成电路内部三个5kΩ电阻分压，使电路内部两个电压比较器构成一个电平触发器，其上触发电平为VCC，下触发电平为VCC。⑤脚控制端外接一个电压VCC，可以使上、下触发电平发生变化。项目4气体和湿度的检测图4-1-9NE555时基集成电路的内部结构任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路NE555时基集成电路的外部引脚排列图如图4-1-10所示。其为塑封双列直插式封装，正面印有555字样，集成电路的左下角为①脚，引脚号按逆时针方向排列。项目4气体和湿度的检测图4-1-10NE555时基集成电路的外部引脚排列图任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

1．可燃气体报警电路各引脚的作用：①脚是公共接地端，为负极；②脚为低触发端TR，低于VCC时即导通；③脚是输出端Vo，电流可达2000mA；④脚是强制复位端MR，不用时可与电源正极相连或悬空；⑤脚用来调节比较器的基准电压，简称控制端Vc，不用时可悬空或通过0.01μF的电容接地；⑥脚为高触发端TH，也称阈值端，高于VCC时即截止；⑦脚是放电端DIS；⑧脚是电源正极VCC。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

2．工作原理可燃气体报警电路原理图如图4-1-1所示。其中，气敏传感器QM-N5和电位器RP组成气体检测电路，时基集成电路NE555及外围元器件组成多谐振荡器。当无可燃气体或可燃气体的浓度较低时，气敏传感器QM-N5的电导率很小，A、B两点间的电阻值很大，使NE555时基集成电路的④脚为低电平，NE555时基集成电路处于强行复位状态，振荡器不工作，扬声器不发声。当有可燃气体且其浓度升高并超出允许范围时，气敏传感器QM-N5的电导率增大，A、B两点间的电阻值迅速减小，B点电位上升，使NE555时基集成电路的④脚变为高电平，振荡器工作，扬声器发声报警，提醒人们采取措施，以防事故的发生。项目4气体和湿度的检测任务1可燃气体报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器2．工作原理可燃气体报警电路原理图如图4-1-1所示。其中，气敏传感器QM-N5和电位器RP组成气体检测电路，时基集成电路NE555及外围元器件组成多谐振荡器。当无可燃气体或可燃气体的浓度较低时，气敏传感器QM-N5的电导率很小，A、B两点间的电阻值很大，使NE555时基集成电路的④脚为低电平，NE555时基集成电路处于强行复位状态，振荡器不工作，扬声器不发声。当有可燃气体且其浓度升高并超出允许范围时，气敏传感器QM-N5的电导率增大，A、B两点间的电阻值迅速减小，B点电位上升，使NE555时基集成电路的④脚变为高电平，振荡器工作，扬声器发声报警，提醒人们采取措施，以防事故的发生。项目4气体和湿度的检测知识目标1．了解湿敏传感器的结构及特性。2．理解湿敏传感器的工作原理。3．掌握湿敏传感器的典型应用电路。能力目标1．会湿敏传感器的测试和使用方法。2．能完成湿度检测报警电路的安装与调试。工作任务

湿度的检测和控制在工业、农业、气象、医疗及日常生活中的地位越来越重要，应用也越来越广泛。图4-2-1所示为湿度检测报警电路原理图，本任务是通过学习，了解湿敏传感器的结构、特性及工作原理，掌握湿敏传感器的测试和使用方法，并能完成湿度检测报警电路的安装与调试。项目4气体和湿度的检测任务2湿度检测报警电路的安装与调试任务2

湿度检测报警电路的安装与调试四、可燃气体报警器

2．工作原理

项目4气体和湿度的检测图4-2-1湿度检测报警电路原理图任务2

湿度检测报警电路的安装与调试一、湿敏传感器

用于检测环境湿度的传感器称为湿敏传感器，它是将被测环境湿度转换为电信号的装置，主要由湿敏元件和转换电路两部分组成。图4-2-2所示为部分湿敏传感器的实物外形。项目4气体和湿度的检测图4-2-2部分湿敏传感器的实物外形任务2

湿度检测报警电路的安装与调试一、湿敏传感器

1．湿敏传感器的分类（1）按工作原理的不同，湿敏传感器可分为电阻式湿敏传感器、电容式湿敏传感器和频率式湿敏传感器等。（2）按探测功能的不同，湿敏传感器可分为绝对湿度湿敏传感器、相对湿度湿敏传感器和结露传感器等。绝对湿度是指在一定温度和气压下，单位体积空气中所含水蒸气的质量，即空气中水蒸气的密度，用AH表示。相对湿度是指被测气体中水蒸气气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气气压的百分比，一般用%RH表示。露点是指水蒸气在冷却过程中最初发生结露时的温度。（3）按使用材料的不同，湿敏传感器可分为电解质式湿敏传感器、陶瓷式湿敏传感器、高分子式湿敏传感器等。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试一、湿敏传感器

2．湿敏传感器的特性1）精度与长期稳定性一般湿敏传感器的精度为±2%～±5%RH，要达到±2%～±3%RH的精度是较困难的。在实际使用中，由于尘土、油污、有害气体的影响，长时间使用会产生老化现象，影响其精度。因此，湿敏传感器长期工作的稳定性是非常重要的。2）温度系数湿敏传感器除对环境湿度敏感外，对温度也十分敏感。而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数也有差别，因此需加温度补偿电路，或采用计算机软件补偿。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试一、湿敏传感器

2．湿敏传感器的特性3）供电电源湿敏传感器在测量湿度时，所加的测试电压必须是交流电压（如正弦波、方波或三角波），不能用直流电压或含有直流分量的交流电压。因为直流电压会引起湿敏元件体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，影响测量精度。4）互换性湿敏传感器的一致性较差，同一种型号的传感器不能互换，这给电路调试及维修增加了困难。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏传感器、陶瓷式湿敏传感器、高分子电容式湿敏传感器等。1．氯化锂湿敏传感器氯化锂湿敏传感器属于电阻式湿敏传感器，它是利用感湿材料的电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的。氯化锂湿敏传感器的结构如图4-2-3所示。项目4气体和湿度的检测图4-2-3氯化锂湿敏传感器的结构任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏传感器、陶瓷式湿敏传感器、高分子电容式湿敏传感器等。1．氯化锂湿敏传感器氯化锂湿敏传感器采用真空镀膜工艺在玻璃片上镀一层梳状金电极，然后涂一层氯化锂和聚乙烯醇等配制的感湿胶膜。聚乙烯醇是一种黏合性很强的多孔性物质，它与氯化锂结合后，水分子很容易在其薄膜中被吸附及释放，从而使湿敏元件的阻抗发生变化。最后在湿敏元件表面涂一层多孔性的保护膜以提高其抗污染气体的能力。氯化锂湿敏传感器具有稳定性好、精度高、响应快、长期工作滞后小等优点，缺点是尺寸较大，结露时容易失效，比较适用于空调系统。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏传感器、陶瓷式湿敏传感器、高分子电容式湿敏传感器等。2．陶瓷式湿敏传感器陶瓷式湿敏传感器的结构如图4-2-4所示。该传感器的材料通常是用两种以上的金属氧化物半导体在1300℃高温下烧结而成的多孔陶瓷。这些材料有ZnO-LiO2-V2O3系、Si-Na2O5系、TO2-MgO-Cr2O3系和Fe2O3等，前两种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷，最后一种材料的电阻率随湿度的增加而升高，故称为正特性湿敏半导体陶瓷。陶瓷式湿敏传感器的热稳定性及抗污能力很强，并具有工艺简单、成本低、响应快、精度高、测量范围宽等优点，但不宜在易燃、易爆的环境中使用。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏传感器、陶瓷式湿敏传感器、高分子电容式湿敏传感器等。2．陶瓷式湿敏传感器

项目4气体和湿度的检测图4-2-4陶瓷式湿敏传感器的结构任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

3．高分子电容式湿敏传感器高分子电容式湿敏传感器基本上是一个电容器，其结构及特性如图4-2-5所示。它是利用电容器两极间的介质随湿度变化而变化的特性制成的。

项目4气体和湿度的检测（a）结构 （b）特性图4-2-5高分子电容式湿敏传感器的结构及特性任务2

湿度检测报警电路的安装与调试二、湿敏传感器的结构及工作原理

3．高分子电容式湿敏传感器

高分子电容式湿敏传感器是在陶瓷基片玻璃底衬上制作一个电极，在电极上薄薄地涂一层高分子薄膜（约1μm），在另一个电极涂一层可透气的金属薄膜。当相对湿度变化时，水分子通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着水分子被吸附或释放，高分子薄膜的介电常数将发生相应的变化，所以只要测定电容值就可测得相对湿度。高分子电容式湿敏传感器具有响应速度快、产品互换性好、测量范围宽、灵敏度高、易于实现小型化集成化等优点，但其精度要比电阻式湿敏传感器低一些，也不宜用于含有机溶剂气体的环境中，且不能耐80℃以上的高温。高分子电容式湿敏传感器广泛用于食品、纺织、气象、仓库等领域的湿度检测。项目4气体和湿度的检测任务2

湿度检测报警电路的安装与调试三、湿敏传感器的应用

1．土壤湿度的检测土壤中是否缺水，单凭观察土壤表面是否湿润是不科学的。有了湿度检测器，如果土壤中缺水，就能很直观地显示出来。图4-2-6所示为土壤湿度检测实物连接图。

项目4气体和湿度的检测图4-2-6土壤湿度检测实物连接图任务2

湿度检测报警电路的安装与调试三、湿敏传感器的应用

1．土壤湿度的检测图4-2-7所示为土壤湿度简易测试电路，其中湿敏传感器由埋在土壤中的两个电极组成。项目4气体和湿度的检测图4-2-7土壤湿度简易测试电路任务2

湿度检测报警电路的安装与调试三、湿敏传感器的应用

1．土壤湿度的检测

若土壤湿润，则土壤的电阻率很小，两电极间