第9章 半导体传感器与气体、湿度检测（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西安电子科大·2021）

第9章 半导体传感器与气体、湿度检测 1 【教学内容】 湿敏传感器与湿度检测 湿度检测的物理基础 湿敏传感器的分类和测量原理 湿敏传感器的应用 第9章 半导体传感器与气体、湿度检测 【教学内容】 气敏传感器与气体检测 气体检测的方法分类 半导体电阻型气敏传感器 气敏传感器的应用 第9章 半导体传感器与气体、湿度检测 9.1湿敏传感器与湿度检测 9.1.1湿度检测的物理基础 9.1.2湿敏传感器的分类和测量原理 9.1.3湿敏传感器的应用 教学目标： 湿度、湿敏传感器的定义； 湿度的表示方法（绝对湿度、相对湿度和露点）； 湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点； 电阻式湿敏传感器的工作原理； 湿敏传感器的应用。 9.1湿敏传感器与湿度检测 教学重点： 基本概念； 湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点； 电阻式湿敏传感器的工作原理。 教学难点： 半导体陶瓷湿敏材料的导电机理。 9.1湿敏传感器与湿度检测 湿度的检测与控制在工业、农业、气象、医疗以及日常生活中的地位越来越重要。例如： 许多储物仓库在湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象； 居室的湿度希望适中； 而纺织厂要求车间的湿度保持在60－70％RH； 在农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。 9.1湿敏传感器与湿度检测 9.1.1湿度检测的物理基础 所谓湿度，是指大气中水蒸气的含量。 它通常有如下几种表示方法：绝对湿度、相对湿度和露点等。 9.1.1湿度检测的物理基础 1. 湿度的定义及其表示方法 绝对湿度就是在一定温度和压力条件下，单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。一般用1m3空气中所含水蒸气的克数表示，即为： 待测空气中水蒸气质量,单位为g 待测空气的总体积，单位为m3 绝对湿度（g/m3）Absolute humidity 9.1.1湿度检测的物理基础 1. 湿度的定义及其表示方法 绝对湿度也可以用空气中水蒸气的密度（ ）来表示。设空气中水蒸气的分压为 ，根据理想气体状态方程，可得出其数学表达式为 式中： m－水蒸气的摩尔质量 R－理想气体常数 T－空气的绝对温度。 绝对湿度给出了水分在空气中的具体含量。 9.1.1湿度检测的物理基础 1. 湿度的定义及其表示方法 相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压（P）和同温度下饱和水蒸气的分压（Pmax）的百分比，即 通常，用％RH表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。显然，绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用更广泛。 日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。 温度 Relative humidity 9.1.1湿度检测的物理基础 1. 湿度的定义及其表示方法 露点 在一定大气压下，将含有水蒸气的空气冷却，当温度下降到某一特定值时，空气中的水蒸气达到饱和状态，开始从气态变成液态而凝结成露珠，这种现象称为结露，这一特定温度就称为露点温度，简称露点。在一定大气压下，湿度越大，露点越高；温度越小，露点越低。 9.1.1湿度检测的物理基础 湿敏传感器是能感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转换成可用信号的器件或装置。 湿敏元件是最简单的湿度传感器。产品的基本形式都是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、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 2. 湿敏传感器的定义 9.1.1湿度检测的物理基础 2. 湿敏传感器的定义 湿敏元件根据工作方式的不同 电阻式 电容式 湿敏元件是指对环境湿度具有响应或转换成相应可测信号的元件 湿度传感器是由湿敏元件及转换电路组成的，具有 把环境湿度转换为电信号的能力。 9.1.1湿度检测的物理基础 3. 湿敏传感器的主要参数及特性 感湿特性。 湿度量程。 灵敏度。 湿滞特性。 响应时间。 感湿温度系数。 老化特性。 9.1.1湿度检测的物理基础 4. 湿敏传感器的分类 湿敏传感器种类繁多，分类方法也很多。按输出的电学量可分为电阻式、电容式等；按探测功能可分为绝对湿度型、相对湿度型和结露型等；按感湿材料可分为陶瓷式、高分子式、半导体式和电解质式等。 9.1.2湿敏传感器的分类和测量原理 1. 电阻式湿敏传感器 电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感器可分为电解质式、陶瓷式和高分子式三类。 电阻式湿敏传感器的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。 9.1.2湿敏传感器的分类和测量原