项目4 湿敏电阻传感器的调试（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

项目4 湿敏电阻传感器的调试 项目描述 本项目调试一台湿敏电阻传感器。 湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 知识和能力目标； 掌握湿敏电阻结构、工作原理、特性及应用。 掌握气敏电阻工结构、工作原理、特性及应用。 知识准备 一、湿敏电阻传感器 （一）湿度的概念和表示方法 湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示，单位g/m3。相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压的百分比，一般用符号RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在实际使用中多使用相对湿度这一概念。 （二）比较成熟的几类湿敏传感器 常用的湿敏电阻式传感器主要有：金属氧化物陶瓷湿敏电阻式传感器、金属氧化物膜型湿敏电阻式传感器、高分子材料湿敏电阻式传感器等。下面介绍一些至今发展比较成熟的几类湿敏电阻传感器。 1.氯化锂湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件，该元件的结构如图4-1所示，由引线、基片、感湿层与电极组成。 图4-1 湿敏电阻结构示意图 图4-2 氯化锂湿敏元件湿度—电阻特性曲线 1—引线 2—基片 3—感湿层 4—金属电极 2半导体陶瓷湿敏电阻 半导体陶瓷湿敏电阻通常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。 ① ZnO-CR2O3陶瓷湿敏元件 ② MgCR2O4-TiO2湿敏元件 图4-3 ZnO-CR2O3湿敏元件结构 图4-4 陶瓷湿度传感器结构 1—引线2—多孔性电极3—多孔陶瓷4—底座 5—镍铬加热丝6—外壳7引脚8—气孔 (1) ZnO-CR2O3陶瓷湿敏元件 ZnO-CR2O3湿敏元件的结构是将多孔材料的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上, 并焊上铂引线, 然后将敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定而做成的，其结构如图4 -3所示。ZnO-CR2O3传感器能连续稳定地测量湿度, 而无需加热除污装置, 因此功耗低于0.5Ｗ, 体积小, 成本低, 是一种常用测湿传感器。 (2) MgCR2O4-TiO2湿敏元件 氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿-电”转换器件，它是负特性半导瓷。MgCR2O4为P型半导体，它的电阻率低，阻值温度特性好，结构如图4-4所示。 3.金属氧化物膜型湿敏传感器 二氧化铁、三氧化二铝、氧化镁等金属氧化物的细粉吸附水分后有极快的速干特性，利用这种现象可以研制生产出多种金属氧化物膜型湿敏电阻式传感器。 图4-5金属氧化物膜型湿敏传感器结构 图4-6高分子湿敏电容传感器 1-基片2-电极3-金属氧化物膜4-引脚 4.高分子湿敏电容传感器 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成，与金属氧化物膜型湿敏传感器结构相似，如图4-6所示。常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。 二、气敏电阻传感器 （一）气敏传感器的材料及工作原理 所谓气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者浓度的传感器的总称。气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。 气敏电阻的材料是金属氧化物, 在合成材料时, 通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成, 金属氧化物半导体分N型半导体, 如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等；P型半导体, 如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。 按构成材料可将气敏传感器分为半导体和非半导体两大类，目前使用最多的是半导体气敏传感器。半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。常用种类如表4-1所示。 表4-1 半导体气体传感器的分类 （二）气敏元件的基本测量电路 气敏元件一般由敏感元件、外壳、加热器三部分组成。常用电阻丝加热器，1和2是加热电极，3和