7.2物料与环境湿度检测（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

● 项目——环境量检测 ● 任务——物料与环境湿度检测（湿度传感器） 1 ► 任务导入 湿度传感器 ► 湿度传感器 ● 定义：由湿敏元件和转换电路等组成，能感受外界湿度的变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿度变换为电信号的装置。 湿度传感器 湿度传感器实物 3 ► 湿度及其表示方法 ● 湿度：物质中所含水蒸气的量。目前的湿度传感器多数是测量气氛中的水蒸气含量 湿度传感器 绝对湿度 相对湿度 露点（露点温度） 1. 绝对湿度 单位体积的气氛中含水蒸气的质量 Ha—绝对湿度 mv—待测空气中水蒸气质量 V—待测空气总体积 4 ► 湿度及其表示方法 ● 湿度：物质中所含水蒸气的量。目前的湿度传感器多数是测量气氛中的水蒸气含量 湿度传感器 绝对湿度 相对湿度 露点（露点温度） 2. 相对湿度 待测气氛中水汽分压（Pv）与相同温度下水的饱和水汽压（Pw）的比值的百分数 T—温度 5 ► 湿度及其表示方法 ● 湿度：物质中所含水蒸气的量。目前的湿度传感器多数是测量气氛中的水蒸气含量 湿度传感器 绝对湿度 相对湿度 露点（露点温度） 3. 露点 在一定大气压下，将含水蒸气的空气冷却，当降到某温度时，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。 此时的温度称为露点或露点温度。如果这一特定温度低于0℃，水汽将凝结成霜。 气温与露点温度差越小，表示空气越接近饱和 6 水分子亲和力型 ► 湿度传感器的分类 把被测的非电量转换为电容量变化的一种传感器 偶极矩 易于附着并渗入固体表面内 非水分子亲和力型 湿敏元件与水分子亲和力毫无关系 1.氯化锂湿敏电阻 ► 湿度传感器的分类——氯化锂湿敏电阻 湿度传感器 √ 定义：利用湿敏元件在吸湿和脱湿过程中，水分子分解出的H+离子的传导状态发生变化，从而使元件的电阻值发生变化的传感器。 √ 结构：在条状绝缘基片（如无碱玻璃）的两面，用真空蒸镀法或化学沉积法做上电极，再浸渍一定比例配制的氯化锂－聚乙烯醇混合溶液，经老化处理而制成。 湿敏电阻结构示意图 8 ► 湿度传感器的分类——氯化锂湿敏电阻 当溶液置于一定温湿场中, 若环境相对湿度高, 溶液将吸收水分，使浓度降低。 其溶液电阻率增高 阻值升高 电阻率下降 阻值下降 环境相对湿度变低 溶液浓度升高 ● 在氯化锂溶液中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li+离子对水分子的吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。 工作原理 湿度传感器 ► 湿度传感器的分类——氯化锂湿敏电阻 滞后小, 不受测试环境风速影响 检测精度高达±５% 优点 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 缺点 ● 在氯化锂溶液中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li+离子对水分子的吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。 优缺点 湿度传感器 结构 ► 湿度传感器的分类——半导体陶瓷湿度传感器 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 分类 按照电阻率与湿度的关系 ● 负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降。 如ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系等。 ● 正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增大而增大。 如Fe3O4等。 0 20 40 60 80 100 RH/% 感湿特征量 正特性 负特性 优点 湿度滞后小，响应速度不超过10～15s，便于批量生产。 缺点 其长期可靠性较差，易受环境温度影响。 湿度传感器 半导体陶瓷湿度传感器 12 ► 湿度传感器的分类——半导体陶瓷湿度传感器 MgCr2O4-TiO2湿度传感器 组成： 氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，再焊出引线；外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引出；把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成的。 湿度传感器 ► 湿度传感器的分类——半导体陶瓷湿度传感器 工作原理：当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶瓷吸湿，电阻值随之变化。为了防止电阻极化，测量时必须是交流。另外，在高温、高湿环境下，要定期加热清洗，使传感器恢复性能。 MgCr2O4-TiO2湿度传感器 湿度传感器 ► 湿度传感器的分类——半导体陶瓷湿度传感器 ZnO-Cr2O3湿度传感器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。 ZnO-Cr2O3陶瓷湿度传感器 能连续稳定地测量湿度，而无需加热除污装置，功耗低于0.5W，体积小，成本低，是一种常用测湿传感器。 湿度传感器 ► 湿度传感器的