项目三 任务3 湿度的检测（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

CONTENTS 任务三 湿度的检测 1 CONTENTS 1.了解湿度传感器的测量原理 2.学会利用湿度传感器进行电路的设计 3.掌握常用的湿度传感器的应用 目标要求 2 认一认： 温故知新 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。 3 完成婴儿尿湿报警器的制作与调试，将报警器放在婴儿尿布下面，当检测到尿床后，发出音乐声，提醒妈妈快给婴儿换尿布。 一、任务提出 4 二、知识链接 1、湿度 湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。 1） 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 2）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。 （3）露点温度 空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点.当该温度低于零℃时，又称为霜点。露点与农作物的生长有很大关系，结露也严重影响电子仪器的正常工作，必须予以注意。 气温与露点温度差越小，表示空气越接近饱和。 5 2、湿敏电阻 湿敏电阻是一种阻值随环境相对湿度的变化而变化的敏感元件。 根据感湿材料的不同可分为电解质式、陶瓷式和高分子式。 目前用的最多的测量湿度的方法主要有：干湿球测湿法, 电子式湿度传感器测湿法。 二、知识链接 6 2、干湿球测湿法 二、知识链接 它由两支相同的普通温度计组成，一支用于测定气温，称干球温度计；另一支在球部用蒸馏水浸湿的纱布包住，纱布下端浸入蒸馏水中，称湿球温度计。 7 2、干湿球测湿法 知识链接 测湿方法：如果空气中水蒸汽量没饱和，湿球的表面便不断地蒸发水汽，并吸取汽化热，因此湿球所表示的温度都比干球所示要低。空气越干燥（即湿度越低），蒸发越快，使湿球所示的温度降低，而与干球间的差增大。相反，当空气中的水蒸汽量呈饱和状态时，水便不再蒸发，也不吸取汽化热，湿球和干球所示的温度，即会相等。使用时，应将干湿计放置距地面1.2～1.5米的高处。读出干、湿两球所指示的温度差，由该湿度计所附的对照表就可查出当时空气的相对湿度。 8 1）氯化锂湿敏电阻 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。 1—引出线 2—绝缘基片 3—感湿层 4—电极 二、知识链接 9 1）氯化锂湿敏电阻 1—引出线 2—绝缘基片 3—感湿层 4—电极 二、知识链接 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。 10 1）氯化锂湿敏电阻 二、知识链接 工作原理： 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。 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, 因此, 其溶液电阻率增高，阻值升高。 反之, 环境相对湿度变低时, 则溶液浓度升高, 其电阻率下降, 阻值下降。 11 1）氯化锂湿敏电阻 二、知识链接 氯化锂湿敏元件的优缺点： 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。 12 2）半导体陶瓷湿敏电阻 正特性湿敏半导体： 电阻率随湿度增加而增加 负特性湿敏半导体： 电阻率随湿度增加而增加 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。 二、知识链接 13 2）半导体陶瓷湿敏电阻 二、知识链接 负特性湿敏半导瓷的导电机理： 由于水分子中的氢原子具有很强的正电场, 当水在半导瓷表面吸附时, 就有可能从半导瓷表面俘获电子, 使半导瓷表面带负电。 不论是Ｎ型还是Ｐ型半导瓷, 其电阻率都随湿度的增加而下降。 14 2）半导体陶瓷湿敏电阻 二、知识链接 正特性湿敏半导瓷的导电机理: 当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时, 导致其表面层电子浓度下降, 但还不足以使表面层的空穴浓度增加到出现反型程度, 此时仍以电子导电为主。 于是, 表面电阻将由于电子浓度下降而加大, 这类半导瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。 15 2）半导体陶瓷湿敏电阻 二、知识链接 陶瓷湿敏传感器的优点： 湿度滞后小, 响应速度不超过10～15 s, 便于批量生产。 陶瓷湿敏传感器的缺点：其长期可靠性较差, 易受环境温度影响。 16 二、