chapter固態(tài)傳感器濕敏實用PPT學習教案

1、會計學1chapter固態(tài)傳感器濕敏實用固態(tài)傳感器濕敏實用之比，一般用符號%RH表示。相對濕度給出大氣的潮濕程度，它是一個無量綱的量，在實際使用中多使用相對濕度這一概念。第1頁/共49頁喪失其原有的性質(zhì)；n濕信息的傳遞必須靠水對濕敏器件直接接觸來完成，因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中，不能密封。第2頁/共49頁n互換性好、制造簡單、價格便宜；n微型化、集成化是濕敏器件的發(fā)展方向。第3頁/共49頁第4頁/共49頁第5頁/共49頁第6頁/共49頁n這兩種方法統(tǒng)稱為水蒸氣百分含量法。第7頁/共49頁n所含水蒸氣的質(zhì)量，其定義為：100%seRHe3 g/mvmV第8頁/共49頁nR：理想氣體常數(shù)

2、；nT：空氣的絕對溫度。veMRT第9頁/共49頁空氣的露點溫度，簡稱露點。如果這一溫度低于0時，水蒸氣將結(jié)霜，又稱為霜點溫度。n空氣中水蒸氣壓越小，露點越低，因而可用露點表示空氣中的濕度。第10頁/共49頁5010203040-1001020304050溫度/10%RH露點/90%RH80%RH70%RH60%RH50%RH40%RH20%RH30%RH圖1 溫度相對濕度 露點的對應關(guān)系 第11頁/共49頁圖2 濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖 12341引線；2基片；3感濕層；4金電極第12頁/共49頁高。反之，環(huán)境相對濕度變低時，則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而實現(xiàn)對濕度的測量。第13頁/共49頁圖

3、3 氯化鋰濕度電阻特性曲線 吸附脫附157.06.56.05.55.04.54.0405060708090相對濕度 / %RH電阻值的對數(shù) /第14頁/共49頁自動地轉(zhuǎn)換完成整個濕度范圍的濕度測量。 n氯化鋰濕敏元件的優(yōu)點是滯后小，不受測試環(huán)境風速影響， 檢測精度高達%，但其耐熱性差，不能用于露點以下測量，器件性能重復性不理想，使用壽命短。第15頁/共49頁第16頁/共49頁1 引線2 多孔性電極3 多孔陶瓷4 加熱絲5 底座6 塑料外殼7 引腳圖4 陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu)圖 第17頁/共49頁其電阻率變化高達4個數(shù)量級以上。n所以在測量電路中必須考慮采用對數(shù)壓縮手段。第18頁/共49頁電勢下降較

4、多，不僅使表面層的電子耗盡，同時吸引更多的空穴達到表面層，有可能使到達表面層的空穴濃度大于電子濃度，出現(xiàn)所謂表面反型層，這些空穴稱為反型載流子。它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導特性。第19頁/共49頁其電阻率都隨濕度的增加而下降。n圖4表示了幾種負特性半導瓷阻值與濕度之關(guān)系。圖 4 幾種半導瓷濕敏負特性 020406080100相 對 濕 度 / %RH106105104103電 阻 / 1231ZnOLiO2V2O5系 ；2SiNa2OV2O5系 ；3TiO2MgOCr2O3系第20頁/共49頁半導瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大。第21頁/共49頁導瓷的總電阻值的升高沒有負特性材料的

5、阻值下降得那么明顯。第22頁/共49頁圖5 Fe3O4半導瓷的正濕敏特性 020406080100相對濕度 / %RH80100120140160180200220電阻 / 100%RH時，負特性材料的阻值均下降3個數(shù)量級，而正特性材料的阻值只增大了約一倍。第23頁/共49頁 置由鎳鉻絲制成的加熱線圈，以便對器件加熱清洗，排除惡劣氣氛對器件的污染。整個器件安裝在陶瓷基片上，電極引線一般采用鉑銥合金。 第24頁/共49頁圖6 MgCr2O4-TiO2陶瓷 第25頁/共49頁圖7 MgCr2O4-TiO2陶瓷濕度傳感器相對濕度與電阻的關(guān)系 020406080100相 對 濕 度 / %RH1031

6、04105106107108電 阻 / 20406080第26頁/共49頁 ZnO-Cr2O3濕敏元件的結(jié)構(gòu)是將多孔材料的金電極燒結(jié)在多孔陶瓷圓片的兩表面上，并焊上鉑引線，然后將敏感元件裝入有網(wǎng)眼過濾的方形塑料盒中用樹脂固定，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。 ZnO-Cr2O3傳感器能連續(xù)穩(wěn)定地測量濕度，而無須加熱除污裝置，因此功耗低于0.5，體積小，成本低，是一種常用測濕傳感器。 第27頁/共49頁圖8 ZnO-Cr2O3陶瓷濕敏傳感器結(jié)構(gòu) 第28頁/共49頁 濕敏器件四氧化三鐵濕敏器件由基片、電極和感濕膜組成，器件構(gòu)造如圖9所示?；牧线x用滑石瓷，光潔度為1011，該材料的吸水率低，機械強度高，化學性

7、能穩(wěn)定。 圖9 Fe3O4濕敏元件構(gòu)造第29頁/共49頁多的導流通路，所以元件阻值減小。n當處于干燥環(huán)境中，膠膜脫濕，粒間接觸面減小，元件阻值增大。n當環(huán)境溫度不同時， 涂覆膜上所吸附的水分也隨之變化，使梭狀金電極之間的電阻產(chǎn)生變化。第30頁/共49頁圖10 MCS型Fe3O4濕敏器件的 相 對 濕 度 / %RH電 阻 / 103204060010480100105106107第31頁/共49頁圖 11 MCS型Fe3O4濕敏器件的 相對濕度 / %RH20103406080104105106電阻 / abcdea5b15c25d35e45第32頁/共49頁 第33頁/共49頁測量誤差。有時

8、可用重新加熱脫濕的辦法來解決。第34頁/共49頁敏度降低，性能變壞。第35頁/共49頁圖12 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu)引線端感濕膜梳狀電極基片第36頁/共49頁第37頁/共49頁感濕膜不會被破壞。n交流電源的頻率選擇是在不產(chǎn)生正、負離子定向積累情況下盡可能低一些。在高頻情況下，測試引線的容抗明顯下降，會把濕敏電阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會產(chǎn)生集膚效應，阻值發(fā)生變化，影響到測濕靈敏度和準確性。第38頁/共49頁nTnR0：在T=0相對濕度H=0時的阻值；nA：濕度常數(shù)；nB：溫度常數(shù)。AHTBRRexp0第39頁/共49頁n數(shù)為0.4RH/，則引起12RH/的誤差,必須進行溫度補償。2

9、1=RBRTT 溫度系數(shù)1RARH 濕度系數(shù)2ATBTH濕度系數(shù)溫度系數(shù)第40頁/共49頁圖13 濕度傳感器測量電路原理框圖A2A1A3A4A5A6+_濕敏元件R1R2R3R4R5R6RTUSCC1C2C3WD1振蕩器放大電路傳感器驅(qū)動電路整流電路對數(shù)溫補電路第41頁/共49頁合于氯化鋰濕度傳感器。第42頁/共49頁圖14 電橋測濕電路框圖振蕩器電 橋放大器橋式整流電表指示直流電源9V濕度傳感器第43頁/共49頁9V100mA100mA100k傳感器傳感器濕度濕度3AX3 2 210k100k6 63DG62k2k2.2k10FF10FF20FF10FF2 20FF3k3k2 2U U10FF51k51k51k51k圖15 便攜式濕度計的實際電路第44頁/共49頁圖16 歐姆定律電路220V220V22k51k3V2AP94 4輸入輸入Rd插口插口0.0