气敏湿敏传感器讲PPT学习教案.pptx

会计学 1气敏湿敏传感器讲第一页，共91页。n n 气敏传感器是一种(y zhn)检测特定气体的传感器。n n 它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。8.1 气敏传感器第1页/共91页第二页，共91页。n n 它的应用主要有：n n 一氧化碳气体的检测n n 瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测n n 呼气中乙醇的检测、人体(rnt)口腔口臭的检测等等。第2页/共91页第三页，共91页。第3页/共91页第四页，共91页。第4页/共91页第五页，共91页。n n 气敏传感器将浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；n n 还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制(kngzh)和报警系统。第5页/共91页第六页，共91页。由于气体种类繁多，性质也各不相同，不可能用一种传感器检测(jin c)所有类别的气体，因此半导体气敏传感器的种类非常多。第6页/共91页第七页，共91页。按制造(zhzo)工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。第7页/共91页第八页，共91页。(1)烧结型气敏元件将元件的电极和加热器均埋在金属(jnsh)氧化物气敏材料中，经加热成型后低温烧结而成。目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件，它的加热温度较低，一般在 200-300，SnO2气敏半导体对许多可燃性气体，如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。第8页/共91页第九页，共91页。(2)薄膜型气敏元件采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上制成金属氧化物薄膜（厚度0.1m以下），构成薄膜型气敏元件。氧化锌（ZnO）薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘基片，通过真空镀膜在基片上蒸镀锌金属，用铂或钯膜作引出电极(dinj)，最后将基片上的锌氧化。第9页/共91页第十页，共91页。氧化锌敏感材料是N型半导体，当添加铂作催化剂时，对丁烷、丙烷、乙烷(y wn)等烷烃气体有较高的灵敏度，而对H2、CO2等气体灵敏度很低。若用钯作催化剂时，对H2、CO有较高的灵敏度，而对烷烃类气体灵敏度低。因此，这种元件有良好的选择性，工作温度在400500的较高温度。第10页/共91页第十一页，共91页。(3)厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上，在400800的温度下烧结12小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。以上三种气敏器件都附有加热器，在实际应用时，加热器能使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体(qt)氧化还原反应，从而提高器件的灵敏度和响应速度。第11页/共91页第十二页，共91页。1.1.气敏电阻 气敏电阻(dinz)(dinz)的工作原理 的工作原理 气敏电阻的材料(cilio)是金属氧化物，在合成材料(cilio)时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。第12页/共91页第十三页，共91页。金属(jnsh)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。第13页/共91页第十四页，共91页。为了(wi le)提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还渗入了催化剂，如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。第14页/共91页第十五页，共91页。金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示(xinsh)气敏特性。第15页/共91页第十六页，共91页。(半导体的功函数与气体吸附分子的亲和力或离解能比较）：通常(tngchng)器件工作在空气中，空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。第16页/共91页第十七页，共91页。第17页/共91页第十八页，共91页。第18页/共91页第十九页，共91页。该类气敏元件通常工作在高温状态（200450），目的是为了(wi le)加速上述的氧化还原反应。第19页/共91页第二十页，共91页。例如，用氧化锡制成的气敏元件(yunjin)，在常温下吸附某种气体后，其电导率变化不大，若保持这种气体浓度不变，该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加，尤其在100300 范围内电导率变化很大。显然，半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。气敏元件(yunjin)的基本测量电路如图10-1（a）所示。氧化锡、氧化锌材料气敏元件(yunjin)输出电压与温度的关系如图10-1（b）所示。第20页/共91页第二十一页，共91页。图中EH为加热电源，EC为测量电源，电阻中气敏电阻值的变化引起电路(dinl)中电流的变化，输出电压（信号电压）由电阻Ro上取出。图10-1 输出电压与温度(wnd)关系第21页/共91页第二十二页，共91页。第22页/共91页第二十三页，共91页。n n 气敏元件工作时需要(xyo)本身的温度比环境温度高很多。因此，气敏元件结构上，有电阻丝加热，结构如图10-2所示，1和2是加热电极，3和4是气敏电阻的一对电极。图10-2 气敏元件(yunjin)结构第23页/共91页第二十四页，共91页。第24页/共91页第二十五页，共91页。3.测量(cling)电路第25页/共91页第二十六页，共91页。第26页/共91页第二十七页，共91页。第27页/共91页第二十八页，共91页。第28页/共91页第二十九页，共91页。第29页/共91页第三十页，共91页。城市煤气报警器（甲烷、一氧化碳 城市煤气报警器（甲烷、一氧化碳(yynghutn)(yynghutn)、酒精）、酒精）第30页/共91页第三十一页，共91页。第31页/共91页第三十二页，共91页。第32页/共91页第三十三页，共91页。第33页/共91页第三十四页，共91页。检测停车场内有害气体(qt)浓度第34页/共91页第三十五页，共91页。第35页/共91页第三十六页，共91页。8.2湿敏传感器 主要应用有：精密仪器、半导体集成电路与元器件制造场所；气象预报；医疗卫生；食品加工；农业(nngy)生产等行业。第36页/共91页第三十七页，共91页。分类(fn li)：电解质型：以氯化锂为例，它在绝缘基板上制作(zhzu)一对电极，涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解，并产生离子导电，随湿度升高而电阻减小。第37页/共91页第三十八页，共91页。陶瓷型：一般以金属氧化物为原料，通过陶瓷工艺，制成一种(y zhn)多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。第38页/共91页第三十九页，共91页。第39页/共91页第四十页，共91页。高分子型：先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极(dinj),通过浸渍或涂覆,使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的材料种类也很多,工作原理也各不相同。第40页/共91页第四十一页，共91页。单晶半导体型：所用材料主要(zhyo)是硅单晶，利用半导体工艺制成。制成二极管湿敏器件和MOSFET 湿度敏感器件等。其特点是易于和半导体电路集成在一起。第41页/共91页第四十二页，共91页。1、电解质湿度传感器 电解质是以离子形式导电的物质，分为固体电解质和液体电解质。若物质溶于水中，在极性水分子作用下，能全部或部分地离解为自由移动的正、负离子，称为(chn wi)液体电解质。电解质溶液的电导率与溶液的浓度有关，而溶液的浓度，在一定的温度下又是环境相对湿度的函数。如由氯化锂与聚乙烯醇组成的混合体。第42页/共91页第四十三页，共91页。电解质氯化锂湿度(shd)传感器最为典型0 30 60 900.010.1110R/10 8 相对湿度/%1.0%L i Cl 2.2%L i Cl 0.5%L i Cl 0.25%L i Cl PVAC氯 化 锂 湿 度 传 感器的阻 湿 特性组合式氯化锂的阻湿特性0 30 60 900.010.1110相对湿度/%R/10 8 把不同感湿范围的单片湿度传感器组合(zh)起来,可制成相对湿度工作量程为2090RH的湿度传感器第43页/共91页第四十四页，共91页。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，且不能用于露点(ldin)以下测量，器件性能的重复性不理想，使用寿命短。第44页/共91页第四十五页，共91页。2、陶瓷湿度传感器 利用半导体陶瓷材料制成的陶瓷湿度传感器。优点：测湿范围宽；可实现全湿范围内的湿度测量；工作温度高，常温湿度传感器的工作温度在150以下，而高温湿度传感器的工作温度可达800；响应时间较短；精度高，抗污染能力(nngl)强，工艺简单，成本低廉。第45页/共91页第四十六页，共91页。典型产品：烧结(shoji)型陶瓷湿敏元件是MgCr2O4TiO2系。此外，还有TiO2-V2O5系、ZnOLi2OV2O5系、ZnCr2O4系、ZrO2MgO系、Fe3O4系、Ta2O5系等。这类湿度传感器的感湿特征量大多数为电阻。除Fe3O4外，都为负特性湿度传感器。也有少数陶瓷湿度传感器，它的感湿特性量为电容。第46页/共91页第四十七页，共91页。1）、结构 该湿度传感器的感湿体是MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷。这种多孔陶瓷的气孔大部分为粒间气孔,气孔直径随TiO2添加量的增加而增大。粒间气孔与颗粒大小无关,相当于一种开口毛细管,容易(rngy)吸附水分。材料的主晶相是MgCr2O4相,此外,还有TiO2相等,感湿体是一个多晶多相的混合物。陶瓷湿敏元件结构图护圈电极感湿陶瓷氧化钌电极加热器基板电极引线第47页/共91页第四十八页，共91页。第48页/共91页第四十九页，共91页。2）、主要特性与性能（a）电阻一湿度特性 MgCr2O4TiO2系陶瓷(toc)湿度传感器的电阻一湿度特性，随着相对湿度的增加，电阻值急骤下降，基本按指数规律下降。在单对数的坐标中，电阻湿度特性近似呈线性关系。当相对湿 度 由 0变 为 100 RH时，阻 值 从 107下 降 到104，即变化了三个数量级。20 406080100103104105106107108相 对 湿 度(xingdu shd)/%R/第49页/共91页第五十页，共91页。（b）电阻温度特性 是在不同的温度环境下，测量陶瓷湿度传感器的电阻湿度特性。从图可见，从20到80各条曲线的变化规律基本一致，具有负温度系数，其感湿负 温 度 系 数 为 0.38 RH。如 果 要 求 精 确(jngqu)的湿度测量，需要对湿度传感器进行温度补偿。20 406080100103104105106107108相 对 湿 度(xingdu shd)/%20406080R/MgCr2O4-TiO2 系湿度传 感器的电 阻温度(wnd)特性第50页/共91页第五十一页，共91页。MgCr2O4-TiO2 系 湿 度传 感 器 的时间 响应(xingyng)特性204060801000 1020 3094%RH 50%RH1%RH 50%RH t/s%RH（c）响应(xingyng)时间 响 应(xingyng)时 间 特 性 如 图。根 据 响 应(xingyng)时 间 的 规 定，从 图 中 可 知，响 应(xingyng)时间小于10s。第51页/共91页第五十二页，共91页。（d）稳定性 制成的MgCr2O4-TiO2系陶瓷类湿度传感器，需要实验：高温负荷实验(大气中，温度150，交流电压5V，时间104h)；高温高湿负荷试验(湿度大于95RH，温度60，交流电压5V，时间104h)；常温常湿试验湿度(1090)RH，温度(1040)；油气循环试验(油蒸气加热清洗循环25万次，交流电压5V)。经过以上各种试验，大多数陶瓷湿度传感器仍能可靠地工作，说明(shumng)稳定性比较好。第52页/共91页第五十三页，共91页。3、高分子湿度传感器 用 有 机 高 分 子 材 料(cilio)制 成 的 湿 度 传 感 器，主 要 是 利 用 其 吸 湿 性 与 胀 缩 性。某 些 高 分 子 电 介质 吸 湿 后，介 电 常 数 明 显 改 变，制 成 了 电 容 式 湿度 传 感 器；某 些 高 分 子 电 解 质 吸 湿 后，电 阻 明 显变 化，制 成 了 电 阻 式 湿 度 传 感 器；利 用 胀 缩 性 高分 子（如 树 脂）材 料(cilio)和 导 电 粒 子，在 吸湿之后的开关特性，制成了结露传感器。1）电容式湿度传感器（a)、结构高分子薄膜电介质电容式湿度传感器的基本(jbn)结构。第53页/共91页第五十四页，共91页。(b)、感湿机理与性能 电容式高分子湿度传感器，其上部多孔质的金电极可使水分子透过，水的介电系数比较大，室温时约为79。感湿高分子材料的介电常数并不大，当水分子被高分子薄膜吸附时，介电常数发生变化。随着环境湿度的提高，高分子薄膜吸附的水分子增多，因而(yn r)湿度传感器的电容量增加。所以根据电容量的变化可测得相对湿度。第54页/共91页第五十五页，共91页。（2）响应特性 由于高分子薄膜可以做得极薄，所以吸湿响应时间都很短，一般都小于5s，有的响应时间仅为1s。（3）电容一温度(wnd)特性 电容式高分子膜湿度传感器的感湿特性受温度(wnd)影响非常小，在550范围内,电容温度(wnd)系数约为0.06RH/相 对 湿 度/%0 50 100200250300350电 容 湿 度特性C/pF（f=1.5MHZ）（1）电容(dinrng)湿度特性 其电容(dinrng)随着环境温度的增加而增加,基本上呈线性关系。当测试频率为l.5MHz左右时,其输出特性有良好的线性度。对其它测试频率,如1kHz、10kHz，尽管传感器的电容(dinrng)量变化很大,但线性度欠佳。可外接转换电路,使电容(dinrng)湿度特性趋于理想直线。第55页/共91页第五十六页，共91页。（2）电阻式高分子膜湿度(shd)传感器(a)、结构 聚苯乙烯磺酸锂湿度(shd)传感器的结构。引线(ynxin)端感湿膜梳状电极(dinj)基片第56页/共91页第五十七页，共91页。(b)、主要特性（1）电阻湿度特性 当环境湿度变化(binhu)时，传感器在吸湿和脱湿两种情况的感湿特性曲线，如图。在整个湿度范围内，传感器均有感湿特性，其阻值与相对湿度的关系在单对数坐标纸上近似为一直线。吸湿和脱湿时湿度指示的最大误差值为(34)RH。1K30 40 50 60 70 80 90吸湿(x sh)10K100K1M10M相对湿度(xingdu shd)/%R/脱湿3%R H电阻湿度特性第57页/共91页第五十八页，共91页。（2）温度特性 聚苯乙烯磺酸锂的电导率随温度的变化较为明显，具有(jyu)负温度系数。在(055)时，温度系数为(0.61.0)RH/。0 40 2010 460 80 100501010 210 3聚苯乙烯磺酸(hun sun)锂湿度传感器的湿度特性2540R/相对湿度(xingdu shd)/%第58页/共91页第五十九页，共91页。（3）其它特性 优点：升湿响应时间比较快，降湿响应时间比较慢，响应时间在一分钟之内。湿滞比较小，在(12)RH之间。这种湿度传感器具有良好的稳定性。存储一年后，其最大变化不超过2RH，完全可以满足器件稳定性的要求。缺点：对于(duy)含有机溶媒气体的环境下测湿时，器件易损坏；另外不能用于80以上的高温。第59页/共91页第六十页，共91页。4、湿度(shd)表示法 空气中含有水蒸气的量称为湿度(shd)，含有水蒸气的空气是一种混合气体。主要有质量百分比和体积百分比、相对湿度(shd)和绝对湿度(shd)、露点（霜点）等表示法。第60页/共91页第六十一页，共91页。1)、质量(zhling)百分比和体积百分比 质量(zhling)为M的混合气体中，若含水蒸气的质量(zhling)为m，则质量(zhling)百分比为m M100第61页/共91页第六十二页，共91页。vV100 这两种方法(fngf)统称为水蒸气百分含量法。在体积(tj)为V的混合气体中，若含水蒸气的体积(tj)为v，则体积(tj)百分比为第62页/共91页第六十三页，共91页。2)、相对湿度和绝对湿度 水蒸气压：指在一定的温度条件下，混合气体中存在(cnzi)的水蒸气分压(p)。饱和蒸气压：是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值(ps)。温度越高，饱和水蒸气压越大。相对湿度：在某一温度下，其水蒸气压同饱和蒸气压的百分比，称为相对湿度。第63页/共91页第六十四页，共91页。2)、相对湿度(xingdu shd)和绝对湿度 绝对湿度：表示单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其定义为m待测空气(kngq)中水蒸气质量；V待测空气(kngq)的总体积；v待测空气(kngq)的绝对湿度。第64页/共91页第六十五页，共91页。3)、露（霜）点 水的饱和蒸气压随温度的降低而逐渐下降。在同样的空气水蒸气压下，温度越低，则空气的水蒸气压与同温度下水的饱和蒸气压差值越小。露点(ldin)：当空气温度下降到某一温度时，空气中的水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。此时，空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠，相对湿度为100RH。该温度，称为空气的露点(ldin)温度，简称露点(ldin)。霜点：如果这一温度(wnd)低于0时，水蒸气将结霜，又称为霜点温度(wnd)。两者统称为露点。空气中水蒸气压越小，露点越低，因而可用露点表示空气中的湿度。第65页/共91页第六十六页，共91页。50 10 20 30 40-1001020304050温度/10%RH露点/90%RH80%RH70%RH60%RHH50%RH40%RH20%RH30%RH第66页/共91页第六十七页，共91页。5、湿度传感器的主要参数 1)、湿度量程 指湿度传感器技术规范中所规定的感湿范围。全湿度范围用相对湿度(0100)RH表示，它是湿度传感器工作性能的一项重要(zhngyo)指标。第67页/共91页第六十八页，共91页。2)、感湿特征量相对湿度特性 每种湿度传感器都有其感湿特征量，如电阻、电容等，通常用电阻比较多。以电阻为例，在规定的工作湿度范围内，湿度传感器的电阻值(z zh)随环境湿度变化的关系特性曲线，简称阻湿特性。有的湿度传感器的电阻值(z zh)随湿度的增加而增大，这种为正特性湿敏电阻器，如Fe3O4湿敏电阻器。有的阻值(z zh)随着湿度的增加而减小，这种为负特性湿敏电阻器，如TiO2SnO2陶瓷湿敏电阻器。第68页/共91页第六十九页，共91页。3)、感湿灵敏度(湿度系数)定义:是在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1RH时，湿度传感器电参量的变化值或百分率。各种不同的湿度传感器，对灵敏度的要求各不相同，对于低湿型或高湿型的湿度传感器，它们的量程较窄，要求灵敏度要很高。但对于全湿型湿度传感器，并非灵敏度越大越好，因为(yn wi)电阻值的动态范围很宽，给配制二次仪表带来不利，所以灵敏度的大小要适当。第69页/共91页第七十页，共91页。71 4)、特征量温度(wnd)系数 反映湿度传感器在感湿特征量相对湿度特性曲线随环境温度(wnd)而变化的特性。感湿特征量随环境温度(wnd)的变化越小，环境温度(wnd)变化所引起的相对湿度的误差就越小。在环境温度(wnd)保持恒定时，湿度传感器特征量的相对变化量与对应的温度(wnd)变化量之比，称为特征量温度(wnd)系数。T温度25与另一规定环境温度之差；R1(C1)温度25时湿度(shd)传感器的电阻值(或电容值)；R2(C2)另一规定环境温度时湿度(shd)传感器的电阻值(或电容值)。电容温度(wnd)系数(%/)=电阻温度系数(%/)=第70页/共91页第七十一页，共91页。5)、感湿温度系数 它表示在两个规定的温度下，湿度传感器的电阻值(或电容值)达到相等时，其对应(duyng)的相对湿度之差与两个规定的温度变化量之比，称为感湿温度系数。或环境温度每变化1时，所引起的湿度传感器的湿度误差。感湿温度系数 T温度25与另一规定环境温度之差；H1温度25时湿度传感器某一电阻值(或电容值)对应(duyng)的相对湿度值；H2另一规定环境温度下湿度传感器另一电阻值(或电容值)对应(duyng)的相对湿度。下图为感湿温度系数示意图。(%RH/)=第71页/共91页第七十二页，共91页。相 对 湿 度(xingdu shd)/%H1H2H2感湿温度(wnd)系数示意图相 对 湿 度(xingdu shd)/%H1H2H2R CT2T2T2T22525(a)电 阻型(b)电 容型第72页/共91页第七十三页，共91页。6)、响应时间 定义：在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿度传感器的电参量达到稳态变化量的规定比例所需要的时间。一般是以相应的起始和终止这一相对湿度变化区间的63作为(zuwi)相对湿度变化所需要的时间，也称时间常数，它是反映湿度传感器相对湿度发生变化时，其反应速度的快慢。单位是s。也有规定从起始到终止90的相对湿度变化作为(zuwi)响应时间的。响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间，一般以脱湿响应时间作为(zuwi)湿度传感器的响应时间。第73页/共91页第七十四页，共91页。7)、电压特性 当用湿度(shd)传感器测量湿度(shd)时，所加的测试电压，不能用直流电压。这是由于加直流电压引起感湿体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，故测试电压采用交流电压。右图表示湿度传感器的电阻与外加交流电压之间的关系。可见(kjin)，测试电压小于5V 时，电压对阻 湿特性没有影响。但交流电压大于15V 时，由于产生焦耳热，对湿度传感器的阻 湿特性产生了较大影响，因而一般湿度传感的使用电压都小于10V。Lg R/0 1 2 3 4 56578420 100Hz11%RH33%RH75%RH100%RHU/V第74页/共91页第七十五页，共91页。76电阻(dinz)频率特性20 5V11%RH33%RH100%RHLg f/Hz0 1 2 3 4 56578475%RHLg R/8)、频率(pnl)特性 湿度传感器的阻值与外加测试电压频率(pnl)的关系，如图。在高湿时，频率(pnl)对阻值的影响很小，当低湿高频时，随着频率(pnl)的增加，阻值下降。对这种湿度传感器，在各种湿度下，当测试频 率(pnl)小 于 103Hz时，阻 值 不 随 使 用 频 率(pnl)而变化，故该湿度传感器使用频率(pnl)的上限为103Hz。湿度传感器的使用频率(pnl)上限由实验确定。直流电压会引起水分子的电解，因此，测试电压频率(pnl)也不能太低。第75页/共91页第七十六页，共91页。6、湿度传感器的测量电路(dinl)（一）检测电路(dinl)的选择 第76页/共91页第七十七页，共91页。1)、电源(dinyun)选择 一切电阻式湿度传感器都必须使用交流电源(dinyun)，否则性能会劣化甚至失效。电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的，在直流电源(dinyun)作用下，正、负离子必然向电源(dinyun)两极运动，产生电解作用，使感湿层变薄甚至被破坏；在交流电源(dinyun)作用下，正负离子往返运动，不会产生电解作用，感湿膜不会被破坏。交流电源(dinyun)的频率选择是，在不产生正、负离子定向积累情况下尽可能低一些。在高频情况下，测试引线的容抗明显下降，会把湿敏电阻短路。另外，湿敏膜在高频下也会产生集肤效应，阻值发生变化，影响到测湿灵敏度和准确性。第77页/共91页第七十八页，共91页。2)温度补偿(bchng)湿度传感器具有正或负的温度系数，其温度系数大小不一，工作温区有宽有窄。所以要考虑温度补偿(bchng)问题。对于半导体陶瓷传感器，其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系，通常其温度关系属于NTC型，即 H：相对湿度；T：绝对温度(juduwnd)；R0：在T=0相对湿度H=0时的阻值；A：湿度常数；B：温度常数。温度(wnd)系数湿度系数湿度温度系数 若传感器的湿度温度系数为0.07RH/，工作温度差为30，测量误差为0.21RH/，则不必考虑温度补偿；若湿度温度系数为0.4RH/，则引起12RH/的误差,必须进行温度补偿。第78页/共91页第七十九页，共91页。3)线性化 湿度传感器的感湿特征量与相对湿度之间的关系不是线性的，这给湿度的测量(cling)、控制和补偿带来了困难。需要通过一种变换使感湿特征量与相对湿度之间的关系线性化。下图为湿度传感器测量(cling)电路原理框图。A2A1A3A4A5A6+_湿 敏 元 件(yunjin)R1R2R3R4 R5R6RTUSCC1C2C3W湿度传感器测量(cling)电路原理框图D1振 荡 器放大 电 路传 感器驱动电 路整流 电 路对 数温 补电 路第79页/共91页第八十页，共91页。（二）典型电路 电阻式湿度传感器，其测量电路主要有两种形式:1电桥电路 振荡器对电路提供交流电源。电桥的一臂为湿度传感器，由于湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化，于是(ysh)电桥失去平衡，产生信号输出，放大器可把不平衡信号加以放大，整流器将交流信号变成直流信号，由直流毫安表显示。振荡器和放大器都由9V直流电源供给。电桥法适合于氯化锂湿度传感器。振荡器 电 桥 放大器桥式整流(zhngli)电表(din bio)指示直流电源9V湿度传感器电桥测湿电路框图第80页/共91页第八十一页，共91页。100k传 感器湿 度(shd)3AX3 210k100k63DG62k2k2.2k 9V10F10F20F10F20F3k2U10F51k51k100mA便携式湿度计的实际(shj)电路 第81页/共91页第八十二页，共91页。2欧姆定律电路(dinl)此电路(dinl)适用于可以流经较大电流的陶瓷湿度传感器。由于测湿电路(dinl)可以获得较强信号，故可以省去电桥和放大器，可以用市电作为电源，只要用降压变压器即可。其电路(dinl)图如图。欧 姆定律 电 路(dinl)220V22k51k3V2AP94输 入(shr)Rd插 口0.05F2第82页/共91页第八十三页，共91页。3带温度补偿的湿度测量(cling)电路 在实际应用中，需要同时考虑对湿度传感器进行线性处理和温度补偿，常常采用运算放大器构成湿度测量(cling)电路。下图为湿度测量(cling)电 路 中 Rt是 热 敏 电 阻 器(20k，B=4100K)；RH为H204C湿度传感器，运算放大器型号为LM2904。该电路的湿度电压特性及温度特性表明：在(3090)RH、1535范围内，输出电压表示的湿度误差不超过3RH。_+_+1V120HZ51k91k22k91kRH+12V-12VD20F47k100k100k330kUOUT-VSRtA2A1第83页/共91页第八十四页，共91页。第84页/共91页第八十五页，共91页。第85页/共91页第八十六页，共91页。第86页/共91页第八十七页，共91页。第87页/共91页第八十八页，共91页。第88页/共91页第八十九页，共91页。第89页/共91页第九十页，共91页。第90页/共91页第九十一页，共91页。