湿敏传感器复习课程.ppt

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1、湿敏传感器9.1 湿度的基本概念湿度的基本概念 9.1.1相对湿度和绝对湿度相对湿度和绝对湿度空气的绝对湿度（空气的绝对湿度（PsPs）表示）表示单位体积内空气里所含水蒸气的质单位体积内空气里所含水蒸气的质量。量。通常把大气的绝对湿度跟当通常把大气的绝对湿度跟当时气温下的饱和水汽压酌百分比称时气温下的饱和水汽压酌百分比称为大气的相对湿度，为大气的相对湿度，9.1.2露点露点图 91 温度-相对湿度-露点的对应关系9.2 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数 v1，湿度量程 v2，感湿特征量相对湿度特性 曲线 v3，灵敏度 v4，湿度温度系数 v5，响应时间 v6，湿滞回线和湿滞回差 9.2

2、 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数图图 9 2 TiO2-V2O5湿度敏感器件的感湿特性曲线湿度敏感器件的感湿特性曲线9.2 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数图 93 Co3O4-TiO2湿敏传感器的温度特性9.2 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数图 94 K2O-Fe2O3湿度敏感器件的响应特性曲线9.2 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数图 95氯化锂（LiCl）湿度敏感器件的湿滞特性9.2 湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数综上所述，可以得知一个理想化的湿度敏感器件所应具备的性能和参数。v（1）使用寿命长，长期稳定性好。v（2）灵敏度高，感湿特性曲线的

3、线性度好。v（3）使用范围宽，湿度温度系数小。v（4）响应时间短。v（5）湿滞回差小。v（6）能在有害气体的恶劣环境中使用。v（7）器件的一致性和互换性好，易于批量生产，成本低廉。v（8）器件感湿特征量应在易测范围以内。9.3 湿度传感器的分类湿度传感器的分类v动物毛发随湿度增加而伸长，这是毛发式湿度计的原理，根据这一原理选择两片随湿度膨胀特性不同的材料叠加，可制成双片式湿度传感器。这种原理还被应用于光纤式湿度传感器。根据微波在不同湿度的空气中衰减也不同，研制了微波湿度传感器；根据不同湿度的空气对红外的吸收不同可制成红外湿度传感器。此外，还有干湿球式湿度传感器、双压式湿度传感器等等v湿度传感器

4、按信号转换方式可以分为电阻式、电容式、频率式等；按敏感材料的性质可分为电解质型、陶瓷式、有机高分子型、半导体型。9.4 陶瓷式湿度传感器陶瓷式湿度传感器 电阻式湿度传感器v1，TiO2-SnO2系复合氧化物半导体陶瓷湿度传感器 v2，TiO2系陶瓷湿敏组件 v3，BaTiO3-SrTio3系多功能陶瓷材料湿度-温度传感器 v4，MgCr2O4-TiO2（MCT）系湿敏元件 9.4 陶瓷式湿度传感器陶瓷式湿度传感器图 96 TiO2湿敏组件的湿滞曲线及湿敏特性图 97 TiO2-V2O5组件的阻-湿曲线9.4 陶瓷式湿度传感器陶瓷式湿度传感器vMgCr2O 4-TiO2半导体陶瓷的电阻率 v式中

5、0为起始电阻率，B是与材料有关的常数，T为绝对温度。图 98 MCT湿敏传感器结构图 99 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器相对湿度与电阻的关系9.4 陶瓷式湿度传感器陶瓷式湿度传感器陶瓷电容式湿度传感器 v多孔A12O3陶瓷电容式湿度传感器 v钽电容湿敏元件 图图 9 10 多孔湿敏组件的电容多孔湿敏组件的电容-湿度曲线湿度曲线9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器 高分子电阻式湿度传感器v高分子结构效应型湿度传感器 图图 9 11 元件结构图元件结构图图图 9 12 感湿膜湿度特性曲线感湿膜湿度特性曲线9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子

6、聚合物湿度传感器图图 9 13 湿度检测控制系统方块图湿度检测控制系统方块图9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器v高分子胀缩型结露传感器 在使用一定的树脂及导电性微粉的情况下，感湿膜的电阻变化规律表示为 RH为感湿膜的体电阻；C为导电微粉浓度；a、p为由树脂、导电微 粉决定的系数。图图 9 14 结露传感器的结构结露传感器的结构9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器 图图 9 15 湿度湿度-阻值特性曲线阻值特性曲线 图图 9 16 响应时间响应时间-温度关系曲线温度关系曲线9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物

7、湿度传感器v高分子电容式湿度传感器 v原理：基于电极间的高分子感湿材料吸附环境中的水分子时介电常数变化制成高分子电容式湿度传感器，其电容量与环境中水蒸气相对压（pp0）关系可由下式表示9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器v感湿感湿电容及其特性容及其特性图图 9 17 高分子电容式湿度传感器结构图高分子电容式湿度传感器结构图图图 9 18 感湿特性曲线感湿特性曲线9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器图图 9 19 Vaisala 湿度传感器特性湿度传感器特性9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器vHum

8、irel相对湿度电容传感器图图 9 20 NK-Humirel 湿度传感器结构图湿度传感器结构图9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器图图 9 21 MHS1100相对湿度的关系曲线相对湿度的关系曲线9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器有机物及高分子聚合物湿度传感器图图 9 22 湿度传感器的线性输出应用电路湿度传感器的线性输出应用电路9.6 半导体结型和半导体结型和MOS型湿度传感器型湿度传感器 v湿敏二极管 图图 9 23 SnO2湿敏二极管的结构湿敏二极管的结构图图 9 24 SnO2湿敏二极管感湿特性曲线湿敏二极管感湿特性曲线9.6 半导体结型和半导体结

9、型和MOS型湿度传感器型湿度传感器v湿敏MOS场效应管输出电压Vout与膜的电容Cs有如下关系：RL为与漏极相连接的负载电阻；gm为FET的跨导；Ci为绝缘层的电容；Cs为取决于环境的相对湿度和其他适当的常数。9.6 半导体结型和半导体结型和MOS型湿度传感器型湿度传感器图图 9 25 MOSEFET湿敏器件的横截面图湿敏器件的横截面图9.6 半导体结型和半导体结型和MOS型湿度传感器型湿度传感器图图 9 26 湿敏器件的等效电路图湿敏器件的等效电路图图 927 25 V0=2.5V,U0=300mV,f=10KHz时输出电压与相对湿度的关系9.7 固体电解质界限电流式高温湿度传感器固体电解质

10、界限电流式高温湿度传感器 v固体电解质界限电流式湿度传感器的结构与工作原理 图图 9 28 氧浓差电池结构及原理图氧浓差电池结构及原理图9.7 固体电解质界限电流式高温湿度传感器固体电解质界限电流式高温湿度传感器图图 9 29 有水蒸气的界限电流特性的变化有水蒸气的界限电流特性的变化9.7 固体电解质界限电流式高温湿度传感器固体电解质界限电流式高温湿度传感器v固体电解质界限电流式湿度传感器的特性 图图 9 30 随相对湿度变化的电流随相对湿度变化的电流-电压特性电压特性图图 9 31 水蒸气分压与水蒸气分压与I的关系的关系9.8 溶性电解质湿度传感器溶性电解质湿度传感器v登莫（Dunmore）式 图图 9 32 登莫式传感器结构登莫式传感器结构图图 9 33 登莫式传感器电阻登莫式传感器电阻-湿度特性湿度特性9.8 溶性电解质湿度传感器溶性电解质湿度传感器v浸渍式 图 934 玻璃带上浸LiCl的湿度传感器的结构图 935 玻璃带上浸LiCl的湿度传感器的感湿特性曲线9.8 溶性电解质湿度传感器溶性电解质湿度传感器v光硬化树脂电解质湿敏元件 表表 9 1 典型氯化锂湿敏元件主要技术特性典型氯化锂湿敏元件主要技术特性此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢