传感器原理及应用-第9章幻灯片.ppt

概述 气敏传感器：检测气体浓度和成分，主要用于环境保护和安全监督等方面。 湿敏传感器：检测湿度情况，广泛应用于工业、农业、国防、科技和生活等各个领域。 9.1 气敏传感器 分类： 通常以气敏特性来分类，主要可分为： 半导体型气敏传感器， 电化学型气敏传感器， 固体电解质气敏传感器， 接触燃烧式气敏传感器， 光化学型气敏传感器， 高分子气敏传感器等。 一、半导体气敏传感器 元件材料：金属氧化物或金属半导体氧化物， 作用原理：与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度，并将其变换成电信号输出。 应用范围：可用于检测气体中的特定成分（CO、CO2、甲醛、酒精、氧气、氢气等）。 应用场合： 一般用于易燃、易爆、有毒、有害气体的检测和报警。 基本要求： 1、对被测气体有高的灵敏度。 2、气体选择性好。 3、能够长期稳定工作。 4、响应速度快。 例3：矿井瓦斯超限报警器 9.2 湿敏传感器 一、湿度及其表示 湿度是指大气中所含的水蒸汽量。 （1）绝对湿度 单位体积空间内所含有水蒸汽的质量(密度)。 （2）相对湿度 被测空气中实际所含水蒸汽的分压和同温度下饱和水蒸汽分压的百分比。 （3）露点温度 空气压力不变，为使其所含水蒸气达到饱和状态，必须冷却到的温度称为露点温度。 气温与露点温度差越小，表示空气越接近饱和。 二、湿敏传感器 利用湿敏元件的电气特性（如电阻值）随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器。 湿敏元件一般是在绝缘物上浸渍吸湿性物质，或通过蒸发、涂覆等工艺在表面上制备一层金属、半导体、高分子薄膜和粉末状颗粒而制成的元器件。 1、氯化锂湿敏传感器 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。 3、电容湿敏传感器 电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。 薄片状电容式湿敏传感元件：湿敏元件是一种吸湿性电介质材料的介电常数随湿度而变化的薄片状电容器。吸湿性电介质材料（感湿材料）主要有高分子聚合物（例如乙酸-丁酸纤维素和乙酸-丙酸纤维素）和金属氧化物（例如多孔氧化铝）等。 特点：测全湿范围的湿度, 且线性好, 重复性好, 滞后小,响应快, 尺寸小, 能在-10～70 ℃的环境温度中使用。 1、一个烹调设备中湿度控制的应用实例 3、自动喷灌控制器 湿度传感器为负特性湿度传感器 电源电路：变压器T，整流桥UR，隔离二级管VD2，稳压管VS及滤波电容C1、C2 湿度检测电路：湿度传感器，R1, R2 。 控制电路： R3,R4,R5,VT1,VT2, VT3,VD1，继电器K。 工作电机：微型水泵的直流电动机M，大、中型水泵的交流电动机M1 工作过程：当土壤湿度高时，湿度传感器阻值小，VT1,VT2导通，VT3截止，继电器不吸合，电机不工作；当土壤湿度低时，湿度传感器阻值大，VT1,VT2截止，VT3导通，继电器吸合，电机工作。 4、汽车玻璃自动去湿电路 RH为嵌入玻璃中的感湿器件，RL为嵌入玻璃中的加热电阻丝。 湿度检测电路：RH,R1,R2 控制电路：T1,T2组成的施密特触发电路，R3,R4, R5,C,继电器J 工作过程：常温常湿下，调整各电阻值使得VT1导通，VT2截止；当下雨天湿度增大时，RH阻值下降，使得VT1截止，VT2导通，继电器J得电吸合，接通电阻丝RL，加热；当湿度减小到一定程度，施密特触发电路翻转到初始状态，电阻丝RL断电。实现了自动防湿控制。 图9.21 自动烹调设备中湿度检测控制系统原理框图 图9.22 采用湿敏传感器的高频电子食品加热器 2、直读式湿度计 RH为氯化锂湿度传感器。 由VT1、VT2、T1等组成测湿电桥的电源, 其振荡频率为250－1000 Hz。 电桥输出经变压器T2、C3耦合到VT3, 经VT3放大后的信号由VD1－VD4桥式整流后, 输入给微安表, 指示出由于相对湿度的变化引起的电流改变。 经标定并把湿度刻划在微安表盘上, 就成为一个简单而实用的直读式湿度计。  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。 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