现代检测技术与系统胡向东电子课件第2章节.ppt

绝对湿度（AH） 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸气的质量，其数学表达式为 绝对湿度给出了水分在空气中的具体含量。 相对湿度（RH） 相对湿度是指待测空气中实际所含的水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其数学表达式为： 相对湿度给出了大气的潮湿程度。实际中常用。 露点（温度） 在一定大气压下，将含有水蒸气的空气冷却，当温度下降到某一特定值时，空气中的水蒸气达到饱和状态，开始从气态变成液态而凝结成露珠，这种现象称为结露，这一特定温度就称为露点温度 湿敏电阻的主要参数及特性 感湿特性 感湿特性为湿敏传感器特征量(如：电阻值、电容值等)随湿度变化的特性 湿度量程 湿敏传感器的感湿范围 灵敏度 湿敏传感器的感湿特征量(如：电阻值、电容值等)随环境湿度变化的程度，即湿敏传感器感湿特性曲线的斜率 湿滞特性 同一湿敏传感器吸湿过程（相对湿度增大）和脱湿过程（相对湿度减小）感湿特性曲线不重合的现象就称为湿滞特性。 响应时间 指在一定环境温度下，当被测相对湿度发生跃变时，湿敏传感器的感湿特征量达到稳定变化量的规定比例所需的时间。一般以相应的起始湿度到终止湿度这一变化区间的90%的相对湿度变化所需的时间来进行计算。 感湿温度系数 当被测环境湿度恒定不变时，温度每变化1℃，引起湿敏传感器感湿特征量的变化量，就称为感湿温度系数。 老化特性 老化特性是指湿敏传感器在一定温度、湿度环境下存放一定时间后，其感湿特性将会发生改变的特性。 电解式湿敏电阻的基本原理 电解质式湿敏电阻是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。 典型地：LiCl湿敏电阻 　　电解质式（氯化锂）湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。它由引线、基片、感湿层与电极组成。  氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，在氯化锂（LiCl）溶液中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li＋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。 　　原理：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。反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实现对湿度的测量。 湿敏电阻结构示意图 氯化锂湿度—电阻特性曲线 结构与特性曲线 氯化锂湿敏元件的优点：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， 器件性能重复性不理想，使用寿命短 　　　陶瓷式电阻湿敏传感器 通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷。 　　这些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、 TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等 　　前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷，最后一种的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 2. 正特性湿敏半导瓷的导电机理 正特性湿敏半导瓷的导电机理的解释可以认为这类材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不同。 　　当水分子附着半导体陶瓷的表面使电势变负时，导致其表面层电子浓度下降，但这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。 　　通常湿敏半导瓷材料都是多孔的，表面电导占的比例很大，故表面层电阻的升高， 必将引起总电阻值的明显升高。 典型陶瓷湿敏传感器 （1）MgCr2O4-TiO2湿敏元件 氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿—电”转换器件，它是负特性半导瓷，MgCr2O4为Ｐ型半导体，它的电阻率低，阻值温度特性好 MgCr2O4-TiO2陶瓷 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器感湿特性 陶瓷式电阻湿敏传感器的特点 传感器表面与水蒸气的接触面积大，易于水蒸气的吸收与脱却； 陶瓷烧结体能耐高温，物理、化学性质稳定，适合采用加热去污的方法恢复材料的湿敏特性； 可以通过调整烧结体表面晶粒、晶粒界和细微气孔的构造，改善传感器湿敏特性。 高分子式电阻湿敏传感器 利用高分子电解质吸湿而导致电阻率发生变化的基本原理来进行测量的。 当水吸附在强极性基高分子上时，随着湿度的增加吸附量增大，吸附水之间凝聚呈液态水状态。 在低湿吸附量少的情况下，由于没有荷电离子产生，电阻值很高； 当相对湿度增加时，凝聚化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的成对离子主要起载流子作用。此外，由吸附水自身离解出来的