传感器技术实用教程 教学课件作者 吕勇军 第6章磁场与成分参数测量传感器.ppt

6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 1. 氯化锂湿敏电阻 登莫式传感器结构如图6-33（a）所示，A为涂有聚苯乙烯薄膜的圆管，B为用聚苯乙烯醋酸覆盖在A上的钯丝。登莫式传感器是用两根钯丝作为电极，按相等间距平行绕在聚苯乙烯圆管上，再浸涂一层含有聚苯乙烯醋酸脂（PVAC）和氯化锂（LiCl）水溶液的混合液，当被涂溶液的溶剂挥发干后，即凝聚成一层可随环境湿度变化的感湿均匀薄膜。在一定的温度（20℃～50℃）和相对湿度（20%RH～90%RH）下，经过7天～15天老化处理后制成的。 浸渍式传感器结构如图6-33（b）所示，由引线、基片、感湿层与金属电极组成。它是在基片材料上直接浸渍氯化锂溶液构成的，这类传感器的浸渍基片材料为天然树皮。浸渍式传感器结构与登莫式传感器不同，部分地避免了高温下所产生的湿敏膜的误差。由于它采用了面积大的基片材料，并直接在基片材料上浸渍氯化锂溶液，因此具有小型化的特点，适用于微小空间的湿度检测。 6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 1. 氯化锂湿敏电阻 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-分别以正负离子的形式存在，其溶液的离子导电能力与溶液浓度成正比。当溶液置于一定温度的环境中时，若环境相对湿度高，由于Li+对水分子的吸引力强，离子水合程度高，溶液将吸收水分，浓度降低，因此，溶液导电能力随之下降，电阻率增高；反之，当环境相对湿度变低时，溶液浓度升高，导电能力随之增强，电阻率下降。由此可见，氯化锂湿敏电阻的阻值会随环境相对湿度的改变而变化，从而实现对湿度的测量。 6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 1. 氯化锂湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻感湿特性曲线如图6-34所示。图中吸湿和脱湿曲线不重合，是因为湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间是不相同的，一般总是脱湿比吸湿滞后，这种现象称为湿滞现象。吸湿和脱湿曲线所构成的回线称为湿滞回线。在湿滞回线上对于同一相对湿度下的不同感湿特征量的最大差值称为湿滞回差。一般高湿时的回差比低湿时大。 图6-34 氯化锂湿敏电阻感湿特性 6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 2. 半导体陶瓷湿敏电阻 陶瓷式电阻湿敏传感器通常是由两种以上金属氧化物混合烧结而成的多孔陶瓷，是根据感湿材料吸附水分后其电阻率会发生变化的原理来进行湿度检测。这些材料有ZnO-LiO-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大而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷。 半导体陶瓷湿敏电阻按其结构可以分为烧结型和涂覆膜型两大类。 6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 2. 半导体陶瓷湿敏电阻 （1）烧结型湿敏电阻 感湿体为MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷，利用它制得的湿敏元件，具有使用范围宽、湿度温度系数小、响应时间短，对其进行多次加热清洗之后性能仍较稳定等优点。 图6-35 烧结型湿敏电阻结构 6.5.2 湿敏电阻的类型及原理 2. 半导体陶瓷湿敏电阻 （2）涂覆膜型Fe3O4湿敏器件 Fe3O4湿敏器件由基片、电极和感湿膜组成，采用滑石瓷作为基片材料，该材料吸水率低，机械强度高，化学物理性能稳定。在基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金电极，将纯净的胶粒用水调制成适当黏度的浆料，然后涂在梳状金电极的表面，涂覆的厚度要适当，一般在20 μm～30 μm左右，然后进行热处理和老化，引出电极后即可使用。 由于Fe3O4感湿膜是松散的微粒集合体，缺少足够的机械强度，微粒之间依靠分子力和磁力的作用，粒子间的空隙使薄膜具有多孔性，微粒之间的接触呈凹状，微粒间的接触电阻很大，所以Fe3O4感湿膜的整体电阻很高。当空气的相对湿度增大时，Fe3O4感湿膜吸湿，由于水分子的附着，扩大了颗粒间的接触面，降低了粒间的电阻和增加更多的导流通路，所以元件阻值减小；当处于干燥环境中，Fe3O4感湿膜脱湿，粒间接触面减小，元件阻值增大。因而这种器件具有负感湿特性，电阻值随着相对湿度的增加而下降，反应灵敏。这里需要指出的是，烧结型的Fe3O4湿敏器件，其电阻值随湿度增加而增大，具有正特性。 6.5.3 湿敏传感器常用型号 1. SM-1型湿敏半导体器件 表6-13 SM-1型湿敏半导体器件参数 2. 金属或金属氧化物类湿敏元件 表6-14 金属或金属氧化物类湿敏元件参数 量程（%RH） 精度（%RH） 工作温度（℃） 清洗电压（V） 清洗功率（W） 清洗定时（s） 延时（s） 工作频率（Hz） 额定电压（V） 1~100 4 1~150 9 10 10 240 20~1000 7 名称 型号 量程（%RH）