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9.1.1相对湿度和绝对湿度空气的绝对湿度（Ps）表示单位体积内空气里所含水蒸气的质量。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为大气的相对湿度，9.1.2露点图9‑1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1，湿度量程2，感湿特征量——相对湿度特性曲线3，灵敏度4，湿度温度系数5，响应时间6，湿滞回线和湿滞回差9.2湿度传感器的特性参数图9‑2TiO2-V2O5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图9‑3Co3O4-TiO2湿敏传感器的温度特性9.2湿度传感器的特性参数图9‑4K2O-Fe2

2、O3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图9‑5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。（1）使用寿命长，长期稳定性好。（2）灵敏度高，感湿特性曲线的线性度好。（3）使用范围宽，湿度温度系数小。（4）响应时间短。（5）湿滞回差小。（6）能在有害气体的恶劣环境中使用。（7）器件的一致性和互换性好，易于批量生产，成本低廉。（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

3、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湿度传感器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陶瓷式湿度传感器电阻式湿度传感器1，TiO2-SnO2系复合氧化物半导体陶瓷湿度传感器2，TiO2系陶瓷湿敏组件3，BaTiO3-SrTio3系多功能陶瓷材料湿度-温度传感器4，MgCr2O4-TiO2（MCT）

4、系湿敏元件9.4陶瓷式湿度传感器图9‑6TiO2湿敏组件的湿滞曲线及湿敏特性图9‑7TiO2-V2O5组件的阻-湿曲线9.4陶瓷式湿度传感器MgCr2O4-TiO2半导体陶瓷的电阻率式中ρ0为起始电阻率，B是与材料有关的常数，T为绝对温度。图9‑8MCT湿敏传感器结构图9‑9MgCr2O4-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电容式湿度传感器多孔A12O3陶瓷电容式湿度传感器钽电容湿敏元件图9‑10多孔湿敏组件的电容-湿度曲线9.5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高分子结构效应型湿度传感器图9‑11元件结构图图9‑12

5、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图9‑13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9‑14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图9‑15湿度-阻值特性曲线图9‑16响应时间-温度关系曲线9.5有机物及高分子聚合物湿度传感器高分子电容式湿度传感器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

6、蒸气相对压（p／p0）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感湿电容及其特性图9‑17高分子电容式湿度传感器结构图图9‑18感湿特性曲线9.5有机物及高分子聚合物湿度传感器图9‑19Vaisala湿度传感器特性9.5有机物及高分子聚合物湿度传感器Humirel相对湿度电容传感器图9‑20NK-Humirel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图9‑21MHS1100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图9‑22湿度传感器的线性输出应用电路9.6半导体结型和MOS型湿度传感器湿敏二极管图9‑23SnO2湿敏二极管的结构图9‑

7、24SnO2湿敏二极管感湿特性曲线9.6半导体结型和MOS型湿度传感器湿敏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MOS型湿度传感器图9‑25MOSEFET湿敏器件的横截面图9.6半导体结型和MOS型湿度传感器图9‑26湿敏器件的等效电路图图9‑2725℃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界限电流式湿度传