第三节湿度传感器

发布于:2021-07-30 02:25:31

一、湿敏器件的基本特征 二、半导体陶瓷湿度传感器 三、温度的测量及其湿度传 感器的应用 四、结露传感器及其应用

第三节、湿度传感器 第三节、

湿度——表示空气或气体的潮湿程度。 湿度——表示空气或气体的潮湿程度。 ——表示空气或气体的潮湿程度 湿度表示方法: 湿度表示方法: 绝对湿度: 1、绝对湿度:是指单位体积的空气中含 有的水蒸气重量。单位为kg/m。 有的水蒸气重量。单位为kg/m。 2、相对湿度:是指一定体积空气中所含 相对湿度: 水蒸气量与相同湿度下该气体所能包含 的最大水蒸气量的比例。 的最大水蒸气量的比例。 湿度传感器: 湿度传感器: 感受大气中的蒸汽含量并将其转换为适 当的电信号输出。 当的电信号输出。

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一、湿度器件的基本特性
(一)测湿范围 湿敏器件具有电特性响应的温度范围。 湿敏器件具有电特性响应的温度范围。 全湿型( 0%RH~100%RH范围 全湿型(在0%RH~100%RH范围 内均有电响应) 内均有电响应) 高湿型(测湿范围大于70%RH) 高湿型(测湿范围大于70%RH) 中湿型( 中湿型(测湿范围为 40%RH~70%RH) 40%RH~70%RH) 低湿型(测湿范围小于40%RH) 低湿型(测湿范围小于40%RH)

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(二)测湿精度:一定温度下湿度多次测 测湿精度: 量值的*均误差约为±1%RH~ 4%RH。 量值的*均误差约为±1%RH~±4%RH。 (三)灵敏度:相对湿度变化1%时,器件 灵敏度:相对湿度变化1%时 电特性变化的百分比。 电特性变化的百分比。 (四)温度系数:温度每变化10C时,电参 温度系数:温度每变化1 数变化所对应的相对湿度变化值。 数变化所对应的相对湿度变化值。 还有响应速度、迟滞误差、稳定必等特性。 还有响应速度、迟滞误差、稳定必等特性。 主要问题是稳定性较差。 湿敏器件的主要问题是稳定性较差 湿敏器件的主要问题是稳定性较差。

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二、半导体陶瓷湿度传感器
由金属-氧化物- 由金属-氧化物-半导体材料烧结等工艺制 成的陶瓷、具有微孔结构的湿敏元件。 成的陶瓷、具有微孔结构的湿敏元件。 (一)优点:灵敏度高、响应时间短、常温下 优点:灵敏度高、响应时间短、 性能稳定、可加热清洗、价格便宜, 性能稳定、可加热清洗、价格便宜,可同时具 有气敏和热敏特性。 有气敏和热敏特性。 结构:烧结体、厚膜、薄膜形式。 (二)结构:烧结体、厚膜、薄膜形式。 (三)感湿机理:利用陶瓷烧结体的多孔微结 感湿机理: 晶表面结构,对水分子进行吸湿或脱湿, 晶表面结构,对水分子进行吸湿或脱湿,使表面 电阻率随着相对湿度的变化呈线性或指数变化而 进行湿度测量。 进行湿度测量。

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铬酸镁— 二氧化钛( 举例: 铬酸镁— 二氧化钛(MgCrO4—TiO2) 举例: 是一种多功能半导体陶瓷湿敏元件。 是一种多功能半导体陶瓷湿敏元件。可检测还 原性气体和氧气等,但对H CO等气体不敏感 等气体不敏感。 原性气体和氧气等,但对H2、CO等气体不敏感。 优点:体积小,测湿 优点:体积小, 范围宽,可用于高温, 范围宽,可用于高温, 能反复清洗, 能反复清洗,响应速度 长期稳定性好。 快,长期稳定性好。 还有一种涂覆膜型 还有一种涂覆膜型 陶瓷湿度传感器。 陶瓷湿度传感器。

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三、湿度的测量及湿度传感器的应用
(一)湿度的测量 湿度的测量 因在直流电源作用下水分子会被极化, 因在直流电源作用下水分子会被极化, 影响传感器的电阻值,故需使用其它电源, 影响传感器的电阻值,故需使用其它电源, 但为减少寄生电容C 的影响, 但为减少寄生电容CP的影响,电源频率不能 过高。故采用低频交流电源。 过高。故采用低频交流电源。
RF R0 R1

应使R >>R 应使RO>>Rp, 此时, 此时,Rp与uO成 正比。 正比。

i
Rp

+- ∞ up _ +

uO

+

R2

低频交流电源测量湿 敏器件的电阻值RP

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若要提高测量灵敏度,显然应增大i,但这将 若要提高测量灵敏度,显然应增大i 使传感器温度上升,引起测量误差, 使传感器温度上升,引起测量误差,所以需在电 路中采取湿度补偿措施 湿度补偿措施。 路中采取湿度补偿措施。以低频方波发生器作为 供电电源。 供电电源。 低频方波电源测量湿 方波发生器 敏器件的电阻值R 敏器件的电阻值 P
R3

C1 R1

∞ + +
R2 DZ

C2 Rp

正温度系数 uO
Rt

负温度系数

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(二)湿度传感器的应用 继电器

电阻式湿 敏传感器

施密特 触发器 自动去湿装置的原理电路图

加热电 阻丝

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工作原理: 工作原理: 在常温常湿情况下:调好各电阻值,使T1 在常温常湿情况下:调好各电阻值, 导通, 截止。 导通,T2截止。 当阴雨天气等因素使环境湿度增大时: 当阴雨天气等因素使环境湿度增大时:导致 H的阻值下降到某值,R2与RP的并联电阻值小到 的阻值下降到某值, 不足以维持T 导通,于是T 截止T 导通,KM辅 不足以维持T1导通,于是T1截止T2导通,KM辅 助动合触点闭合,电阻丝 通电加热驱散湿气。 助动合触点闭合,电阻丝RL通电加热驱散湿气。 当湿度减少到一定程度时: 当湿度减少到一定程度时:施密特电路又翻 转到初始状态, 导通T 截止,KM断电 断电, 转到初始状态,T1导通T2截止,KM断电,KM 的辅助动合触点断开, 断电停止加热, 的辅助动合触点断开,RL断电停止加热,实现防 湿自动控制。 湿自动控制。 可用于汽车档风玻璃的自动去湿。 可用于汽车档风玻璃的自动去湿。 汽车档风玻璃的自动去湿

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四、结露传感器及其应用
露点—— 露点——水蒸气从气态变为液态时对应 ——水蒸气从气态变为液态时对应 的临界相对湿度。 的临界相对湿度。 结露—— ——在一定温度下空气所能容纳的水 结露——在一定温度下空气所能容纳的水 蒸气是一定的,超过此含量, 蒸气是一定的,超过此含量,多余的水蒸气就 要从气态变为液态。 要从气态变为液态。 饱和水蒸气量—— ——空气中允许的最大水蒸 饱和水蒸气量——空气中允许的最大水蒸 气含量。它与温度有关,温度高时, 气含量。它与温度有关,温度高时,水蒸气含 量大而不饱和。温度降低时, 量大而不饱和。温度降低时,水蒸气达到饱和 而结露。 而结露。 结露传感器——检测水蒸气是否将结露。 ——检测水蒸气是否将结露 结露传感器——检测水蒸气是否将结露。 *年来,结露传感器使用量很大。如家用电器、 *年来,结露传感器使用量很大。如家用电器、 汽车档风玻璃、农业大棚栽植等。 汽车档风玻璃、农业大棚栽植等。

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(一)结露传感器的特性 仅对高湿敏感, 75%RH以下低湿不敏感 以下低湿不敏感。 仅对高湿敏感,对 75%RH以下低湿不敏感。 一般用于自动控制或报警,不用于测温。 一般用于自动控制或报警,不用于测温。 分有电阻型 电容型两类。 分有电阻型和电容型两类。 电阻型和 两类

特性曲线(输出与相对湿度的关系) 特性曲线(输出与相对湿度的关系)

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(二)结露传感器的应用 HOS103结露传 结露传 感器应用电路 工作电压 0.8V以下 0.8V以下 75%RH电阻值为 电阻值为10k 在250C时,75%RH电阻值为10k ,结露 时为200K 时为200K 。 80%RH的阻值仅10K 80%RH的阻值仅10K ,与330k 电阻的 330k 分压不到0.2V,所以T 不导通T 也截止。 分压不到0.2V,所以T1不导通T2也截止。 当大于95%RH时 其阻值大幅度增大T 当大于95%RH时,其阻值大幅度增大T1、 T2相继导通,输出高电*UO。 相继导通,输出高电*U


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