傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程報(bào)告

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程報(bào)告題 目：濕敏傳感器專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣自動(dòng)化技術(shù)2班姓 名：包學(xué) 號(hào)：5日 期：2014年6月6號(hào)濕敏傳感器摘要：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門(mén)，經(jīng)常需要對(duì)環(huán) 境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè) 參數(shù)。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜得多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而 濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。止匕外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難 題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研 發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、 多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控

2、系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件， 也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新水平。關(guān)鍵詞：濕敏傳感器、濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)、濕度測(cè)量技術(shù)Abstract: In industrial and agricultural production, meteorology, environmental protection, national defense, scientific research, aerospace and other departments, often need to temperature measurement and control to the environment. But in a conve

3、ntional environment parameters, humidity is the most difficult to accurately measure a parameter. This is because is much more complex than the measurement temperature measuring humidity, temperature is an independent is measured, and the humidity is affected by other factors (atmospheric pressure,

4、temperature). In addition, the standard of humidity is also a problem. Foreign production of humidity calibration equipment is very expensive. In recent years, both at home and abroad has made great progress in the field of research and development of humidity sensor.Moisture sensoris from simple mo

5、isture sensor to integration, intelligent, the direction of the rapid development of multi-parameter detection, for the development of a new generation of humidity/temperature measurement and control system has created favorable conditions, and to increase the humidity measurement technology to a ne

6、w level.Keywords： Wet/temperature sensor, humidity measurement and control system, humidity measurement technology引言錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1 .濕敏傳感器的背景 1.2 .濕敏傳感器的選型 2.2.1 測(cè)量范圍2.2.2 測(cè)量精度3.3 .濕敏傳感器的分類(lèi) 4.4 .濕敏傳感器的原理及分類(lèi)5.4.1 氯化鋰濕敏傳感器 6.4.2 碳濕敏元件8.4.3 陶瓷濕敏傳感器8.4.4 高分子材料濕敏傳感器1.04.5 金屬氧化物膜濕敏傳感器 1.14.6 熱敏電阻式濕敏傳感器 1.14.7

7、紅外線(xiàn)吸收式濕敏傳感器1.24.8 微波式濕敏傳感器135 .濕敏傳感器的特點(diǎn)1.36 .濕敏傳感器主要技術(shù)參數(shù) .157 .濕敏傳感器的應(yīng)用1.68 .濕敏傳感器注意事項(xiàng) 1.69 .濕敏傳感器的發(fā)展方向 .1710 .濕敏傳感器市場(chǎng)前景1.7緒論很多行業(yè)中，如發(fā)電、紡織、食品、醫(yī)藥、倉(cāng)儲(chǔ)、農(nóng)業(yè)等，對(duì)溫度、濕度參 量的要求都非常嚴(yán)格.目前，在低溫條件下（通常指100%以下），濕度的測(cè)量已 經(jīng)相對(duì)成熟，有商品化產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于各種行業(yè).另有許多行業(yè)需要在高溫環(huán)境下測(cè)量濕度， 如航空航天、機(jī)車(chē)艦船、發(fā)電變 電、冶金礦山、計(jì)量科研、電廠(chǎng)、陶瓷、工業(yè)管道、發(fā)酵環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱、高溫實(shí)驗(yàn) 箱、高爐等場(chǎng)合.

8、這時(shí)，濕度測(cè)量結(jié)果往往不如低溫環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果理想.另 外，在惡劣條件下工作，例如氣流速度、溫度、濕度變化非常劇烈或測(cè)量污染嚴(yán) 重的工業(yè)氣體時(shí)，將使精度大大降低.隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè) 部門(mén)，越來(lái)越需要采用濕度傳感器，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境溫、濕 度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之 一。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)。如何使用好濕度傳感器，如何判斷濕度傳感器的性能，這對(duì)一般用戶(hù)來(lái)講，仍是一件較為復(fù)雜的技 術(shù)問(wèn)題。濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類(lèi)。濕敏電阻的特點(diǎn)

9、是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕 度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、 聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生 變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。雖然人類(lèi)早已發(fā)明了毛發(fā)濕度計(jì)、干濕球濕度計(jì)，但因其響應(yīng)速度、靈敏度、 準(zhǔn)確性等性能都不高，而且難以與現(xiàn)代的控制設(shè)備相連接，所以只適用于家庭。20世紀(jì)50年代后，陸續(xù)出現(xiàn)了電阻型等濕敏計(jì)，使?jié)穸鹊臏y(cè)量精度大大提高。但是，與其他物理量的檢測(cè)相比，無(wú)論是敏感元件的性能，還是制

10、造工藝和測(cè)量 精度都差得多和困難得多。原因是空氣中水蒸氣的含量少，而且在水蒸氣中，各 種感濕材料涉及的種種物理、化學(xué)過(guò)程十分復(fù)雜，目前尚未完全清楚所存在的問(wèn) 題的原因。1 .濕敏傳感器的背景濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn) 等表示。所謂絕對(duì)濕度就是單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示，即為Ha=mV V,式中，mV為待測(cè)空氣中水蒸氣質(zhì)量，V為待測(cè)空氣的總體積。單位為 g / m3。 相對(duì)濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓（Pw）和同溫度下飽和水蒸氣的 分壓（PN）的百分比，即 HT= （Pw /

11、 PN ） Tx 100 % RH 通常,用 RH %表示 相對(duì)濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即 使相同，其相對(duì)濕度也發(fā)生變化。日常生活中所說(shuō)的空氣濕度，實(shí)際上就是指相 對(duì)濕度而言。溫度高的氣體，含水蒸氣越多。若將其氣體冷卻，即使其中所含水 蒸氣量不變，相對(duì)濕度將逐漸增加，增到某一個(gè)溫度時(shí)，相對(duì)濕度達(dá)100%,呈飽和狀態(tài)，再冷卻時(shí)，蒸氣的一部分凝聚生成露，把這個(gè)溫度稱(chēng)為露點(diǎn)溫度。即 空氣在氣壓不變下為了使其所含水蒸氣達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)所必須冷卻到的溫度稱(chēng)為 露點(diǎn)溫度。氣溫和露點(diǎn)的差越小，表示空氣越接近飽和。濕度的測(cè)量方式有以下幾種，即采用伸縮式濕度計(jì)、干濕球濕度計(jì)、

12、露點(diǎn)計(jì) 和阻抗式濕度計(jì)等。伸縮式濕度計(jì)是利用毛發(fā)、纖維素等物質(zhì)隨濕度變化而伸縮 的性質(zhì)，以前多用于自動(dòng)記錄儀、空調(diào)的自動(dòng)控制等，目前用于家庭設(shè)備的是把 纖維素與約50 pm的金屬箔粘合在一起，卷成螺旋狀的。不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償， 但不能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。阻抗式濕度計(jì)是根據(jù)濕敏傳感器的阻抗值變化而求得濕度的一種濕度計(jì)，由于能簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，它是廣泛采用的一種方法。UIio 20io溫度（C）圖1 水的飽和蒸氣壓對(duì)溫度的張敕關(guān)系2 .濕敏傳感器的選型2.1 測(cè)量范圍和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、 科研部門(mén)外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程（0-100%RH測(cè)量。

13、在當(dāng)今的信 息時(shí)代，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于 控制，測(cè)量范圍與控制范圍合稱(chēng)使用范圍。 當(dāng)然，對(duì)不需要搞測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用者 來(lái)說(shuō)，直接選擇通用型濕度儀就可以了。2.2 測(cè)量精度和測(cè)量范圍一樣，測(cè)量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高一個(gè)百分點(diǎn).對(duì) 傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，具制 造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的 1只廉價(jià)的濕度傳感器只有幾美 元，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者 一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。生產(chǎn)廠(chǎng)商往往是分段給出其濕度傳感器的精度的。如中、低濕段

14、(0 80%RH) 為土 2%RH5高濕段(80 100%RH)J 土 4%RH而且此精度是在某一指定溫度下(如 25C)的值。如在不同溫度下使用濕度傳感器.其示值還要考慮溫度漂移的影響。 眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1 C。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化(誤差)。使用場(chǎng)合如果難以做到包 溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的 話(huà)，奢談測(cè)濕精度將失去實(shí)際意義。 所以控濕首先要控好溫，這就是大量應(yīng)用的 往往是溫濕度一體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。多數(shù)情況下，如果沒(méi)有精確的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的

15、，土 5%RH 的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤 記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用土 3%RH以上精度的濕度傳感器。與此相對(duì)應(yīng)的溫度傳感器.其測(cè)溫精度須足土 0.3 C 以上，起碼是土 0.5 C的。而精度高于土 2%RH勺要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕 度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文 章認(rèn)為：”相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表，即使在20-25c下，要達(dá)到2%RHHJ準(zhǔn)確度仍是很 困難的。”3 .濕敏傳感器的分類(lèi)濕度傳感器，基本形式都為利用濕敏材料對(duì)水分子的吸附能力或?qū)λ肿赢a(chǎn) 生物理效應(yīng)的方法測(cè)量濕度。有關(guān)濕度測(cè)量，早在16世紀(jì)就有記載

16、。許多古老的測(cè)量方法，如干濕球溫度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)和露點(diǎn)計(jì)等至今仍被廣泛采用。 現(xiàn) 代工業(yè)技術(shù)要求高精度、高可靠和連續(xù)地測(cè)量濕度，因而陸續(xù)出現(xiàn)了種類(lèi)繁多 的濕敏元件。濕敏元件主要分為二大類(lèi)：水分子親和力型濕敏元件和非水分子親和力型濕 敏元件。利用水分子有較大的偶極矩，易于附著并滲透入固體表面的特性制成的 濕敏元件稱(chēng)為水分子親和力型濕敏元件。例如，利用水分子附著或浸入某些物質(zhì) 后，其電氣性能（電阻值、介電常數(shù) 等）發(fā)生變化的特性可制成電阻式濕敏元 件、電容式濕敏元件；利用水分子附著后引起材料長(zhǎng)度變化， 可制成尺寸變化式 濕敏元件，如毛發(fā)濕度計(jì)。金屬氧化物是離 子型結(jié)合物質(zhì)，有較強(qiáng)的吸水性能， 不僅

17、有物理吸附，而且有化學(xué)吸附，可制成金屬氧化物濕敏元件。這類(lèi)元件在應(yīng) 用時(shí)附著或浸入被測(cè)的水蒸氣分子， 與材料發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)生成氫氧化物，或一 經(jīng)浸入就有一部分殘留在元件上而難以全部脫出，使重復(fù)使用時(shí)元件的特性不穩(wěn) 定，測(cè)量時(shí)有較大的滯后誤差和較慢的反應(yīng)速度。目前應(yīng)用較多的均屬于這類(lèi) 濕敏元件。另一類(lèi)非親和力型濕敏元件利用其與水分子接觸產(chǎn)生的物理效應(yīng)來(lái)測(cè) 量濕度。例如，利用熱力學(xué)方法測(cè)量的熱敏電阻式濕度傳感器，利用水蒸氣能吸收某波長(zhǎng)段的紅外線(xiàn)的特性制成的紅外線(xiàn)吸收式濕度傳感器等。圖2濕度傳感器的分類(lèi)4 .濕敏傳感器的原理及分類(lèi)濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類(lèi)。濕敏

18、電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜， 當(dāng)空氣中的水蒸 氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè) 量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、 聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生 變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH這比干濕球測(cè)濕精度高。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露 在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 這方面沒(méi)有干濕 球測(cè)濕方法好。下面對(duì)各種濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。濕

19、敏傳感器信號(hào)處理電路Ke20kISS53X2Rio 100k IDOkVoul1S158BX3220JAl Az： TU3GZ 3 A 4： IJ.VJ5HCl4 7uFVDaRH2 Ri i -Ec 100 k TOklOtiFT卜 hHB ! lOkLEDi 3 3kRia 100kRa 180k本華0847uK圖3阻抗式濕敏電阻元件應(yīng)用電路圖圖4 MC-2電容式濕敏電阻應(yīng)用電路4.1 氯化鋰濕敏傳感器(1)電阻式氯化鋰濕度計(jì)第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的，同時(shí) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成

20、分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RHW內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為（80 100） %RH, 0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是（6080） %RH。由此可見(jiàn)，要測(cè)量較寬 的濕度范圍時(shí)，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。 可用于全量程測(cè)量的濕 度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè)，采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為（15100） %RH國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱(chēng)其測(cè)量范圍可達(dá)（2100） %RK1一引線(xiàn)，2基片,3感濕層；4一金屬電極圖5 濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖（2）露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro公司首先研制出來(lái)的，其后我國(guó) 和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種

21、濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式 相似，但工作原理卻完全不同。簡(jiǎn)而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水 汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。,0.5.0,5。 5Z 66,5.5.4.C/秦友又網(wǎng)圖于4.040 50 60 7080 00相對(duì)濕度/%圖64.2 碳濕敏元件碳濕敏元件是美國(guó)的 和 于1942年首先提出來(lái)的，與常用的毛發(fā)、腸衣和 氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和 滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn)，因之令人矚目。我國(guó)氣象部門(mén)于70年代初開(kāi)展碳濕敏元件的研 制，并取得了積極的成果，其測(cè)量不確定度不超過(guò)土5%RH,時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為23s,滯差一般在7%fc右，比阻穩(wěn)定性

22、亦較好。4.3 陶瓷濕敏傳感器在濕度測(cè)量領(lǐng)域中，對(duì)于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測(cè)量，到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測(cè)量技術(shù)最為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問(wèn)題，無(wú)法令人滿(mǎn)意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，要 求在高溫下測(cè)量濕度的場(chǎng)合越來(lái)越多， 例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工 藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過(guò)程的濕度測(cè)量與控制。因此，自 60年代起，許 多國(guó)家開(kāi)始競(jìng)相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的濕度傳感器?？紤]到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無(wú) 機(jī)物

23、上。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件 和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。 他們于1980年研制成稱(chēng) 之為“濕瓷-R型”和“濕瓷-田型”的多功能傳感器。前者可測(cè)控溫度和濕 度，主要用于空調(diào)，后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣，主要用于食品加工方面。圖7熱敏電阻式溫度傳感器結(jié)構(gòu)與工作特性(a)傳感器結(jié)構(gòu)(b)工作特性如MgCr2O4-TiO2s敏傳感器.它們主要利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面在吸濕和脫濕過(guò)程中電極之間電阻的變化來(lái)檢測(cè)相對(duì)濕度。以MgCr2O4-TiO2為例說(shuō)明其典型

24、結(jié)構(gòu).如圖所示u程收元件 電極 加熱叁圖8-酸鎂一一二氧化鈦陶瓷濕敏元件結(jié)構(gòu)在MgCr2O4-TiO2陶瓷片的兩面，設(shè)置高金電極，并用摻金玻璃粉將引出 線(xiàn)與金電極燒結(jié)在一起.在半導(dǎo)體陶瓷片的外面，安放一個(gè)由鍥鉛絲燒制兩成的 加熱清洗圈，談便對(duì)元件進(jìn)行經(jīng)常加熱清洗，排除有害氣氛對(duì)元件的污染.元件 安放在一種高度致密的、疏水性的陶瓷底片上.為消除底座上測(cè)量電極2程3之間由于吸溫和污染而引起漏電.在電極 2和3的四周設(shè)置金短路環(huán)。4.4 高分子材料濕敏傳感器利用有機(jī)高分子材料的吸濕性能與膨潤(rùn)性能制成的濕敏元件。 吸濕后，介電 常數(shù)發(fā)生明顯變化的高分子電介 質(zhì)，可做成電容式濕敏元件。吸濕后電阻值改 變

25、的高分子材料，可做成電阻變化式濕敏元件。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。高分子濕敏元件的 薄膜做得極薄，一股約5000埃，使元件易于很快的吸濕與脫濕，減少了滯后誤差， 響應(yīng)速度快。這種濕敏元件的缺點(diǎn)是不宜用于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境， 元件也不能耐80c以上的高溫上電極 村底n圖9高分子電容式濕敏元件(a)結(jié)構(gòu)圖(b)電容與相對(duì)濕度的關(guān)系4.5 金屬氧化物膜濕敏傳感器許多金屬氧化物如氧化鋁、四氧化三鐵、鋰氧化物等都有較強(qiáng)的吸脫水性能， 將它們制成燒結(jié)薄膜或涂布薄膜可制作多種濕敏元件。把鋁基片置于草酸、硫酸或銘酸電解槽中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，形成氧化鋁多孔薄膜，通過(guò)真空蒸發(fā)或?yàn)R射工 藝，在

26、薄膜上形成透氣性電極。這種多 孔質(zhì)的氧化鋁濕敏元件互換性好， 低濕 范圍測(cè)濕的時(shí)間響應(yīng)速度較快，滯后誤差小，常用于高空氣球上測(cè)濕。四氧化三 鐵膠體的優(yōu)點(diǎn)是固有電阻低，長(zhǎng)期置于大氣環(huán) 境表面狀態(tài)不會(huì)變化，膠體粒子 間相互吸引粘結(jié)緊密等。它是一種價(jià)廉物美，較早投入批量生產(chǎn)的濕敏元件，在 濕度測(cè)量和濕度控制方面都有大量應(yīng)用。4.6 熱敏電阻式濕敏傳感器利用熱敏電阻作濕敏元件。傳感器中有組成橋式電路的珠狀熱敏電阻R1和R2,電源供給的電流使R1、 R2保持在200c左右的溫度。其中R2裝在密封的 金屬盒內(nèi)，內(nèi)部封裝著干燥空氣，R1置于與大氣相接觸的開(kāi)孔金屬盒內(nèi)。將 R1 先置于干燥空氣中，調(diào)節(jié)電 橋平

27、衡，使輸出端A、B間電壓為零，當(dāng)R1接觸待 測(cè)含濕空氣時(shí)，含濕空氣與干燥空氣產(chǎn)生熱傳導(dǎo)差， 使R1受冷卻，電阻值增高， A B間產(chǎn)生輸出電壓，其值 與濕度變化有關(guān)。熱敏電阻式濕敏傳感器的輸出 電壓與絕對(duì)濕度成比例，因而可用于測(cè)量大氣的絕對(duì)濕度。 傳感器是利用濕度與 大氣導(dǎo)熱率之間的關(guān)系作為測(cè)量原理的，當(dāng)大氣中混入其他特種氣體或氣壓變化時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)有程度不同的影響。止匕外，熱敏電阻的位置對(duì)測(cè)量也有很大影 響。但這種傳感器從可靠性、穩(wěn)定性和不必特殊維護(hù)等方面來(lái)看，很有特色，現(xiàn)已用于空調(diào)機(jī)濕度控制，或制成便攜式絕對(duì)濕度表、直讀式露點(diǎn)計(jì)、相對(duì)濕度 計(jì)、水分計(jì)等。4.7 紅外線(xiàn)吸收式濕敏傳感器利用水蒸

28、氣能吸收某波段的紅外線(xiàn)制成的濕度傳感器。60年代中期，美國(guó)氣象局以波長(zhǎng)為1.37微米和1.25微米的紅外光分別作敏感光束和參考光束， 研制成紅外線(xiàn)吸收式濕度傳感器。 這種傳感器采用裝有入0濾光片和入 濾光片 的旋轉(zhuǎn)濾光片，當(dāng)光源通過(guò)旋轉(zhuǎn)濾光片時(shí)，輪流地選擇波長(zhǎng)為入0和人 的紅外光束，兩條光束通過(guò)被測(cè)濕度的樣氣抵達(dá)光敏元件 ，由于波長(zhǎng)為入0的光束不被 水蒸氣吸收，具光強(qiáng)仍為I0 ,波長(zhǎng)為人的光束被水蒸氣部分吸收，光強(qiáng)衰減 為 I o根據(jù)光強(qiáng)度的變化，將光敏元件上的信號(hào)處理后可獲得正比于水蒸氣濃度c的電信號(hào)。紅外線(xiàn)吸收式濕度傳感器屬非水分子親和力型濕敏元件，測(cè)量精度和靈敏度較高，能夠測(cè)量高溫或密封

29、場(chǎng)所的氣體濕度， 也能解決其他濕度傳感器不 能 解決的大風(fēng)速或通風(fēng)孔道環(huán)境中的濕度測(cè)量問(wèn)題。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光路系統(tǒng)存在溫度漂移現(xiàn)象。REGULATEDLED SUPPLYiASSAVJE* -22 2圖10紅外線(xiàn)吸收式濕敏傳感器原理圖4.8 微波式濕敏傳感器利用微波電介質(zhì)共振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)隨濕度變化的機(jī)理制成的傳感器。微波 共振器采用氧化鎂-氧化鈣-二氧 化鈦陶瓷體，共振器與耦合環(huán)構(gòu)成共振系統(tǒng)， 含水蒸氣的氣體進(jìn)入傳感器腔體后改變?cè)舱裣到y(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，其微波損失量與濕度成線(xiàn)性關(guān)系。這種傳感器的測(cè)濕范 圍為相對(duì)濕度4095%在溫度050c 時(shí)，精度可達(dá)土 2%微波式濕度傳感器具有非水分子親和力

30、型濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)， 又由于采用陶瓷材料作共振系統(tǒng)，故可加熱清洗，且堅(jiān)固耐用。缺點(diǎn)是對(duì)微波電路穩(wěn)定性要求甚高。5 .濕敏傳感器的特點(diǎn)國(guó)內(nèi)外各廠(chǎng)家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一， 質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶(hù)如何 選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕度傳感器具有如下特點(diǎn)：(1)精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性濕敏傳感器的精度應(yīng)達(dá)到土 2%之5%RH達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì).量器具使用,濕敏傳感器要達(dá) 到± 2%廿3%RH勺精度是比較困難的,通常產(chǎn)品資料中 給出的特性是在常溫(20± 10C)和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由 于塵土、油污及有 害氣體的影響，使用時(shí)間

31、一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕 度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕敏傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在1%R冰平的產(chǎn)品很少， 一般都在土 2流右，甚至更高。(2)濕敏傳感器的溫度系數(shù)濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分 敏感，其溫度系數(shù)一般在0.20.8%RH/C范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相 對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線(xiàn)性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。 采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線(xiàn)的線(xiàn)性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線(xiàn)性的溫漂往往補(bǔ) 償不出較好的效果，只有采用硬件溫度

32、跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40C以上正常工作。(3)濕敏傳感器的供電金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)， 會(huì)導(dǎo) 致性能變化，甚至失效，所以這類(lèi) 濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的 交流電壓。必須是交流電供電。(4)互換性目前，濕敏傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換， 嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、 調(diào)試增加了困難，有些廠(chǎng)家在這方面作出了種 種努力，取得了較好效果。(5)濕度校正校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即 可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫

33、度計(jì)和一些常見(jiàn)的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)作標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，(最 好在濕度環(huán)境適合的條件下)在缺乏完 善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽 溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。晶大麴(Ta=25t)麴符號(hào)麴值靴工作溫度TaH(HOOtTstg*d海t觸郎Vs10臨RHzoo%RHt10S«恃征參數(shù)(Ta=25t； 10KHj )榔醪物猾MinTypMaxasSOI海RH1995一觸電510V一§55%RH1c177180183溫度效應(yīng)Tcc0.04pF/C平均靈敏度(33%-75%RHI)AOTRHH0.34pF/%RH湍領(lǐng)bt1nA恢期間150小

34、8攆®lr10§r遲湍1+/-1.5%長(zhǎng)時(shí)間觸性0.5%RUM反耐間，后5S曲相度(10%)%)+A2%RH圖ii濕敏傳感器主要技術(shù)參數(shù)7.濕敏傳感器的應(yīng)用任何行業(yè)的工作都離不開(kāi)空氣，而空氣的濕度又與工作、生活、生產(chǎn)有直接 聯(lián)系，使?jié)穸鹊谋O(jiān)測(cè)與控制越來(lái)越顯得重要。濕度傳感器的應(yīng)用主要有如下幾個(gè) 方面：(1)溫室養(yǎng)殖現(xiàn)代農(nóng)林畜牧各產(chǎn)業(yè)都有相當(dāng)數(shù)量的溫室，溫室的濕度控制與溫度控制同樣 重要，把濕度控制在農(nóng)作物、樹(shù)木、畜禽等生長(zhǎng)適宜的范圍 ，是減少病蟲(chóng)害、提 高產(chǎn)量的條件之一。(2) 氣候監(jiān)測(cè)天氣測(cè)量和預(yù)報(bào)對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事及人民生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面都有重要 意義，因而濕度傳感器

35、是必不可少的測(cè)濕設(shè)備，如樹(shù)脂膨散式濕度傳感器已用于 氣象氣球測(cè)濕儀器上。(3)精密儀器的使用保護(hù)許多精密儀器、設(shè)備對(duì)工作環(huán)境要求較高。環(huán)境濕度必須控制在一定范圍內(nèi) 以保證它們的正常工作，提高工作效率及可靠性。如電話(huà)程控交換機(jī)工作濕度在 55 % ±10 %較妤。溫度過(guò)高會(huì)影響絕緣性能，過(guò)低易產(chǎn)生靜電，影響正常工 作。(4) 物品儲(chǔ)藏各種物品對(duì)環(huán)境均有一定的適應(yīng)性。濕度過(guò)高過(guò)低均會(huì)使物品喪失原有性 能。如在高濕度地區(qū)，電子產(chǎn)品在倉(cāng)庫(kù)的損害嚴(yán)重，非金屬零件會(huì)發(fā)霉變質(zhì)，金 屬零件會(huì)腐蝕生銹。(5)工業(yè)生產(chǎn)在紡織、電子、精密機(jī)器、陶瓷工業(yè)等部門(mén)，空氣濕度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量 和產(chǎn)量，必須有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)控。8 .濕敏傳感器注意事項(xiàng)濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸 性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。 也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。 為正確 反映欲測(cè)空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角 處。如果被測(cè)的房間太大，就應(yīng)放置多個(gè)傳感器。有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高， 否則將影響測(cè)量精度.或者傳感器 之間相互干擾，甚至無(wú)法工作。使用時(shí)應(yīng)技要求提供合適的、符合精度要求的供 電電源。傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)， 要注意信號(hào)的