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1、检测与传感技术,- 湿敏传感器,-2-,任务描述,在工农业生产和人们的日常生活中，对湿度都有严格的要求。 例如在集成电路制造车间，由于湿度与静电电荷有直接的关系，要求低湿度环境； 粮仓必须保持干燥的环境，否则粮食容易霉变； 空调系统除了调节温度以外，还要控制相对湿度在一定的范围内，才使人感觉舒适； 浴室的湿度很大，但其中的镜面如果有水气，则无法发挥其功能。因此湿度的检测和控制是非常重要的。,应用电子学院 传感器技术,-3-,-4-,-5-,任务主要内容,（1）、湿度传感器的检测原理 （2）、湿敏电容的使用 （3）、浴室环境湿度检测的实现,应用电子学院 传感器技术,一、湿度传感器的检测原理,应用
2、电子学院 传感器技术,常用湿敏电阻外形图,常用湿敏电容,应用电子学院 传感器技术,一、湿度传感器的检测原理,绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。 相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法当相对湿度达100%时，称饱和状态。,湿度检测方法：毛发湿度计法，干湿球湿度计法，露点计法和阻容式湿度计法。,湿敏传感器：就是一种能将被测环境湿度转换成电信号的装置。主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路，除此之外还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设备等,高分子电阻湿敏传感器：,高分子电解质感湿材料吸收
3、水分后引起两电极间电阻的变化，将相对湿度的变化转换成电阻阻值的变化,应用电子学院 传感器技术,电阻湿敏传感器结构示意图 1-感湿层 2-电极 3-基片,一、湿度传感器的检测原理,湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值降低，因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏电阻。,半导体陶瓷湿敏传感器：,当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶瓷吸湿，电阻阻值随之变化。为了防止电阻极化，测量时必须是交流？另外，在高温高湿环境下，要定期加热清洗，使传感器恢复性能。,应用电子学院 传感器技术,半导体陶瓷湿敏传感器结构示意图 a）吸湿单元；b）卸去
4、外壳后的结构；c）外形图；d）局部结构图 1-引线；2-多孔性电极；3-多孔陶瓷；4-底座；5-镍铬加热丝；6-外壳；7-引脚；8-气孔,一、湿度传感器的检测原理,湿度对电子元件的影响,当环境的相对湿度增大时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。,露点（温度）,露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。 形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值，可为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当空气中水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同
5、；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。（例如冰水混合物）,测量露点的仪器,露点会影响农作物的生长， 结露也严重影响电子仪器的正常工作。,电子湿度计模块,封装后的外形,电子式温湿度计,机械式湿度计,陶瓷湿度传感器特性曲线,在右图所示的陶瓷湿度传感器特性曲线中，纵坐标的标度有何特点？ 其电阻率变化约有多少个数量级？,电子相对湿度仪表的标定仪器,干湿球湿度计外形及原理,干球,湿球,用干湿球湿度计测量相对湿度,上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相对湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠
6、久，但现在还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。,风,水槽,棉球,玻璃酒精温度计,二、湿敏传感器的使用,应用电子学院 传感器技术,1、电源选择： 湿敏电阻必须工作在交流回路中。若用直流供电，会引起多孔陶瓷表面结构改变，湿敏特性变劣；若交流电源频率过高，由于元件的附加容抗而影响测湿灵敏度和准确性。因此应以不产生正、负离子积聚为原则，使电源频率尽可能低。对于离子导电型湿敏元件，电源频率一般以1kHz为宜。对于电子导电型湿敏元件，电源频率应低于50Hz。 2、线性化处理： 一般湿敏元件的特性均为非线性，为准确地获得湿度值，要加入线性化电路，使输出信号正比于湿度的变化。,二、湿敏传感器的使用,应用
7、电子学院 传感器技术,3、测量湿度范围： 电阻式湿敏元件在湿度超过95RH时，湿敏膜因湿润溶解，厚度会发生变化，若反复结露与潮解，特性将变坏而不能复原。 电容式湿敏元件在80RH以上高湿及100RH以上结露或潮解状态下，也难以检测。另外，不能将湿敏电容直接浸入水中或长期用于结露状态，也不能用手摸或用嘴吹其表面。 4、温度补偿： 通常氧化物半导体陶瓷湿敏电阻温度系数为0.10.3，在测湿精度要求高的情况下必须进行温度补偿。,三、浴室环境湿度检测实现,应用电子学院 传感器技术,浴室中的水蒸气很大，会使其中的镜子功能丧失，当浴室的湿度达到一定程度时，镜面会结露，表面一层雾气，市场上没有所谓的不结露镜
8、面，而是都要安装镜面水汽清除器。 一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选用高分子湿度传感器，这类精度高，稳定性好。在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度传感器，这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使性能恢复。 由于浴室的特定环境，结合湿敏传感器的相关知识，选用结露型传感器为主要器件制作浴室镜面水汽清除器。,三、浴室环境湿度检测实现,应用电子学院 传感器技术,电容湿度传感器应用电路,三、浴室环境湿度检测实现,应用电子学院 传感器技术,B为结露控制器HDP-07型结露传感器，用来检测浴室内空气的水汽。VT1和VT2组成施密特电路，它根据结露传感器感知水
9、汽后的阻值变化，实现两种稳定的状态。 当玻璃镜面周围的空气湿度变低时，结露传感器阻值变小，此时VTl的基极电位约0.5V，VT2的集电极为低电位，VT3和VT4截止，双向晶闸管不导通。 如果玻璃镜面周围的湿度增加，使结露传感器的阻值增大到时，VT1导通，VT2截止，其集电极电位变为高电位，VT3和VT4均导通，触发晶闸管VS导通，加热丝通电，使玻璃镜面加热。随着镜面温度逐步升高，镜面水汽被蒸发，从而使镜面恢复清晰。加热丝加热的同时，指示灯VD2点亮。调节的阻值，可使加热丝在确定的某一相对湿度条件下开始加热。,三、浴室环境湿度检测实现,应用电子学院 传感器技术,1.控制电路 控制电路的电源由R7
10、降压，经整流、滤波和VD3稳压后供给 。 2.使用时，通过改变电阻的阻值，可使加热器的通、断预先确定在某相对温度范围内,汽车挡风玻璃自动去湿装置,此图是一种用于汽车驾驶室挡风玻璃的自动去湿电路。其目的是防止驾驶室的挡风玻璃结露或结霜，保证驾驶员视线清楚，避免事故发生。该电路也可用于其他需要去湿的场所。,汽车挡风玻璃自动去湿装置,汽车挡风玻璃自动去湿装置,Rs 为加热电阻丝，将其埋入挡风玻璃内。H 为结露湿敏元件，晶体管VTl，VT2 为施密特触发电路，VT2 的集电极负载为继电器J的线圈绕组。R1，R2 为 VT1 的基极电阻，Rp 为湿敏元件H 的等效电阻。在不结露时，调整各电阻值，使 VT1 导通，VT2 截止。一旦湿度增大，湿敏元件H 的等效电阻 Rp 值下降到某一特定值，R2/Rp 减小，使 VT1 截止，VT2 导通，VT2 集电极负载继电器J 线圈通电，它的常开触点接通加热电源Ec，并且指示灯点亮，电阻丝Rs 通电，,挡风玻璃被加热，驱散湿气。当湿气减少到一定程度时，Rp/R2 回到不结露时的阻值，VT1，VT2 恢复初始状态，指示灯熄灭，电阻丝断电，停止加热，从而实现了自动去湿控制。,
