《第一章 传感器技术在电力设备在线检测中的应用第3部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 传感器技术在电力设备在线检测中的应用第3部分（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力传感与检测技术1.4 1.4 1.4 1.4 电力设备检测中的化学传感器电力设备检测中的化学传感器电力设备检测中的化学传感器电力设备检测中的化学传感器1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器，根据这些电信号的强弱就可以换为电信号的传感器，根据这些电信号的强弱就可以换为电信号的传感器，根据这些电信号的强弱就可以换为电信号的传感器，根据这些电信号的强弱就可以获得与
2、待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与计算机或单片机组成自动检测、控制和报警系统。计算机或单片机组成自动检测、控制和报警系统。计算机或单片机组成自动检测、控制和报警系统。计算机或单片机组成自动检测、控制和报警系统。由于气敏传感器是暴露在检测现场使用，工作条由于气敏传感器是暴露
3、在检测现场使用，工作条由于气敏传感器是暴露在检测现场使用，工作条由于气敏传感器是暴露在检测现场使用，工作条件比较恶劣，温度、湿度的变化很大，又存在大量粉件比较恶劣，温度、湿度的变化很大，又存在大量粉件比较恶劣，温度、湿度的变化很大，又存在大量粉件比较恶劣，温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等，气体对传感元件的材料会产生化学反应尘和油雾等，气体对传感元件的材料会产生化学反应尘和油雾等，气体对传感元件的材料会产生化学反应尘和油雾等，气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差，因此要物，附着在元件表面，往往会使其性能变差，因此要物，附着在元件表面，往往会使其性能
4、变差，因此要物，附着在元件表面，往往会使其性能变差，因此要求气敏传感器的性能必须满足下列条件：求气敏传感器的性能必须满足下列条件：求气敏传感器的性能必须满足下列条件：求气敏传感器的性能必须满足下列条件：电力传感与检测技术(1) (1) (1) (1) 能够检测易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允能够检测易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允能够检测易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允能够检测易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度，并能及时给出报警许浓度和其他基准设定浓度，并能及时给出报警许浓度和其他基准设定浓度，并能及时给出报警许浓度和其他基准设定浓度，并能及时给出报警、显示和控制
5、信号。、显示和控制信号。、显示和控制信号。、显示和控制信号。(2) (2) (2) (2) 对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。(3) (3) (3) (3) 性能长期稳定性好、重复性好、动态特性好、响性能长期稳定性好、重复性好、动态特性好、响性能长期稳定性好、重复性好、动态特性好、响性能长期稳定性好、重复性好、动态特性好、响应迅速。应迅速。应迅速。应迅速。(4) (4) (4) (4) 使用、维护方便，价格便宜等。使用、维护方便，价格便宜等。使用、维护方便，价格便宜等。使用、维
6、护方便，价格便宜等。由于半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快由于半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快由于半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快由于半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、使用寿命长和成本低等优点，应用很广，因此、使用寿命长和成本低等优点，应用很广，因此、使用寿命长和成本低等优点，应用很广，因此、使用寿命长和成本低等优点，应用很广，因此本节将着重介绍半导体气敏传感器。本节将着重介绍半导体气敏传感器。本节将着重介绍半导体气敏传感器。本节将着重介绍半导体气敏传感器。电力传感与检测技术1.1.1.1.半导体气敏传感器半导体气敏传感器半导体气敏传感器半导体气敏传感器（1 1 1 1）半导体气
7、敏传感器的分类）半导体气敏传感器的分类）半导体气敏传感器的分类）半导体气敏传感器的分类半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感元件制作的气敏传感器以及用单晶半导体器件制作的气感元件制作的气敏传感器以及用单晶半导体器件制作的气感元件制作的气敏传感器以及用单晶半导体器件制作的气感元件制作的气敏传感器以及用单晶半导体器件制作的气敏传感器，分类如表敏传感器，分类如表敏传感器，分类如表敏传感器，分类如表1 1 1 1- - - -2 2 2 2所示。所
8、示。所示。所示。按照半导体变化的物理特征，可分为电阻型和非电阻按照半导体变化的物理特征，可分为电阻型和非电阻按照半导体变化的物理特征，可分为电阻型和非电阻按照半导体变化的物理特征，可分为电阻型和非电阻型两类。前者是利用敏感元件吸附气体后电阻值随着被测型两类。前者是利用敏感元件吸附气体后电阻值随着被测型两类。前者是利用敏感元件吸附气体后电阻值随着被测型两类。前者是利用敏感元件吸附气体后电阻值随着被测气体的浓度改变来检测气体的浓度或成分；后者是利用二气体的浓度改变来检测气体的浓度或成分；后者是利用二气体的浓度改变来检测气体的浓度或成分；后者是利用二气体的浓度改变来检测气体的浓度或成分；后者是利用二
9、极管伏安特性和场效应管的阈值电压变化来检测被测气体极管伏安特性和场效应管的阈值电压变化来检测被测气体极管伏安特性和场效应管的阈值电压变化来检测被测气体极管伏安特性和场效应管的阈值电压变化来检测被测气体。按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，又可分为表面电阻控制型和体表面或深入到半导体内部，又可分为表面电阻控制型和体表面或深入到半导体内部，又可分为表面电阻控制型和体表面或深入到半导体内部，又可分为表面电阻控制型和体电阻控制型。
10、前者当半导体表面吸附气体后，使半导体体电阻控制型。前者当半导体表面吸附气体后，使半导体体电阻控制型。前者当半导体表面吸附气体后，使半导体体电阻控制型。前者当半导体表面吸附气体后，使半导体电力传感与检测技术的载流子增多或减小来引起半导体电导率变化，但内的载流子增多或减小来引起半导体电导率变化，但内的载流子增多或减小来引起半导体电导率变化，但内的载流子增多或减小来引起半导体电导率变化，但内部化学组成不变；后者当半导体与气体发生反应后部化学组成不变；后者当半导体与气体发生反应后部化学组成不变；后者当半导体与气体发生反应后部化学组成不变；后者当半导体与气体发生反应后，使半导体晶格发生变化而引起电导率改
11、变。，使半导体晶格发生变化而引起电导率改变。，使半导体晶格发生变化而引起电导率改变。，使半导体晶格发生变化而引起电导率改变。表表表表1 1 1 1- - - -2 2 2 2 半导体气敏传感器分类半导体气敏传感器分类半导体气敏传感器分类半导体气敏传感器分类类型主要物理特性气敏元件举例工作温度待测气体表面电阻控制型类型主要物理特性气敏元件举例工作温度待测气体表面电阻控制型SnO2、ZnO300450可燃性气体体电阻控制型可燃性气体体电阻控制型Fe2O2TiO2CoOMgO300450700以上以上700以上乙醇、可燃性气体、以上乙醇、可燃性气体、O2O2二极管整流特性二极管整流特性PdTiO2室
12、温室温200H2、CO、乙醇场效应晶体管特性、乙醇场效应晶体管特性Pd-MOSFET150H2、H2S非电阻型电阻型电阻非电阻型电阻型电阻电力传感与检测技术(2)(2)(2)(2)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料作为气敏元件。它分作为气敏元件。它分作为气敏元件。它分作为气敏元件。它分N N N N型半导体如型半导体如型半导体如型半导体如SnOSnOSnOSnO2 2 2 2、FeFeF
13、eFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3、ZnOZnOZnOZnO等；等；等；等；P P P P型型型型半导体，如半导体，如半导体，如半导体，如CoOCoOCoOCoO、PbOPbOPbOPbO、CuOCuOCuOCuO、NiONiONiONiO等。等。等。等。1) 1) 1) 1) 材料和结构材料和结构材料和结构材料和结构因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之是利用陶瓷工艺制成的具有
14、半导体特性的材料，因此称之是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之为半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相为半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相为半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相为半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。在诸多的半导体气敏元件多种具有实用价值的敏感元
15、件。在诸多的半导体气敏元件多种具有实用价值的敏感元件。在诸多的半导体气敏元件多种具有实用价值的敏感元件。在诸多的半导体气敏元件中，用氧化锡中，用氧化锡中，用氧化锡中，用氧化锡(SnO(SnO(SnO(SnO2 2 2 2) ) ) )制成的元件具有结构简单、成本低、可制成的元件具有结构简单、成本低、可制成的元件具有结构简单、成本低、可制成的元件具有结构简单、成本低、可靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最为广泛。为广泛。为广泛。为广泛
16、。电力传感与检测技术半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳加热器和外壳加热器和外壳加热器和外壳。按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜型，如图型，如图型，如图型，如图1 1 1 1- - - -27272727所示。所示。所示。所示。图图图图1 1 1 1- - - -27 27 27 27 半导体传感器的器件结构半导体传感器的器件结构半导体传感器的
17、器件结构半导体传感器的器件结构电力传感与检测技术图图图图1 1 1 1- - - -27(a)27(a)27(a)27(a)所示为烧结型气敏元件，它以多孔质陶瓷如所示为烧结型气敏元件，它以多孔质陶瓷如所示为烧结型气敏元件，它以多孔质陶瓷如所示为烧结型气敏元件，它以多孔质陶瓷如SnO2SnO2SnO2SnO2为基材为基材为基材为基材，添加不同物质采用低温，添加不同物质采用低温，添加不同物质采用低温，添加不同物质采用低温(700(700(700(700900900900900) ) ) )制陶方法进行烧结，烧制陶方法进行烧结，烧制陶方法进行烧结，烧制陶方法进行烧结，烧结时埋入铂电极和加热丝，最后将
18、电极和加热丝引线焊在管座上结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分于检测还原性气
19、体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较大，所以应用受到一定的限制。大，所以应用受到一定的限制。大，所以应用受到一定的限制。大，所以应用受到一定的限制。电力传感与检测技术图图图图1 1 1 1- - - -27(b)27(b)27(b)27(b)所示为薄膜型气敏元件，是用蒸发或溅射方法，在所示为薄膜型气敏元件，是用蒸发或溅射方法，在所示为薄膜型气敏元件，是用蒸发或溅射方法
20、，在所示为薄膜型气敏元件，是用蒸发或溅射方法，在石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜( ( ( (厚度在厚度在厚度在厚度在100nm100nm100nm100nm以下以下以下以下) ) ) )，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵敏度和响应速度。敏感体的薄膜化有利于器件的低功耗、敏度和响应速度。敏感体的薄膜化有利于器件的低功耗、敏度和响
21、应速度。敏感体的薄膜化有利于器件的低功耗、敏度和响应速度。敏感体的薄膜化有利于器件的低功耗、小型化，以及与集成电路制造技术兼容，所以是一种很有小型化，以及与集成电路制造技术兼容，所以是一种很有小型化，以及与集成电路制造技术兼容，所以是一种很有小型化，以及与集成电路制造技术兼容，所以是一种很有前途的器件。前途的器件。前途的器件。前途的器件。电力传感与检测技术图图图图1 1 1 1- - - -27(c)27(c)27(c)27(c)所示为厚膜型气敏元件，将气敏材料所示为厚膜型气敏元件，将气敏材料所示为厚膜型气敏元件，将气敏材料所示为厚膜型气敏元件，将气敏材料(SnO(SnO(SnO(SnO2 2
22、 2 2、ZnOZnOZnOZnO) ) ) )与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上，在用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上，在用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上，在用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝的基片上，在400400400400800800800800的温度下烧结的温度下烧结的温度下烧结的温度下烧结1 1 1 1个个个个2 2 2 2个小时便制成厚膜型气敏元件。个小时便
23、制成厚膜型气敏元件。个小时便制成厚膜型气敏元件。个小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。生产。生产。生产。这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原
24、反应测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200200200200400400400400。电力传感与检测技术2) 2) 2) 2) 工作原理工作原理工作原理工作原理电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧
25、化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种而使气敏元件的电阻值随被测气
26、体的浓度改变而变化。这种反应是可逆的，因而可以重复的使用。电阻值的变化是伴随反应是可逆的，因而可以重复的使用。电阻值的变化是伴随反应是可逆的，因而可以重复的使用。电阻值的变化是伴随反应是可逆的，因而可以重复的使用。电阻值的变化是伴随着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而产生的，为着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而产生的，为着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而产生的，为着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而产生的，为了加速这种反应，通常要用加热器对气敏元件加热。了加速这种反应，通常要用加热器对气敏元件加热。了加速这种反应，通常要用加热器对气敏元件加热。了加速这种反应，通常要
27、用加热器对气敏元件加热。下面以半导瓷材料下面以半导瓷材料下面以半导瓷材料下面以半导瓷材料SnOSnOSnOSnO2 2 2 2为例，说明表面电阻控制型气敏为例，说明表面电阻控制型气敏为例，说明表面电阻控制型气敏为例，说明表面电阻控制型气敏传感器的工作原理。传感器的工作原理。传感器的工作原理。传感器的工作原理。半导瓷材料半导瓷材料半导瓷材料半导瓷材料SnOSnOSnOSnO2 2 2 2属于属于属于属于N N N N型半导体，型半导体，型半导体，型半导体，N N N N型半导体气敏传感器型半导体气敏传感器型半导体气敏传感器型半导体气敏传感器吸附被测气体时的电阻变化曲线如图吸附被测气体时的电阻变化
28、曲线如图吸附被测气体时的电阻变化曲线如图吸附被测气体时的电阻变化曲线如图1 1 1 1- - - -28282828所示。从图中可见所示。从图中可见所示。从图中可见所示。从图中可见电力传感与检测技术当半导体气敏传感器在洁净的空气中开始通电加热时，其当半导体气敏传感器在洁净的空气中开始通电加热时，其当半导体气敏传感器在洁净的空气中开始通电加热时，其当半导体气敏传感器在洁净的空气中开始通电加热时，其阻值急剧下降，阻值发生变化的时间阻值急剧下降，阻值发生变化的时间阻值急剧下降，阻值发生变化的时间阻值急剧下降，阻值发生变化的时间( ( ( (称响应时间称响应时间称响应时间称响应时间) ) ) )不到不
29、到不到不到1min1min1min1min，然后上升，经，然后上升，经，然后上升，经，然后上升，经2min2min2min2min10min10min10min10min后达到稳定，这段时间后达到稳定，这段时间后达到稳定，这段时间后达到稳定，这段时间为初始稳定时间，元件只有在达到初始稳定状态后才可用为初始稳定时间，元件只有在达到初始稳定状态后才可用为初始稳定时间，元件只有在达到初始稳定状态后才可用为初始稳定时间，元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。于气体检测。于气体检测。于气体检测。图图图图1 1 1 1- - - -27 N27 N27 N27 N型半导体气敏传感器吸附被测气体时的
30、电阻变化曲线型半导体气敏传感器吸附被测气体时的电阻变化曲线型半导体气敏传感器吸附被测气体时的电阻变化曲线型半导体气敏传感器吸附被测气体时的电阻变化曲线电力传感与检测技术当电阻值处于稳定值后，会随被测气体的吸附情况而当电阻值处于稳定值后，会随被测气体的吸附情况而当电阻值处于稳定值后，会随被测气体的吸附情况而当电阻值处于稳定值后，会随被测气体的吸附情况而发生变化，其电阻的变化规律视气体的性质而定，如果被发生变化，其电阻的变化规律视气体的性质而定，如果被发生变化，其电阻的变化规律视气体的性质而定，如果被发生变化，其电阻的变化规律视气体的性质而定，如果被测气体是氧化性气体测气体是氧化性气体测气体是氧化
31、性气体测气体是氧化性气体( ( ( (如如如如O O O O2 2 2 2和和和和NONONONOX X X X) ) ) )，被吸附气体分子从气敏，被吸附气体分子从气敏，被吸附气体分子从气敏，被吸附气体分子从气敏元件得到电子，使元件得到电子，使元件得到电子，使元件得到电子，使N N N N型半导体中载流子电子减少，因而电型半导体中载流子电子减少，因而电型半导体中载流子电子减少，因而电型半导体中载流子电子减少，因而电阻值增大。如果被测气体为还原性气体阻值增大。如果被测气体为还原性气体阻值增大。如果被测气体为还原性气体阻值增大。如果被测气体为还原性气体( ( ( (如如如如H H H H2 2
32、2 2、COCOCOCO、酒精、酒精、酒精、酒精等等等等) ) ) )，气体分子向气敏元件释放电子，使元件中载流子电，气体分子向气敏元件释放电子，使元件中载流子电，气体分子向气敏元件释放电子，使元件中载流子电，气体分子向气敏元件释放电子，使元件中载流子电子增多，因而电阻值下降。子增多，因而电阻值下降。子增多，因而电阻值下降。子增多，因而电阻值下降。空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。如果被测气体是恒定的，气敏元
33、件的阻值大致保持不变。如果被测气体是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。如果被测气体是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。如果被测气体与敏感元件接触后，元件表面将产生吸附作用，元件的阻与敏感元件接触后，元件表面将产生吸附作用，元件的阻与敏感元件接触后，元件表面将产生吸附作用，元件的阻与敏感元件接触后，元件表面将产生吸附作用，元件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与电阻值的变化关系即可值将随气体浓度而变化，从浓度与电阻值的变化关系即可值将随气体浓度而变化，从浓度与电阻值的变化关系即可值将随气体浓度而变化，从浓度与电阻值的变化关系即可得知气体的浓度。得知气体的浓度。得知气体的浓度。得知气体的浓度。电
34、力传感与检测技术图图图图1 1 1 1- - - -29292929所示为典型气敏所示为典型气敏所示为典型气敏所示为典型气敏元件的阻值浓度关系。从图元件的阻值浓度关系。从图元件的阻值浓度关系。从图元件的阻值浓度关系。从图中可以看出，元件对不同气体中可以看出，元件对不同气体中可以看出，元件对不同气体中可以看出，元件对不同气体的敏感程度不同，如对乙醚、的敏感程度不同，如对乙醚、的敏感程度不同，如对乙醚、的敏感程度不同，如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏乙醇、氢气等具有较高的灵敏乙醇、氢气等具有较高的灵敏乙醇、氢气等具有较高的灵敏度，而对甲烷的灵敏度较低。度，而对甲烷的灵敏度较低。度，而对甲烷的灵
35、敏度较低。度，而对甲烷的灵敏度较低。一般随气体的浓度增加，元件一般随气体的浓度增加，元件一般随气体的浓度增加，元件一般随气体的浓度增加，元件阻值明显增大，在一定范围内阻值明显增大，在一定范围内阻值明显增大，在一定范围内阻值明显增大，在一定范围内呈线性关系。呈线性关系。呈线性关系。呈线性关系。图图图图1 1- -29 29 典型气敏元件的典型气敏元件的典型气敏元件的典型气敏元件的阻值阻值阻值阻值浓度关系浓度关系浓度关系浓度关系电力传感与检测技术2.2.2.2.气敏传感器的应用气敏传感器的应用气敏传感器的应用气敏传感器的应用气敏传感器广泛应用于防灾报警，如可制成液化石油气敏传感器广泛应用于防灾报警
36、，如可制成液化石油气敏传感器广泛应用于防灾报警，如可制成液化石油气敏传感器广泛应用于防灾报警，如可制成液化石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于对对对对O O O O2 2 2 2、COCOCOCO等气体的测量，生活中则可用于空调机、
37、烹调装等气体的测量，生活中则可用于空调机、烹调装等气体的测量，生活中则可用于空调机、烹调装等气体的测量，生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。置、酒精浓度探测等方面。置、酒精浓度探测等方面。置、酒精浓度探测等方面。1) 1) 1) 1) 可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器的电路图如图可燃气体泄漏报警器的电路图如图可燃气体泄漏报警器的电路图如图可燃气体泄漏报警器的电路图如图1 1 1 1- - - -30303030所示。它采用载体所示。它采用载体所示。它采用载体所示。它采用载体催化型气敏元件作为检测探头，报警灵敏度可从催化型
38、气敏元件作为检测探头，报警灵敏度可从催化型气敏元件作为检测探头，报警灵敏度可从催化型气敏元件作为检测探头，报警灵敏度可从0.2%0.2%0.2%0.2%起连续起连续起连续起连续可调，当空气中可燃气体的浓度达可调，当空气中可燃气体的浓度达可调，当空气中可燃气体的浓度达可调，当空气中可燃气体的浓度达0.2%0.2%0.2%0.2%时，报警器可发出声时，报警器可发出声时，报警器可发出声时，报警器可发出声光报警。因此它特别使用于液化石油气、煤矿瓦斯气、天然光报警。因此它特别使用于液化石油气、煤矿瓦斯气、天然光报警。因此它特别使用于液化石油气、煤矿瓦斯气、天然光报警。因此它特别使用于液化石油气、煤矿瓦斯
39、气、天然气、焦炉煤气、重油裂解气、氢气和一氧化碳等各种可燃气气、焦炉煤气、重油裂解气、氢气和一氧化碳等各种可燃气气、焦炉煤气、重油裂解气、氢气和一氧化碳等各种可燃气气、焦炉煤气、重油裂解气、氢气和一氧化碳等各种可燃气体的测漏及报警。体的测漏及报警。体的测漏及报警。体的测漏及报警。电力传感与检测技术电路中，电路中，电路中，电路中，D D D D为检测元件，因外观呈黑褐色，又称为黑元件为检测元件，因外观呈黑褐色，又称为黑元件为检测元件，因外观呈黑褐色，又称为黑元件为检测元件，因外观呈黑褐色，又称为黑元件，C C C C为补偿元件，因外观呈白色，又称为白元件。为补偿元件，因外观呈白色，又称为白元件。
40、为补偿元件，因外观呈白色，又称为白元件。为补偿元件，因外观呈白色，又称为白元件。RCRCRCRC为补偿电为补偿电为补偿电为补偿电阻。黑、白元件工作时装在防爆气室中，通过隔爆罩与大气接阻。黑、白元件工作时装在防爆气室中，通过隔爆罩与大气接阻。黑、白元件工作时装在防爆气室中，通过隔爆罩与大气接阻。黑、白元件工作时装在防爆气室中，通过隔爆罩与大气接触。而触。而触。而触。而C C C C、D D D D、RCRCRCRC、R R R R3 3 3 3、R R R R4 4 4 4组成检测桥路。组成检测桥路。组成检测桥路。组成检测桥路。图图图图1 1 1 1- - - -30 30 30 30 可燃气体
41、泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器电力传感与检测技术运算放大器及外围元件组成电压比较器。半导体三极管运算放大器及外围元件组成电压比较器。半导体三极管运算放大器及外围元件组成电压比较器。半导体三极管运算放大器及外围元件组成电压比较器。半导体三极管VTVTVTVT2 2 2 2、VTVTVTVT3 3 3 3、VTVTVTVT4 4 4 4、VTVTVTVT5 5 5 5与发光二极管与发光二极管与发光二极管与发光二极管VDVDVDVD5 5 5 5及峰鸣器及峰鸣器及峰鸣器及峰鸣器Y Y Y Y等组成声光报警电路。等组成声光报警电路。等组成声光报警电路。等组成声光报警电
42、路。VTVTVTVT1 1 1 1、VDVDVDVD3 3 3 3及及及及R R R R8 8 8 8组成控制开关电路。组成控制开关电路。组成控制开关电路。组成控制开关电路。当没有可燃性气体泄露时，当没有可燃性气体泄露时，当没有可燃性气体泄露时，当没有可燃性气体泄露时，A A A A点电位低于点电位低于点电位低于点电位低于B B B B点电位，电桥处于点电位，电桥处于点电位，电桥处于点电位，电桥处于相对平衡状态，比较器相对平衡状态，比较器相对平衡状态，比较器相对平衡状态，比较器ICICICIC1 1 1 1输出低电平，使输出低电平，使输出低电平，使输出低电平，使VT1VT1VT1VT1截止，此
43、时发光二极截止，此时发光二极截止，此时发光二极截止，此时发光二极图图图图1 1 1 1- - - -30 30 30 30 可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器电力传感与检测技术管管管管VDVDVDVD5 5 5 5不发光，蜂鸣器不发光，蜂鸣器不发光，蜂鸣器不发光，蜂鸣器Y Y Y Y无报警声。当有可燃性气体泄露时，无报警声。当有可燃性气体泄露时，无报警声。当有可燃性气体泄露时，无报警声。当有可燃性气体泄露时，在在在在D D D D元件表面发生化学反应，使元件表面发生化学反应，使元件表面发生化学反应，使元件表面发生化学反应，使D D D D元件电阻增加，元件
44、电阻增加，元件电阻增加，元件电阻增加，A A A A点电位上升点电位上升点电位上升点电位上升至高于至高于至高于至高于B B B B电位时，比较器电位时，比较器电位时，比较器电位时，比较器ICICICIC1 1 1 1输出高电平，输出高电平，输出高电平，输出高电平，VTVTVTVT1 1 1 1导通，打开报警导通，打开报警导通，打开报警导通，打开报警电路，在电路，在电路，在电路，在VTVTVTVT2 2 2 2和和和和VTVTVTVT3 3 3 3组成的多谐振荡器的作用下，发光二极管组成的多谐振荡器的作用下，发光二极管组成的多谐振荡器的作用下，发光二极管组成的多谐振荡器的作用下，发光二极管VDV
45、DVDVD5 5 5 5与蜂鸣器与蜂鸣器与蜂鸣器与蜂鸣器Y Y Y Y同步发出闪光和报警声。同步发出闪光和报警声。同步发出闪光和报警声。同步发出闪光和报警声。图图图图1 1 1 1- - - -30 30 30 30 可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器电力传感与检测技术1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，能感受湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，能感受湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，能感受湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，能感受外界湿度外界湿度外界
46、湿度外界湿度( ( ( (通常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度通常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度通常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度通常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度) ) ) )变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿度变换为电信号的装置。度变换为电信号的装置。度变换为电信号的装置。度变换为电信号的装置。与温度测量相比，对湿度进行精确地测量是很困难的与温度测量相比，对湿度进行精确地测量是很困难的与温度测量相比，对湿
47、度进行精确地测量是很困难的与温度测量相比，对湿度进行精确地测量是很困难的，其原因在于空气中所含的水蒸气含量极少，比空气少得，其原因在于空气中所含的水蒸气含量极少，比空气少得，其原因在于空气中所含的水蒸气含量极少，比空气少得，其原因在于空气中所含的水蒸气含量极少，比空气少得多，并且难于集中在湿敏元件表面，此外水蒸气会使一些多，并且难于集中在湿敏元件表面，此外水蒸气会使一些多，并且难于集中在湿敏元件表面，此外水蒸气会使一些多，并且难于集中在湿敏元件表面，此外水蒸气会使一些感湿材料溶解、腐蚀、老化，从而丧失原有的感湿性能；感湿材料溶解、腐蚀、老化，从而丧失原有的感湿性能；感湿材料溶解、腐蚀、老化，从
48、而丧失原有的感湿性能；感湿材料溶解、腐蚀、老化，从而丧失原有的感湿性能；再者湿度信息的传递必须靠水对感湿元件直接接触来完成再者湿度信息的传递必须靠水对感湿元件直接接触来完成再者湿度信息的传递必须靠水对感湿元件直接接触来完成再者湿度信息的传递必须靠水对感湿元件直接接触来完成，因此感湿元件只能暴露在待测环境中，而不能密封，易，因此感湿元件只能暴露在待测环境中，而不能密封，易，因此感湿元件只能暴露在待测环境中，而不能密封，易，因此感湿元件只能暴露在待测环境中，而不能密封，易于损坏。于损坏。于损坏。于损坏。电力传感与检测技术20202020世纪世纪世纪世纪50505050年代后，陆续出现了电阻型等湿敏
49、计，使湿年代后，陆续出现了电阻型等湿敏计，使湿年代后，陆续出现了电阻型等湿敏计，使湿年代后，陆续出现了电阻型等湿敏计，使湿度的测量精度大大提高，但是，与其他物理量的检测相比度的测量精度大大提高，但是，与其他物理量的检测相比度的测量精度大大提高，但是，与其他物理量的检测相比度的测量精度大大提高，但是，与其他物理量的检测相比，无论是敏感元件的性能，还是制造工艺和测量精度都差，无论是敏感元件的性能，还是制造工艺和测量精度都差，无论是敏感元件的性能，还是制造工艺和测量精度都差，无论是敏感元件的性能，还是制造工艺和测量精度都差得多和因难得多。近几年出现的半导体湿敏元件和得多和因难得多。近几年出现的半导体
50、湿敏元件和得多和因难得多。近几年出现的半导体湿敏元件和得多和因难得多。近几年出现的半导体湿敏元件和MOSMOSMOSMOS型湿型湿型湿型湿敏元件已达到较高水平，具有工作范围宽、响应速度快、敏元件已达到较高水平，具有工作范围宽、响应速度快、敏元件已达到较高水平，具有工作范围宽、响应速度快、敏元件已达到较高水平，具有工作范围宽、响应速度快、环境适应能力强等特点。环境适应能力强等特点。环境适应能力强等特点。环境适应能力强等特点。1.1.1.1.概述概述1) 1) 湿度表示法湿度表示法湿度表示法湿度表示法所谓湿度，就是空气中所含有水蒸气的量，表明大气所谓湿度，就是空气中所含有水蒸气的量，表明大气所谓湿
51、度，就是空气中所含有水蒸气的量，表明大气所谓湿度，就是空气中所含有水蒸气的量，表明大气的干、湿程度，常用绝对湿度和相对湿度表示。的干、湿程度，常用绝对湿度和相对湿度表示。的干、湿程度，常用绝对湿度和相对湿度表示。的干、湿程度，常用绝对湿度和相对湿度表示。电力传感与检测技术a. a. a. a. 绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度(Absolute Humidity)(Absolute Humidity)(Absolute Humidity)(Absolute Humidity)绝对湿度是在一定的温度及压力下，每单位体积的混合绝对湿度是在一定的温度及压力下，每单位体积的混合绝对湿度是在一定的温度及
52、压力下，每单位体积的混合绝对湿度是在一定的温度及压力下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，一般用符号气体中所含水蒸气的质量，一般用符号气体中所含水蒸气的质量，一般用符号气体中所含水蒸气的质量，一般用符号AHAHAHAH表示，其定义为表示，其定义为表示，其定义为表示，其定义为(1(1(1(1- - - -23)23)23)23)式中式中式中式中为待测空气中的水汽含量；为待测空气的总体为待测空气中的水汽含量；为待测空气的总体为待测空气中的水汽含量；为待测空气的总体为待测空气中的水汽含量；为待测空气的总体积。积。积。积。AHAHAHAH的单位为的单位为的单位为的单位为g/mg/mg/mg/m3
53、 3 3 3或或或或mg/mmg/mmg/mmg/m3 3 3 3。在实际生活中，许多与湿度有关的现象，例如水分蒸在实际生活中，许多与湿度有关的现象，例如水分蒸在实际生活中，许多与湿度有关的现象，例如水分蒸在实际生活中，许多与湿度有关的现象，例如水分蒸发的快慢、人体的自我感觉、植物的枯萎等，并不直接与空发的快慢、人体的自我感觉、植物的枯萎等，并不直接与空发的快慢、人体的自我感觉、植物的枯萎等，并不直接与空发的快慢、人体的自我感觉、植物的枯萎等，并不直接与空气的水汽气压有关，而是与空气中的水汽分压与同温度下水气的水汽气压有关，而是与空气中的水汽分压与同温度下水气的水汽气压有关，而是与空气中的水汽
54、分压与同温度下水气的水汽气压有关，而是与空气中的水汽分压与同温度下水的饱和水汽压之间的差值有关。如果这一差值过小，人们就的饱和水汽压之间的差值有关。如果这一差值过小，人们就的饱和水汽压之间的差值有关。如果这一差值过小，人们就的饱和水汽压之间的差值有关。如果这一差值过小，人们就感到空气过于潮湿；差值过大会使人们感到空气干燥。因此感到空气过于潮湿；差值过大会使人们感到空气干燥。因此感到空气过于潮湿；差值过大会使人们感到空气干燥。因此感到空气过于潮湿；差值过大会使人们感到空气干燥。因此有必要引入一个与空气的水汽分压和在同温度下的水的饱和有必要引入一个与空气的水汽分压和在同温度下的水的饱和有必要引入一
55、个与空气的水汽分压和在同温度下的水的饱和有必要引入一个与空气的水汽分压和在同温度下的水的饱和水汽压有关的物理量水汽压有关的物理量水汽压有关的物理量水汽压有关的物理量相对湿度。相对湿度。相对湿度。相对湿度。vmAHV=vm电力传感与检测技术b. b. b. b. 相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度(Relative Humidity)(Relative Humidity)(Relative Humidity)(Relative Humidity)相对湿度是指被测气体中的水蒸气气压和该气体在相相对湿度是指被测气体中的水蒸气气压和该气体在相相对湿度是指被测气体中的水蒸气气压和该气体在相相对湿度是指被测
56、气体中的水蒸气气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比。相对湿度给出大气的潮同温度下饱和水蒸气压的百分比。相对湿度给出大气的潮同温度下饱和水蒸气压的百分比。相对湿度给出大气的潮同温度下饱和水蒸气压的百分比。相对湿度给出大气的潮湿程度，因此，它是一个无量纲的值，一般用符号湿程度，因此，它是一个无量纲的值，一般用符号湿程度，因此，它是一个无量纲的值，一般用符号湿程度，因此，它是一个无量纲的值，一般用符号%RH%RH%RH%RH表表表表示，其表达式为示，其表达式为示，其表达式为示，其表达式为（1 1 1 1- - - -24242424）式中式中式中式中为相对湿度，单位为为相对湿度，单位为为相对
57、湿度，单位为为相对湿度，单位为%RH%RH%RH%RH； 为温度为温度为温度为温度T T T T时的水蒸气分时的水蒸气分时的水蒸气分时的水蒸气分压；压；压；压； 为待测空气在同温度为待测空气在同温度为待测空气在同温度为待测空气在同温度T T T T下的饱和水蒸气压。下的饱和水蒸气压。下的饱和水蒸气压。下的饱和水蒸气压。100%vwPRHP=vPwPRH电力传感与检测技术2. 2. 2. 2. 湿敏传感器的分类湿敏传感器的分类湿敏传感器的分类湿敏传感器的分类湿敏传感器种类繁多，有多种分类方式。湿敏传感器种类繁多，有多种分类方式。湿敏传感器种类繁多，有多种分类方式。湿敏传感器种类繁多，有多种分类方
58、式。 按元件输出的电学量分类可分为：电阻式、电容式、频率按元件输出的电学量分类可分为：电阻式、电容式、频率按元件输出的电学量分类可分为：电阻式、电容式、频率按元件输出的电学量分类可分为：电阻式、电容式、频率式等。式等。式等。式等。 按其探测功能可分为：相对湿度、绝对湿度、结露和多功按其探测功能可分为：相对湿度、绝对湿度、结露和多功按其探测功能可分为：相对湿度、绝对湿度、结露和多功按其探测功能可分为：相对湿度、绝对湿度、结露和多功能式四种能式四种能式四种能式四种 按材料则可分为：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电按材料则可分为：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电按材料则可分为：陶瓷式、有机高分子
59、式、半导体式、电按材料则可分为：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电解质式等。解质式等。解质式等。解质式等。另外，根据与水分子亲和力是否有关，可以将湿敏传感另外，根据与水分子亲和力是否有关，可以将湿敏传感另外，根据与水分子亲和力是否有关，可以将湿敏传感另外，根据与水分子亲和力是否有关，可以将湿敏传感器分为水亲和力型湿敏传感器和非水亲和力型湿敏传感器。器分为水亲和力型湿敏传感器和非水亲和力型湿敏传感器。器分为水亲和力型湿敏传感器和非水亲和力型湿敏传感器。器分为水亲和力型湿敏传感器和非水亲和力型湿敏传感器。水分子易于吸附在物体表面并渗透到固体内部的这种特性称水分子易于吸附在物体表面并渗透到固体内部的
60、这种特性称水分子易于吸附在物体表面并渗透到固体内部的这种特性称水分子易于吸附在物体表面并渗透到固体内部的这种特性称为水分子亲和力，水分子附着或浸入湿敏功能材料后，不仅为水分子亲和力，水分子附着或浸入湿敏功能材料后，不仅为水分子亲和力，水分子附着或浸入湿敏功能材料后，不仅为水分子亲和力，水分子附着或浸入湿敏功能材料后，不仅是物理吸附，而且还有化学吸附，其结果使功能材料的电性是物理吸附，而且还有化学吸附，其结果使功能材料的电性是物理吸附，而且还有化学吸附，其结果使功能材料的电性是物理吸附，而且还有化学吸附，其结果使功能材料的电性能产生变化，如能产生变化，如能产生变化，如能产生变化，如LiClLiC
61、lLiClLiCl、ZnOZnOZnOZnO材料的阻抗发生变化。材料的阻抗发生变化。材料的阻抗发生变化。材料的阻抗发生变化。电力传感与检测技术因此，这些材料就可以制成湿敏元件，另外利用某些因此，这些材料就可以制成湿敏元件，另外利用某些因此，这些材料就可以制成湿敏元件，另外利用某些因此，这些材料就可以制成湿敏元件，另外利用某些材料与水分子接触的物理效应也可以测量湿度。因此，这两材料与水分子接触的物理效应也可以测量湿度。因此，这两材料与水分子接触的物理效应也可以测量湿度。因此，这两材料与水分子接触的物理效应也可以测量湿度。因此，这两大类湿敏传感器可细分为表大类湿敏传感器可细分为表大类湿敏传感器可细
62、分为表大类湿敏传感器可细分为表1 1 1 1- - - -3 3 3 3所示的各种湿敏传感器。所示的各种湿敏传感器。所示的各种湿敏传感器。所示的各种湿敏传感器。湿敏传感器类型按水分子亲和力分类水分子亲和力型尺寸变化式湿敏元件、电解质湿敏元件、高分子材料湿敏元件、金属氧化物膜湿敏元件、金属氧化物陶瓷湿敏元件、硒膜及水晶振子湿敏元件非水分子亲和力型热敏电阻式湿敏传感器、红外线吸收式湿敏传感器、微波式湿敏传感器、超声波式湿敏传感器其他湿敏传感器类型按水分子亲和力分类水分子亲和力型尺寸变化式湿敏元件、电解质湿敏元件、高分子材料湿敏元件、金属氧化物膜湿敏元件、金属氧化物陶瓷湿敏元件、硒膜及水晶振子湿敏元
63、件非水分子亲和力型热敏电阻式湿敏传感器、红外线吸收式湿敏传感器、微波式湿敏传感器、超声波式湿敏传感器其他CFT湿敏元件等湿敏元件等表表表表1 1- -3 3 湿敏传感器分类湿敏传感器分类湿敏传感器分类湿敏传感器分类电力传感与检测技术在现代工业中使用的湿敏传感器大多是水亲和力型湿在现代工业中使用的湿敏传感器大多是水亲和力型湿在现代工业中使用的湿敏传感器大多是水亲和力型湿在现代工业中使用的湿敏传感器大多是水亲和力型湿敏传感器，它们将湿度的变化转化为阻抗或电容的变化后敏传感器，它们将湿度的变化转化为阻抗或电容的变化后敏传感器，它们将湿度的变化转化为阻抗或电容的变化后敏传感器，它们将湿度的变化转化为阻
64、抗或电容的变化后输出。但是，利用水分子亲和型湿敏元件的共同缺点是响输出。但是，利用水分子亲和型湿敏元件的共同缺点是响输出。但是，利用水分子亲和型湿敏元件的共同缺点是响输出。但是，利用水分子亲和型湿敏元件的共同缺点是响应速度慢，而且可靠性较差，不能很好地满足使用的需要应速度慢，而且可靠性较差，不能很好地满足使用的需要应速度慢，而且可靠性较差，不能很好地满足使用的需要应速度慢，而且可靠性较差，不能很好地满足使用的需要，这种现状迫使人们开始研究与水分子亲和力无关型湿敏，这种现状迫使人们开始研究与水分子亲和力无关型湿敏，这种现状迫使人们开始研究与水分子亲和力无关型湿敏，这种现状迫使人们开始研究与水分子
65、亲和力无关型湿敏元件。元件。元件。元件。例如，利用水蒸气能吸收特定波长的红外线吸收式湿例如，利用水蒸气能吸收特定波长的红外线吸收式湿例如，利用水蒸气能吸收特定波长的红外线吸收式湿例如，利用水蒸气能吸收特定波长的红外线吸收式湿敏传感器；利用微波在含水蒸气的空气中传播时，水蒸气敏传感器；利用微波在含水蒸气的空气中传播时，水蒸气敏传感器；利用微波在含水蒸气的空气中传播时，水蒸气敏传感器；利用微波在含水蒸气的空气中传播时，水蒸气吸收微波使其产生一定损耗制成的微波湿敏传感器等。开吸收微波使其产生一定损耗制成的微波湿敏传感器等。开吸收微波使其产生一定损耗制成的微波湿敏传感器等。开吸收微波使其产生一定损耗制
66、成的微波湿敏传感器等。开发非水分子亲和力型传感器是湿敏传感器的重要研究方向发非水分子亲和力型传感器是湿敏传感器的重要研究方向发非水分子亲和力型传感器是湿敏传感器的重要研究方向发非水分子亲和力型传感器是湿敏传感器的重要研究方向，因为它能克服水分子亲和力型湿敏传感器的缺点。，因为它能克服水分子亲和力型湿敏传感器的缺点。，因为它能克服水分子亲和力型湿敏传感器的缺点。，因为它能克服水分子亲和力型湿敏传感器的缺点。电力传感与检测技术3.3.3.3.湿敏电阻的类型及原理湿敏电阻的类型及原理湿敏电阻的类型及原理湿敏电阻的类型及原理1 1）氯化锂湿敏电阻）氯化锂湿敏电阻）氯化锂湿敏电阻）氯化锂湿敏电阻氯化锂湿
67、敏电阻是典型的电解质湿敏元件，利用吸湿氯化锂湿敏电阻是典型的电解质湿敏元件，利用吸湿氯化锂湿敏电阻是典型的电解质湿敏元件，利用吸湿氯化锂湿敏电阻是典型的电解质湿敏元件，利用吸湿性盐类潮解，离子电导率发生变化而制成的测湿元件。典性盐类潮解，离子电导率发生变化而制成的测湿元件。典性盐类潮解，离子电导率发生变化而制成的测湿元件。典性盐类潮解，离子电导率发生变化而制成的测湿元件。典型的氯化锂湿敏传感器有登莫式和浸渍式两种，如图型的氯化锂湿敏传感器有登莫式和浸渍式两种，如图型的氯化锂湿敏传感器有登莫式和浸渍式两种，如图型的氯化锂湿敏传感器有登莫式和浸渍式两种，如图1 1- -3131所示。所示。所示。所
68、示。图图图图1 1- -31 31 氯化锂湿敏传感器的结构氯化锂湿敏传感器的结构氯化锂湿敏传感器的结构氯化锂湿敏传感器的结构电力传感与检测技术登莫式传感器结构如图登莫式传感器结构如图登莫式传感器结构如图登莫式传感器结构如图1 1 1 1- - - -31(a)31(a)31(a)31(a)所示，所示，所示，所示，A A A A为涂有聚苯为涂有聚苯为涂有聚苯为涂有聚苯乙烯薄膜的圆管，乙烯薄膜的圆管，乙烯薄膜的圆管，乙烯薄膜的圆管，B B B B为用聚苯乙烯醋酸覆盖在为用聚苯乙烯醋酸覆盖在为用聚苯乙烯醋酸覆盖在为用聚苯乙烯醋酸覆盖在A A A A上的钯丝上的钯丝上的钯丝上的钯丝。登莫式传感器是用两
69、根钯丝作为电极，按相等间距平。登莫式传感器是用两根钯丝作为电极，按相等间距平。登莫式传感器是用两根钯丝作为电极，按相等间距平。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行绕在聚苯乙烯圆管上，再浸涂一层含有聚苯乙烯醋酸行绕在聚苯乙烯圆管上，再浸涂一层含有聚苯乙烯醋酸行绕在聚苯乙烯圆管上，再浸涂一层含有聚苯乙烯醋酸脂脂脂脂(PVAC)(PVAC)(PVAC)(PVAC)和氯化锂和氯化锂和氯化锂和氯化锂( ( ( (LiClLiClLiClLiCl) ) ) )水溶液的混合液，当被涂溶液水溶液的混合液，当被涂溶液水溶液的混合液，当被涂溶液水溶液的混
70、合液，当被涂溶液的溶剂挥发干后，即凝聚成的溶剂挥发干后，即凝聚成的溶剂挥发干后，即凝聚成的溶剂挥发干后，即凝聚成一层可随环境湿度变化的感一层可随环境湿度变化的感一层可随环境湿度变化的感一层可随环境湿度变化的感湿均匀薄膜。在一定的温度湿均匀薄膜。在一定的温度湿均匀薄膜。在一定的温度湿均匀薄膜。在一定的温度(20(20(20(2050505050) ) ) )和相对湿度和相对湿度和相对湿度和相对湿度(20%RH(20%RH(20%RH(20%RH90%RH)90%RH)90%RH)90%RH)下，经过下，经过下，经过下，经过7 7 7 7天天天天15151515天老化处理后制成的。天老化处理后制成
71、的。天老化处理后制成的。天老化处理后制成的。图图图图1 1- -31(a) 31(a) 登莫式湿敏传感器结构图登莫式湿敏传感器结构图登莫式湿敏传感器结构图登莫式湿敏传感器结构图电力传感与检测技术浸渍式传感器结构如图浸渍式传感器结构如图浸渍式传感器结构如图浸渍式传感器结构如图1 1 1 1- - - -31(b)31(b)31(b)31(b)所示，由引线、基片、所示，由引线、基片、所示，由引线、基片、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感湿层与金属电极组成。
72、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。浸渍溶液构成的，这类传感器的浸渍基片材料为天然树皮。浸渍溶液构成的，这类传感器的浸渍基片材料为天然树皮。浸渍溶液构成的，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。由于它产生的湿敏膜的误差。由于它产生的湿敏膜的误差。由于它产生的湿敏膜的误差。由于它采用了面积大的基片材料，并采用了面积大的基片材料，
73、并采用了面积大的基片材料，并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直接在基片材料上浸渍氯化锂直接在基片材料上浸渍氯化锂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，溶液，因此具有小型化的特点，溶液，因此具有小型化的特点，溶液，因此具有小型化的特点，适用于微小空间的湿度检测。适用于微小空间的湿度检测。适用于微小空间的湿度检测。适用于微小空间的湿度检测。图图图图1 1- -31(b)31(b)浸渍式湿敏传感器结构图浸渍式湿敏传感器结构图浸渍式湿敏传感器结构图浸渍式湿敏传感器结构图电力传感与检测技术在氯化锂的溶液中，在氯化锂的溶液中，在氯化锂的溶液中，在氯化锂的溶液中，LiLi
74、LiLi和和和和ClClClCl均以正负离子的形式存在，均以正负离子的形式存在，均以正负离子的形式存在，均以正负离子的形式存在，而而而而Li+Li+Li+Li+对水分子吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离对水分子吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离对水分子吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离对水分子吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定温度的环境中子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定温度的环境中子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定温度的环境中子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定温度的环境中，若环境的相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，若环境
75、的相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，若环境的相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，若环境的相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，其溶液电阻率增高；反之，环境的相对湿度低，则溶液浓其溶液电阻率增高；反之，环境的相对湿度低，则溶液浓其溶液电阻率增高；反之，环境的相对湿度低，则溶液浓其溶液电阻率增高；反之，环境的相对湿度低，则溶液浓度高，其电阻率下降。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随度高，其电阻率下降。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随度高，其电阻率下降。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随度高，其电阻率下降。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化，从而实现湿度的测量。环境相对湿度的改
76、变而变化，从而实现湿度的测量。环境相对湿度的改变而变化，从而实现湿度的测量。环境相对湿度的改变而变化，从而实现湿度的测量。氯化锂浓度不同的湿敏传感器，适用于不同的相对湿度氯化锂浓度不同的湿敏传感器，适用于不同的相对湿度氯化锂浓度不同的湿敏传感器，适用于不同的相对湿度氯化锂浓度不同的湿敏传感器，适用于不同的相对湿度范围。浓度低的氯化锂湿敏传感器对高湿度敏感，浓度高的范围。浓度低的氯化锂湿敏传感器对高湿度敏感，浓度高的范围。浓度低的氯化锂湿敏传感器对高湿度敏感，浓度高的范围。浓度低的氯化锂湿敏传感器对高湿度敏感，浓度高的氯化锂湿敏传感器对低湿度敏感。一般单片湿敏传感器的敏氯化锂湿敏传感器对低湿度敏
77、感。一般单片湿敏传感器的敏氯化锂湿敏传感器对低湿度敏感。一般单片湿敏传感器的敏氯化锂湿敏传感器对低湿度敏感。一般单片湿敏传感器的敏感范围，仅在感范围，仅在感范围，仅在感范围，仅在30%RH30%RH30%RH30%RH左右，为了扩大湿度测量的线性范围，左右，为了扩大湿度测量的线性范围，左右，为了扩大湿度测量的线性范围，左右，为了扩大湿度测量的线性范围，可以将多个氯化锂含量不同的湿敏传感器组合使用，如将测可以将多个氯化锂含量不同的湿敏传感器组合使用，如将测可以将多个氯化锂含量不同的湿敏传感器组合使用，如将测可以将多个氯化锂含量不同的湿敏传感器组合使用，如将测电力传感与检测技术量范围分别为量范围分
78、别为量范围分别为量范围分别为(10%(10%(10%(10%20%)RH20%)RH20%)RH20%)RH、(20%(20%(20%(20%40%)RH40%)RH40%)RH40%)RH、(40%(40%(40%(40%70%)RH70%)RH70%)RH70%)RH、(70%(70%(70%(70%90%)RH90%)RH90%)RH90%)RH、(80%(80%(80%(80%99%)RH99%)RH99%)RH99%)RH五种元件配五种元件配五种元件配五种元件配合使用，可以实现整个湿度范围的湿度测量。合使用，可以实现整个湿度范围的湿度测量。合使用，可以实现整个湿度范围的湿度测量。合使
79、用，可以实现整个湿度范围的湿度测量。氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环境风速的影响，检测精度一般可达到。但是单片氯化境风速的影响，检测精度一般可达到。但是单片氯化境风速的影响，检测精度一般可达到。但是单片氯化境风速的影响，检测精度一般可达到。但是单片氯化锂湿敏传感器测湿范围窄，而多片组合体积大，成本锂湿敏传感器测湿范围窄，而多片组合体积大，成本锂湿敏传感器测湿范围窄，而多片组合体积大，成本锂湿敏传感器测湿范围窄，而多片组合体积大，成本高，不抗污染，怕结露，耐热性差，难于
80、在高湿和低高，不抗污染，怕结露，耐热性差，难于在高湿和低高，不抗污染，怕结露，耐热性差，难于在高湿和低高，不抗污染，怕结露，耐热性差，难于在高湿和低湿的环境中使用，工作温度不高、寿命短、响应时间湿的环境中使用，工作温度不高、寿命短、响应时间湿的环境中使用，工作温度不高、寿命短、响应时间湿的环境中使用，工作温度不高、寿命短、响应时间较慢，电源必须用交流，以避免出现极化。较慢，电源必须用交流，以避免出现极化。较慢，电源必须用交流，以避免出现极化。较慢，电源必须用交流，以避免出现极化。电力传感与检测技术2. 2. 半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏
81、电阻是一种电阻型的传感器，根据微半导体陶瓷湿敏电阻是一种电阻型的传感器，根据微半导体陶瓷湿敏电阻是一种电阻型的传感器，根据微半导体陶瓷湿敏电阻是一种电阻型的传感器，根据微粒堆集体或多孔状陶瓷体的感湿材料吸附水分可使电导粒堆集体或多孔状陶瓷体的感湿材料吸附水分可使电导粒堆集体或多孔状陶瓷体的感湿材料吸附水分可使电导粒堆集体或多孔状陶瓷体的感湿材料吸附水分可使电导率改变这一原理检测湿度。由于具有使用寿命长，可在率改变这一原理检测湿度。由于具有使用寿命长，可在率改变这一原理检测湿度。由于具有使用寿命长，可在率改变这一原理检测湿度。由于具有使用寿命长，可在恶劣条件下工作，响应时间短，测量精度高，测温范
82、围恶劣条件下工作，响应时间短，测量精度高，测温范围恶劣条件下工作，响应时间短，测量精度高，测温范围恶劣条件下工作，响应时间短，测量精度高，测温范围宽宽宽宽( ( ( (常温湿敏传感器的工作温度在常温湿敏传感器的工作温度在常温湿敏传感器的工作温度在常温湿敏传感器的工作温度在150150150150以下，高温湿敏以下，高温湿敏以下，高温湿敏以下，高温湿敏传感器的工作温度可达传感器的工作温度可达传感器的工作温度可达传感器的工作温度可达800800800800) ) ) )，工艺简单，成本低廉等，工艺简单，成本低廉等，工艺简单，成本低廉等，工艺简单，成本低廉等优点，所以是目前应用较为广泛的湿敏传感器。
83、优点，所以是目前应用较为广泛的湿敏传感器。优点，所以是目前应用较为广泛的湿敏传感器。优点，所以是目前应用较为广泛的湿敏传感器。制造半导体陶瓷湿敏电阻的材料，主要是不同类型制造半导体陶瓷湿敏电阻的材料，主要是不同类型制造半导体陶瓷湿敏电阻的材料，主要是不同类型制造半导体陶瓷湿敏电阻的材料，主要是不同类型的金属氧化物。这些材料有的金属氧化物。这些材料有的金属氧化物。这些材料有的金属氧化物。这些材料有MgCrMgCrMgCrMgCr2 2 2 2O O O O4 4 4 4- - - -TiOTiOTiOTiO2 2 2 2系、系、系、系、ZnOZnOZnOZnOLiLiLiLi2 2 2 2O O
84、 O OV V V V2 2 2 2O O O O5 5 5 5系、系、系、系、SiSiSiSiNaNaNaNa2 2 2 2O O O OV V V V2 2 2 2O O O O5 5 5 5系、系、系、系、FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4系等。有些半导体陶系等。有些半导体陶系等。有些半导体陶系等。有些半导体陶瓷材料的电阻率随湿度增加而下降，称为负特性湿敏半瓷材料的电阻率随湿度增加而下降，称为负特性湿敏半瓷材料的电阻率随湿度增加而下降，称为负特性湿敏半瓷材料的电阻率随湿度增加而下降，称为负特性湿敏半导体陶瓷，还有一类半导体陶瓷材料的电阻率随湿度增导体陶瓷，还有一类
85、半导体陶瓷材料的电阻率随湿度增导体陶瓷，还有一类半导体陶瓷材料的电阻率随湿度增导体陶瓷，还有一类半导体陶瓷材料的电阻率随湿度增大而增大，称为正特性湿敏半导体陶瓷。大而增大，称为正特性湿敏半导体陶瓷。大而增大，称为正特性湿敏半导体陶瓷。大而增大，称为正特性湿敏半导体陶瓷。电力传感与检测技术半导体陶瓷湿敏电阻按其结构可以分为烧结型和涂半导体陶瓷湿敏电阻按其结构可以分为烧结型和涂半导体陶瓷湿敏电阻按其结构可以分为烧结型和涂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。覆膜型两大类。覆膜型两大类。覆膜型两大类。1) 1) 1) 1) 烧结型湿敏电阻烧结型湿敏电阻烧结型湿敏电阻烧结型湿敏电阻
86、烧结型湿敏电阻的结构如图烧结型湿敏电阻的结构如图烧结型湿敏电阻的结构如图烧结型湿敏电阻的结构如图1 1 1 1- - - -32323232所示。其感湿体为所示。其感湿体为所示。其感湿体为所示。其感湿体为MgCrMgCrMgCrMgCr2 2 2 2O O O O4 4 4 4TiOTiOTiOTiO2 2 2 2系多孔陶瓷，系多孔陶瓷，系多孔陶瓷，系多孔陶瓷，利用它制得的湿敏元件，利用它制得的湿敏元件，利用它制得的湿敏元件，利用它制得的湿敏元件，具有使用范围宽、湿度温具有使用范围宽、湿度温具有使用范围宽、湿度温具有使用范围宽、湿度温度系数小、响应时间短，度系数小、响应时间短，度系数小、响应时
87、间短，度系数小、响应时间短，对其进行多次加热清洗对其进行多次加热清洗对其进行多次加热清洗对其进行多次加热清洗之后性能仍较稳定等优之后性能仍较稳定等优之后性能仍较稳定等优之后性能仍较稳定等优点。点。点。点。图图图图1 1- -32 32 烧结型湿敏电阻结构烧结型湿敏电阻结构烧结型湿敏电阻结构烧结型湿敏电阻结构电力传感与检测技术MgCrMgCrMgCrMgCr2 2 2 2O O O O4 4 4 4属于立方尖晶石型结构，按导电结构属于属于立方尖晶石型结构，按导电结构属于属于立方尖晶石型结构，按导电结构属于属于立方尖晶石型结构，按导电结构属于P P P P型型型型半导体，其特点是感湿灵敏度适中，电
88、阻率低，阻值温度半导体，其特点是感湿灵敏度适中，电阻率低，阻值温度半导体，其特点是感湿灵敏度适中，电阻率低，阻值温度半导体，其特点是感湿灵敏度适中，电阻率低，阻值温度特性好。为了改善和提高元件的机械强度及抗热骤变特性特性好。为了改善和提高元件的机械强度及抗热骤变特性特性好。为了改善和提高元件的机械强度及抗热骤变特性特性好。为了改善和提高元件的机械强度及抗热骤变特性，在原料中加入，在原料中加入，在原料中加入，在原料中加入30%mol30%mol30%mol30%mol的的的的TiOTiOTiOTiO2 2 2 2，这样在，这样在，这样在，这样在1300130013001300的空气中可的空气中可
89、的空气中可的空气中可烧结成相当理想的陶瓷体，而烧结成相当理想的陶瓷体，而烧结成相当理想的陶瓷体，而烧结成相当理想的陶瓷体，而TiOTiOTiOTiO2 2 2 2属于红石型结构，属于属于红石型结构，属于属于红石型结构，属于属于红石型结构，属于N N N N型半导体，因此型半导体，因此型半导体，因此型半导体，因此MgCrMgCrMgCrMgCr2 2 2 2O O O O4 4 4 4TiOTiOTiOTiO2 2 2 2多孔陶瓷是一种机械混合多孔陶瓷是一种机械混合多孔陶瓷是一种机械混合多孔陶瓷是一种机械混合的复合型半导体陶瓷。材料烧结成型后，再切割成所需的的复合型半导体陶瓷。材料烧结成型后，再
90、切割成所需的的复合型半导体陶瓷。材料烧结成型后，再切割成所需的的复合型半导体陶瓷。材料烧结成型后，再切割成所需的感湿陶瓷薄片。感湿陶瓷薄片。感湿陶瓷薄片。感湿陶瓷薄片。在感湿陶瓷薄片的两个侧面加上在感湿陶瓷薄片的两个侧面加上在感湿陶瓷薄片的两个侧面加上在感湿陶瓷薄片的两个侧面加上RuORuORuORuO2 2 2 2电极，电极的引电极，电极的引电极，电极的引电极，电极的引线一般为铂线一般为铂线一般为铂线一般为铂铱丝。由于经铱丝。由于经铱丝。由于经铱丝。由于经500500500500左右的高温短期加热，左右的高温短期加热，左右的高温短期加热，左右的高温短期加热，可除去油污、有机物和尘埃等污染，所
91、以在陶瓷基片外面可除去油污、有机物和尘埃等污染，所以在陶瓷基片外面可除去油污、有机物和尘埃等污染，所以在陶瓷基片外面可除去油污、有机物和尘埃等污染，所以在陶瓷基片外面，安装一个镍铬丝绕制的加热清洗线圈，以便对元件经常，安装一个镍铬丝绕制的加热清洗线圈，以便对元件经常，安装一个镍铬丝绕制的加热清洗线圈，以便对元件经常，安装一个镍铬丝绕制的加热清洗线圈，以便对元件经常进行加热清洗，图中进行加热清洗，图中进行加热清洗，图中进行加热清洗，图中1 1 1 1、4 4 4 4为加热器的引出线。陶瓷湿敏体为加热器的引出线。陶瓷湿敏体为加热器的引出线。陶瓷湿敏体为加热器的引出线。陶瓷湿敏体和加热丝固定在和加热
92、丝固定在和加热丝固定在和加热丝固定在AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3陶瓷基座上，为了避免底座上测量电陶瓷基座上，为了避免底座上测量电陶瓷基座上，为了避免底座上测量电陶瓷基座上，为了避免底座上测量电极极极极2 2 2 2、3 3 3 3之间因吸湿和沾污而引起漏电，在测量电极之间因吸湿和沾污而引起漏电，在测量电极之间因吸湿和沾污而引起漏电，在测量电极之间因吸湿和沾污而引起漏电，在测量电极2 2 2 2、3 3 3 3的的的的周围设置了隔漏环。周围设置了隔漏环。周围设置了隔漏环。周围设置了隔漏环。电力传感与检测技术MgCrMgCrMgCrMgCr2 2 2 2O O O O
93、4 4 4 4TiOTiOTiOTiO2 2 2 2材料表面的电阻率能在很宽的范围内材料表面的电阻率能在很宽的范围内材料表面的电阻率能在很宽的范围内材料表面的电阻率能在很宽的范围内随着湿度变化，是负特性半导体陶瓷，随着相对湿度的随着湿度变化，是负特性半导体陶瓷，随着相对湿度的随着湿度变化，是负特性半导体陶瓷，随着相对湿度的随着湿度变化，是负特性半导体陶瓷，随着相对湿度的增加，电阻值基本按指数规律急剧下降。由于陶瓷的化增加，电阻值基本按指数规律急剧下降。由于陶瓷的化增加，电阻值基本按指数规律急剧下降。由于陶瓷的化增加，电阻值基本按指数规律急剧下降。由于陶瓷的化学稳定性好，耐高温，多孔陶瓷的表面积
94、大，易于吸湿学稳定性好，耐高温，多孔陶瓷的表面积大，易于吸湿学稳定性好，耐高温，多孔陶瓷的表面积大，易于吸湿学稳定性好，耐高温，多孔陶瓷的表面积大，易于吸湿和去湿，所以响应时间可以小至几秒。和去湿，所以响应时间可以小至几秒。和去湿，所以响应时间可以小至几秒。和去湿，所以响应时间可以小至几秒。这种陶瓷湿敏传感器的不足之处是性能还不够稳定这种陶瓷湿敏传感器的不足之处是性能还不够稳定这种陶瓷湿敏传感器的不足之处是性能还不够稳定这种陶瓷湿敏传感器的不足之处是性能还不够稳定，需要加热清洗，这又加速了敏感陶瓷的老化，对湿度，需要加热清洗，这又加速了敏感陶瓷的老化，对湿度，需要加热清洗，这又加速了敏感陶瓷的
95、老化，对湿度，需要加热清洗，这又加速了敏感陶瓷的老化，对湿度不能进行连续测量。不能进行连续测量。不能进行连续测量。不能进行连续测量。2) 2) 2) 2) 涂覆膜型涂覆膜型涂覆膜型涂覆膜型FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿敏器件湿敏器件湿敏器件湿敏器件除了烧结型陶瓷外，还有一种由金属氧化物通过堆除了烧结型陶瓷外，还有一种由金属氧化物通过堆除了烧结型陶瓷外，还有一种由金属氧化物通过堆除了烧结型陶瓷外，还有一种由金属氧化物通过堆积、黏结或直接在氧化金属基片上形成感湿膜，称为涂积、黏结或直接在氧化金属基片上形成感湿膜，称为涂积、黏结或直接在氧化金属基片上形成感湿膜，称为涂积
96、、黏结或直接在氧化金属基片上形成感湿膜，称为涂覆膜型湿敏器件。其中比较典型且性能较好的是覆膜型湿敏器件。其中比较典型且性能较好的是覆膜型湿敏器件。其中比较典型且性能较好的是覆膜型湿敏器件。其中比较典型且性能较好的是FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿湿湿湿敏器件。敏器件。敏器件。敏器件。电力传感与检测技术FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿敏器件由基片、电极和感湿膜组成，采用滑石湿敏器件由基片、电极和感湿膜组成，采用滑石湿敏器件由基片、电极和感湿膜组成，采用滑石湿敏器件由基片、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，
97、化学物瓷作为基片材料，该材料吸水率低，机械强度高，化学物瓷作为基片材料，该材料吸水率低，机械强度高，化学物瓷作为基片材料，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理性能稳定。在基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金电极理性能稳定。在基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金电极理性能稳定。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，将纯净的胶粒用水调制成适当黏度的浆料，然后涂在梳，将纯净的胶粒用水调制成适当黏度的浆料，然后涂在梳，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，一般在状金
98、电极的表面，涂覆的厚度要适当，一般在状金电极的表面，涂覆的厚度要适当，一般在状金电极的表面，涂覆的厚度要适当，一般在2020202030303030左右左右左右左右，然后进行热处理和老化，引出电极后即可使用。，然后进行热处理和老化，引出电极后即可使用。，然后进行热处理和老化，引出电极后即可使用。，然后进行热处理和老化，引出电极后即可使用。由于由于由于由于FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4感湿膜是松散的微粒集合体，缺少足够的机械感湿膜是松散的微粒集合体，缺少足够的机械感湿膜是松散的微粒集合体，缺少足够的机械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
99、磁力的作用，粒子间的空隙使强度，微粒之间依靠分子力和磁力的作用，粒子间的空隙使强度，微粒之间依靠分子力和磁力的作用，粒子间的空隙使强度，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，微粒间的接触电薄膜具有多孔性，微粒之间的接触呈凹状，微粒间的接触电薄膜具有多孔性，微粒之间的接触呈凹状，微粒间的接触电薄膜具有多孔性，微粒之间的接触呈凹状，微粒间的接触电阻很大，所以阻很大，所以阻很大，所以阻很大，所以FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4感湿膜的整体电阻很高。当空气的相对湿感湿膜的整体电阻很高。当空气的相对湿感湿膜的整体电阻很高。当空气的相
100、对湿感湿膜的整体电阻很高。当空气的相对湿度增大时，度增大时，度增大时，度增大时，FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4感湿膜吸湿，由于水分子的附着，扩大了颗感湿膜吸湿，由于水分子的附着，扩大了颗感湿膜吸湿，由于水分子的附着，扩大了颗感湿膜吸湿，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，粒间的接触面，降低了粒间的电阻和增加更多的导流通路，粒间的接触面，降低了粒间的电阻和增加更多的导流通路，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，所以元件阻值减小；当处于干燥环境中，所以元件阻值减小；当处于干燥环
101、境中，所以元件阻值减小；当处于干燥环境中，FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4感湿膜脱湿，感湿膜脱湿，感湿膜脱湿，感湿膜脱湿，电力传感与检测技术粒间接触面减小，元件阻值增大。因而这种器件具有负粒间接触面减小，元件阻值增大。因而这种器件具有负粒间接触面减小，元件阻值增大。因而这种器件具有负粒间接触面减小，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，反应灵感湿特性，电阻值随着相对湿度的增加而下降，反应灵感湿特性，电阻值随着相对湿度的增加而下降，反应灵感湿特性，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，烧结型的敏。这里需要指出的是
102、，烧结型的敏。这里需要指出的是，烧结型的敏。这里需要指出的是，烧结型的FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿敏器件，其电湿敏器件，其电湿敏器件，其电湿敏器件，其电阻值随湿度增加而增大，具有正特性。阻值随湿度增加而增大，具有正特性。阻值随湿度增加而增大，具有正特性。阻值随湿度增加而增大，具有正特性。FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿敏器件是一种体效应器件，当环境湿度发生变湿敏器件是一种体效应器件，当环境湿度发生变湿敏器件是一种体效应器件，当环境湿度发生变湿敏器件是一种体效应器件，当环境湿度发生变化时，水分子要在数十微米厚的感湿膜体内充分扩散，才能化
103、时，水分子要在数十微米厚的感湿膜体内充分扩散，才能化时，水分子要在数十微米厚的感湿膜体内充分扩散，才能化时，水分子要在数十微米厚的感湿膜体内充分扩散，才能与环境湿度达到新的平衡。这一扩散和平衡过程需时较长，与环境湿度达到新的平衡。这一扩散和平衡过程需时较长，与环境湿度达到新的平衡。这一扩散和平衡过程需时较长，与环境湿度达到新的平衡。这一扩散和平衡过程需时较长，使器件响应缓慢，并且由于吸湿和脱湿过程中响应速度有差使器件响应缓慢，并且由于吸湿和脱湿过程中响应速度有差使器件响应缓慢，并且由于吸湿和脱湿过程中响应速度有差使器件响应缓慢，并且由于吸湿和脱湿过程中响应速度有差别，器件具有较明显的湿滞效应，
104、高湿时的滞后效应比低湿别，器件具有较明显的湿滞效应，高湿时的滞后效应比低湿别，器件具有较明显的湿滞效应，高湿时的滞后效应比低湿别，器件具有较明显的湿滞效应，高湿时的滞后效应比低湿时大。时大。时大。时大。FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4湿敏器件可以利用单片器件进行宽量程测量，重湿敏器件可以利用单片器件进行宽量程测量，重湿敏器件可以利用单片器件进行宽量程测量，重湿敏器件可以利用单片器件进行宽量程测量，重复性、一致性较好，在高温环境中也较稳定，有较强的抗结复性、一致性较好，在高温环境中也较稳定，有较强的抗结复性、一致性较好，在高温环境中也较稳定，有较强的抗结复性、一致性较好
105、，在高温环境中也较稳定，有较强的抗结露能力，而且工艺简单，价格便宜，在受少量醇、酮、酯等露能力，而且工艺简单，价格便宜，在受少量醇、酮、酯等露能力，而且工艺简单，价格便宜，在受少量醇、酮、酯等露能力，而且工艺简单，价格便宜，在受少量醇、酮、酯等气体污染及尘埃较多的环境中也能使用气体污染及尘埃较多的环境中也能使用气体污染及尘埃较多的环境中也能使用气体污染及尘埃较多的环境中也能使用。电力传感与检测技术4.4.4.4.湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用湿敏传感器可广泛使用于各种场合的湿度监测、湿敏传感器可广泛使用于各种场合的湿度监测、湿敏传感器可广泛使用于各种场合的湿度
106、监测、湿敏传感器可广泛使用于各种场合的湿度监测、控制和报警，应用领域非常广阔。控制和报警，应用领域非常广阔。控制和报警，应用领域非常广阔。控制和报警，应用领域非常广阔。1. 1. 自动气象站湿度测报自动气象站湿度测报自动气象站湿度测报自动气象站湿度测报湿度传感器广泛用于自动气象站的遥测装置上，采湿度传感器广泛用于自动气象站的遥测装置上，采湿度传感器广泛用于自动气象站的遥测装置上，采湿度传感器广泛用于自动气象站的遥测装置上，采用耗电量很小的湿度传感器可以由蓄电瓶供电长期自动用耗电量很小的湿度传感器可以由蓄电瓶供电长期自动用耗电量很小的湿度传感器可以由蓄电瓶供电长期自动用耗电量很小的湿度传感器可以
107、由蓄电瓶供电长期自动工作，几乎不需要维护。用于无线电遥测自动气象站的工作，几乎不需要维护。用于无线电遥测自动气象站的工作，几乎不需要维护。用于无线电遥测自动气象站的工作，几乎不需要维护。用于无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图如图湿度测报原理方框图如图湿度测报原理方框图如图湿度测报原理方框图如图1 1- -3333所示。所示。所示。所示。电力传感与检测技术氯化锂湿度传感器将被测湿度转换为电阻值，氯化锂湿度传感器将被测湿度转换为电阻值，氯化锂湿度传感器将被测湿度转换为电阻值，氯化锂湿度传感器将被测湿度转换为电阻值，R R- -f f转换转换转换转换电路将此电阻值电路将此电阻值电路将此电阻值电
108、路将此电阻值R R转换为相应的频率转换为相应的频率转换为相应的频率转换为相应的频率f f，再经自校准器控制，再经自校准器控制，再经自校准器控制，再经自校准器控制使频率使频率使频率使频率f f与相对湿度一一对应，最后经门电路记录在自动记与相对湿度一一对应，最后经门电路记录在自动记与相对湿度一一对应，最后经门电路记录在自动记与相对湿度一一对应，最后经门电路记录在自动记录仪上。如果需要远距离数据传输，则还需要将得到的数录仪上。如果需要远距离数据传输，则还需要将得到的数录仪上。如果需要远距离数据传输，则还需要将得到的数录仪上。如果需要远距离数据传输，则还需要将得到的数字量编码，调制到无线电载波上发射出
109、去。字量编码，调制到无线电载波上发射出去。字量编码，调制到无线电载波上发射出去。字量编码，调制到无线电载波上发射出去。图图图图1 1- -33 33 无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图电力传感与检测技术1.4.3 1.4.3 1.4.3 1.4.3 气 敏 传 感 器 在 变 压 气 油 气 分气 敏 传 感 器 在 变 压 气 油 气 分气 敏 传 感 器 在 变 压 气 油 气 分气 敏 传 感 器 在 变 压 气 油 气 分析中的应用析中的应用析中的应用析中的应用
110、电力变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行状态电力变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行状态电力变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行状态电力变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行状态直接关系到电力系统的安全与稳定，及时而准确地检测直接关系到电力系统的安全与稳定，及时而准确地检测直接关系到电力系统的安全与稳定，及时而准确地检测直接关系到电力系统的安全与稳定，及时而准确地检测出变压器的早期潜伏性故障是非常有价值的。出变压器的早期潜伏性故障是非常有价值的。出变压器的早期潜伏性故障是非常有价值的。出变压器的早期潜伏性故障是非常有价值的。油浸变压器在运行过程中有很多状态量可以反映其油浸变压器在运行过程中有很多
111、状态量可以反映其油浸变压器在运行过程中有很多状态量可以反映其油浸变压器在运行过程中有很多状态量可以反映其运行状态，其中，变压器中溶解气体的监测方法最为有运行状态，其中，变压器中溶解气体的监测方法最为有运行状态，其中，变压器中溶解气体的监测方法最为有运行状态，其中，变压器中溶解气体的监测方法最为有效。研究表明，变压器油中溶解气体的组分和含量与变效。研究表明，变压器油中溶解气体的组分和含量与变效。研究表明，变压器油中溶解气体的组分和含量与变效。研究表明，变压器油中溶解气体的组分和含量与变压器内部故障的类型、故障的严重程度有十分密切的关压器内部故障的类型、故障的严重程度有十分密切的关压器内部故障的类
112、型、故障的严重程度有十分密切的关压器内部故障的类型、故障的严重程度有十分密切的关系。溶解气体分析法系。溶解气体分析法系。溶解气体分析法系。溶解气体分析法(DCA(DCA(DCA(DCA法法法法) ) ) )正是利用不同类型的变压器正是利用不同类型的变压器正是利用不同类型的变压器正是利用不同类型的变压器故障对应不同的变压器油溶解气体浓度性质，通过分析故障对应不同的变压器油溶解气体浓度性质，通过分析故障对应不同的变压器油溶解气体浓度性质，通过分析故障对应不同的变压器油溶解气体浓度性质，通过分析故障特征气体故障特征气体故障特征气体故障特征气体(H(H(H(H2 2 2 2、C C C C2 2 2
113、2H H H H4 4 4 4、C C C C2 2 2 2H H H H2 2 2 2、CO)CO)CO)CO)的浓度来获知变压器的浓度来获知变压器的浓度来获知变压器的浓度来获知变压器故障类型。故障类型。故障类型。故障类型。电力传感与检测技术由于溶解气体分析法能够在不停电的情况下进行故障由于溶解气体分析法能够在不停电的情况下进行故障由于溶解气体分析法能够在不停电的情况下进行故障由于溶解气体分析法能够在不停电的情况下进行故障检测，不受外界电磁场的影响，可以定期在变压器运行过检测，不受外界电磁场的影响，可以定期在变压器运行过检测，不受外界电磁场的影响，可以定期在变压器运行过检测，不受外界电磁场的
114、影响，可以定期在变压器运行过程中对其内部故障进行诊断。基于这些优点，该方法目前程中对其内部故障进行诊断。基于这些优点，该方法目前程中对其内部故障进行诊断。基于这些优点，该方法目前程中对其内部故障进行诊断。基于这些优点，该方法目前已成为电力系统中对油浸电力设备进行故障诊断的常规监已成为电力系统中对油浸电力设备进行故障诊断的常规监已成为电力系统中对油浸电力设备进行故障诊断的常规监已成为电力系统中对油浸电力设备进行故障诊断的常规监测手段，得到了广泛的应用。测手段，得到了广泛的应用。测手段，得到了广泛的应用。测手段，得到了广泛的应用。变压器油中溶解气体的在线检测，是利用传感器阵变压器油中溶解气体的在线
115、检测，是利用传感器阵变压器油中溶解气体的在线检测，是利用传感器阵变压器油中溶解气体的在线检测，是利用传感器阵列和人工神经网络技术组成智能传感器进行混合气体的列和人工神经网络技术组成智能传感器进行混合气体的列和人工神经网络技术组成智能传感器进行混合气体的列和人工神经网络技术组成智能传感器进行混合气体的各种组分及浓度识别的方法，该方法能够不用分离混合各种组分及浓度识别的方法，该方法能够不用分离混合各种组分及浓度识别的方法，该方法能够不用分离混合各种组分及浓度识别的方法，该方法能够不用分离混合气体的情况下实现混合气体识别，不再过分依赖传感器气体的情况下实现混合气体识别，不再过分依赖传感器气体的情况下
116、实现混合气体识别，不再过分依赖传感器气体的情况下实现混合气体识别，不再过分依赖传感器的选择性，避免了色谱分析法繁杂的操作过程、冗长的的选择性，避免了色谱分析法繁杂的操作过程、冗长的的选择性，避免了色谱分析法繁杂的操作过程、冗长的的选择性，避免了色谱分析法繁杂的操作过程、冗长的试验周期等不利因素。试验周期等不利因素。试验周期等不利因素。试验周期等不利因素。电力传感与检测技术目前开发成熟的变压器油气分析用气敏传感器是将两种目前开发成熟的变压器油气分析用气敏传感器是将两种目前开发成熟的变压器油气分析用气敏传感器是将两种目前开发成熟的变压器油气分析用气敏传感器是将两种金属粉末按一定重量比例混合均匀，在
117、金属粉末按一定重量比例混合均匀，在金属粉末按一定重量比例混合均匀，在金属粉末按一定重量比例混合均匀，在9009009009001100110011001100熔化，熔化，熔化，熔化，调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上。绝缘基片长。绝缘基片长。绝缘基片长。绝缘基片长2 2 2 25mm5mm5mm5mm、宽、宽、宽、宽2 2 2 25mm5mm5mm5mm、厚、厚、厚、厚0 0 0 02 2 2 20. 0.5mm5mm5m
118、m5mm，其涂层厚，其涂层厚，其涂层厚，其涂层厚度为度为度为度为5 5 5 571717171 m m m m，室温放置，室温放置，室温放置，室温放置1212121236h36h36h36h后制成的金属氧化物元件对后制成的金属氧化物元件对后制成的金属氧化物元件对后制成的金属氧化物元件对HH2 2和和和和C C2 2HH4 4具有较好的选择性和较高的灵敏度。具有较好的选择性和较高的灵敏度。具有较好的选择性和较高的灵敏度。具有较好的选择性和较高的灵敏度。1 1 1 1变压器油气分析气体传感器变压器油气分析气体传感器变压器油气分析气体传感器变压器油气分析气体传感器按同样方法，另一种金属氧化物粉末和一
119、种金属粉调制按同样方法，另一种金属氧化物粉末和一种金属粉调制按同样方法，另一种金属氧化物粉末和一种金属粉调制按同样方法，另一种金属氧化物粉末和一种金属粉调制成浆料后，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，成浆料后，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，成浆料后，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，成浆料后，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度为其涂层厚度为其涂层厚度为其涂层厚度为5 57 7 mm，室温放置，室温放置，室温放置，室温放置121236h36h后，制成的金属氧后，制成的金属氧后，制成的金属氧后，制成的金属氧化物元件对化物元件对化物元件对化物元件对CHC
120、H4 4和和和和C C2 2HH6 6气体具有足够高的分辨率和灵敏度。气体具有足够高的分辨率和灵敏度。气体具有足够高的分辨率和灵敏度。气体具有足够高的分辨率和灵敏度。电力传感与检测技术将三种不同的金属氧化物粉末按一定重量比例混合将三种不同的金属氧化物粉末按一定重量比例混合将三种不同的金属氧化物粉末按一定重量比例混合将三种不同的金属氧化物粉末按一定重量比例混合均匀，同样温度下熔化，调制成浆料，高温均匀涂抹在均匀，同样温度下熔化，调制成浆料，高温均匀涂抹在均匀，同样温度下熔化，调制成浆料，高温均匀涂抹在均匀，同样温度下熔化，调制成浆料，高温均匀涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度该传感器的整
121、个绝缘基片上，其涂层厚度该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度5 5 5 57 7 7 7m m m m，室温，室温，室温，室温放置放置放置放置1212121236h36h36h36h后，制成的半导体元件对后，制成的半导体元件对后，制成的半导体元件对后，制成的半导体元件对C C2 2HH2 2气体具有很好气体具有很好气体具有很好气体具有很好的选择性和较高的灵敏度。图的选择性和较高的灵敏度。图的选择性和较高的灵敏度。图的选择性和较高的灵敏度。图1 1 1 1- - - -34343434给出了这种系列气体给出了这种系列气体给出了这种系列气体给出了这种系列气体传感
122、器的检测特性。传感器的检测特性。传感器的检测特性。传感器的检测特性。由由由由图图图图1 1 1 1- - - -34343434可以看出，每种气体的传感单元对各自检测可以看出，每种气体的传感单元对各自检测可以看出，每种气体的传感单元对各自检测可以看出，每种气体的传感单元对各自检测气体的灵敏度明显高于其余气体，但同时存在交叉敏感的气体的灵敏度明显高于其余气体，但同时存在交叉敏感的气体的灵敏度明显高于其余气体，但同时存在交叉敏感的气体的灵敏度明显高于其余气体，但同时存在交叉敏感的问题，特别是有些性质相近的气体成分，如问题，特别是有些性质相近的气体成分，如问题，特别是有些性质相近的气体成分，如问题，
123、特别是有些性质相近的气体成分，如HH2 2和和和和C C2 2HH4 4、CHCH4 4和和和和C C2 2HH6 6交叉敏感程度较深，这种交叉灵敏度，表现在交叉敏感程度较深，这种交叉灵敏度，表现在交叉敏感程度较深，这种交叉灵敏度，表现在交叉敏感程度较深，这种交叉灵敏度，表现在传感器的输出值不只决定于一个参量，当其他参量变化时传感器的输出值不只决定于一个参量，当其他参量变化时传感器的输出值不只决定于一个参量，当其他参量变化时传感器的输出值不只决定于一个参量，当其他参量变化时输出值也要发生变化。克服这一困难的主要途径是发展气输出值也要发生变化。克服这一困难的主要途径是发展气输出值也要发生变化。克
124、服这一困难的主要途径是发展气输出值也要发生变化。克服这一困难的主要途径是发展气体传感器的阵列技术。体传感器的阵列技术。体传感器的阵列技术。体传感器的阵列技术。电力传感与检测技术图图图图1 1 1 1- - - -34 34 34 34 变压器油分析用系列气敏传感器的检测特性变压器油分析用系列气敏传感器的检测特性变压器油分析用系列气敏传感器的检测特性变压器油分析用系列气敏传感器的检测特性a)Ha)Ha)Ha)H2 2 2 2 的分辨特性的分辨特性的分辨特性的分辨特性 b)COb)COb)COb)CO的分辨特性的分辨特性的分辨特性的分辨特性 c)CHc)CHc)CHc)CH4 4 4 4的分辨特性
125、的分辨特性的分辨特性的分辨特性 d)Cd)Cd)Cd)C2 2 2 2H H H H4 4 4 4的分辨特性的分辨特性的分辨特性的分辨特性电力传感与检测技术2.2.2.2.气体传感器阵列技术气体传感器阵列技术气体传感器阵列技术气体传感器阵列技术气敏元件的非单一选择性是由其敏感机理所决定气敏元件的非单一选择性是由其敏感机理所决定气敏元件的非单一选择性是由其敏感机理所决定气敏元件的非单一选择性是由其敏感机理所决定的，虽然可以通过选择合适的敏感材料、催化剂、制的，虽然可以通过选择合适的敏感材料、催化剂、制的，虽然可以通过选择合适的敏感材料、催化剂、制的，虽然可以通过选择合适的敏感材料、催化剂、制造工
126、艺与工作温度来提高对某种气体的敏感度，但是造工艺与工作温度来提高对某种气体的敏感度，但是造工艺与工作温度来提高对某种气体的敏感度，但是造工艺与工作温度来提高对某种气体的敏感度，但是其他气体的影响总是存在的，这就是所谓的气敏元件其他气体的影响总是存在的，这就是所谓的气敏元件其他气体的影响总是存在的，这就是所谓的气敏元件其他气体的影响总是存在的，这就是所谓的气敏元件的的的的“ “交叉敏感交叉敏感交叉敏感交叉敏感” ”。因此采用单一气敏元件对与多种气体。因此采用单一气敏元件对与多种气体。因此采用单一气敏元件对与多种气体。因此采用单一气敏元件对与多种气体与混合气体实现种类识别和组分分析是非常困难的。与
127、混合气体实现种类识别和组分分析是非常困难的。与混合气体实现种类识别和组分分析是非常困难的。与混合气体实现种类识别和组分分析是非常困难的。将具有不同选择性的气敏元件组成阵列通过标定将具有不同选择性的气敏元件组成阵列通过标定将具有不同选择性的气敏元件组成阵列通过标定将具有不同选择性的气敏元件组成阵列通过标定建立各种气体对阵列响应的对应关系，当测得阵列响建立各种气体对阵列响应的对应关系，当测得阵列响建立各种气体对阵列响应的对应关系，当测得阵列响建立各种气体对阵列响应的对应关系，当测得阵列响应后，即可通过逆来求解对被测气体进行识别与测量应后，即可通过逆来求解对被测气体进行识别与测量应后，即可通过逆来求
128、解对被测气体进行识别与测量应后，即可通过逆来求解对被测气体进行识别与测量。电力传感与检测技术考虑到传感器去的灵敏度、选择性及稳定性，采用以考虑到传感器去的灵敏度、选择性及稳定性，采用以考虑到传感器去的灵敏度、选择性及稳定性，采用以考虑到传感器去的灵敏度、选择性及稳定性，采用以下几类传感器组成传感器阵列：下几类传感器组成传感器阵列：下几类传感器组成传感器阵列：下几类传感器组成传感器阵列：1 1 1 1）钯棚金属）钯棚金属）钯棚金属）钯棚金属氧化物氧化物氧化物氧化物半导体场效应管氢气传感半导体场效应管氢气传感半导体场效应管氢气传感半导体场效应管氢气传感器（简称器（简称器（简称器（简称PdPdPdP
129、d- - - -MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET）, , , ,钯具有只允许通过氢而阻挡其钯具有只允许通过氢而阻挡其钯具有只允许通过氢而阻挡其钯具有只允许通过氢而阻挡其他成分通过的特殊选择性，因此具有较高选择性、灵他成分通过的特殊选择性，因此具有较高选择性、灵他成分通过的特殊选择性，因此具有较高选择性、灵他成分通过的特殊选择性，因此具有较高选择性、灵敏度和稳定性。敏度和稳定性。敏度和稳定性。敏度和稳定性。2 2 2 2）由于铂在氧化性介质或高温中有较好的物理和）由于铂在氧化性介质或高温中有较好的物理和）由于铂在氧化性介质或高温中有较好的物理和）由于铂在氧化性介质或高温中有较好的
130、物理和化学性质的稳定性，因此采用铂电阻温度传感器化学性质的稳定性，因此采用铂电阻温度传感器化学性质的稳定性，因此采用铂电阻温度传感器化学性质的稳定性，因此采用铂电阻温度传感器3 3 3 3）基于电化学传感器相应机理的）基于电化学传感器相应机理的）基于电化学传感器相应机理的）基于电化学传感器相应机理的COCOCOCO2 2 2 2传感器，当传感器，当传感器，当传感器，当COCOCOCO2 2 2 2溶于酸性介质时，溶于酸性介质时，溶于酸性介质时，溶于酸性介质时，PHPHPHPH值发生变化，指示电极的输值发生变化，指示电极的输值发生变化，指示电极的输值发生变化，指示电极的输出信号发生改变，所以其他
131、气体对该传感器基本无干出信号发生改变，所以其他气体对该传感器基本无干出信号发生改变，所以其他气体对该传感器基本无干出信号发生改变，所以其他气体对该传感器基本无干涉。涉。涉。涉。4 4 4 4）检测甲烷，乙烷采用一类新型半导体氧化物传）检测甲烷，乙烷采用一类新型半导体氧化物传）检测甲烷，乙烷采用一类新型半导体氧化物传）检测甲烷，乙烷采用一类新型半导体氧化物传感器。感器。感器。感器。5)5)5)5)乙炔、乙烯、一氧化碳传感器是根据电化学原理乙炔、乙烯、一氧化碳传感器是根据电化学原理乙炔、乙烯、一氧化碳传感器是根据电化学原理乙炔、乙烯、一氧化碳传感器是根据电化学原理，采用控制电位电解法制成的三电极扩
132、散式传感器。，采用控制电位电解法制成的三电极扩散式传感器。，采用控制电位电解法制成的三电极扩散式传感器。，采用控制电位电解法制成的三电极扩散式传感器。电力传感与检测技术为了维持溶解气体在油箱与气室之间的动态平为了维持溶解气体在油箱与气室之间的动态平为了维持溶解气体在油箱与气室之间的动态平为了维持溶解气体在油箱与气室之间的动态平衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否消衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否消衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否消衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否消耗溶解气体及消耗多少的情况，将各传感器安装在耗溶解气体及消耗多少的情况，将各传感器安装在耗溶解气
133、体及消耗多少的情况，将各传感器安装在耗溶解气体及消耗多少的情况，将各传感器安装在气室的不同部位（见图气室的不同部位（见图气室的不同部位（见图气室的不同部位（见图1 1 1 1- - - -35353535）并规定检测顺序与检测周并规定检测顺序与检测周并规定检测顺序与检测周并规定检测顺序与检测周期。氢气、温度、二氧化期。氢气、温度、二氧化期。氢气、温度、二氧化期。氢气、温度、二氧化碳传感器直接置于气室顶碳传感器直接置于气室顶碳传感器直接置于气室顶碳传感器直接置于气室顶部，而其他传感器由于在部，而其他传感器由于在部，而其他传感器由于在部，而其他传感器由于在检测时会消耗一定的气体，检测时会消耗一定的
134、气体，检测时会消耗一定的气体，检测时会消耗一定的气体，如果直接置于气室内，检如果直接置于气室内，检如果直接置于气室内，检如果直接置于气室内，检测结果会有较大的误差，测结果会有较大的误差，测结果会有较大的误差，测结果会有较大的误差，图图图图1 1 1 1- - - -35 35 35 35 检测通路结构检测通路结构检测通路结构检测通路结构电力传感与检测技术所以将其分别置于三个检测室，气室与所以将其分别置于三个检测室，气室与所以将其分别置于三个检测室，气室与所以将其分别置于三个检测室，气室与检测室用电磁阀联通，只有在需要采集信号检测室用电磁阀联通，只有在需要采集信号检测室用电磁阀联通，只有在需要采
135、集信号检测室用电磁阀联通，只有在需要采集信号时才有时才有时才有时才有PLCPLCPLCPLC控制打开，平时则关闭控制打开，平时则关闭控制打开，平时则关闭控制打开，平时则关闭, , , ,以尽量减以尽量减以尽量减以尽量减少检测时消耗的气体所带来的负面影响。少检测时消耗的气体所带来的负面影响。少检测时消耗的气体所带来的负面影响。少检测时消耗的气体所带来的负面影响。电力传感与检测技术思考讨论题：思考讨论题：思考讨论题：思考讨论题：1. 1.根据宽带型和窄带型电流传感器的各自特点，分析在根据宽带型和窄带型电流传感器的各自特点，分析在根据宽带型和窄带型电流传感器的各自特点，分析在根据宽带型和窄带型电流传
136、感器的各自特点，分析在用与检测局部放电时应如何进行选择。用与检测局部放电时应如何进行选择。用与检测局部放电时应如何进行选择。用与检测局部放电时应如何进行选择。2. 2.试分析低频电流传感器的特点、用途和技术要求。试分析低频电流传感器的特点、用途和技术要求。试分析低频电流传感器的特点、用途和技术要求。试分析低频电流传感器的特点、用途和技术要求。3. 3.试分析不同类型接触式温度传感器的温敏元件的工作试分析不同类型接触式温度传感器的温敏元件的工作试分析不同类型接触式温度传感器的温敏元件的工作试分析不同类型接触式温度传感器的温敏元件的工作原理。原理。原理。原理。4. 4.试分析红外传感器测温的原理、
137、特点和技术参数。试分析红外传感器测温的原理、特点和技术参数。试分析红外传感器测温的原理、特点和技术参数。试分析红外传感器测温的原理、特点和技术参数。5. 5.红外传感器有哪些类型，其测温原理有何不同？红外传感器有哪些类型，其测温原理有何不同？红外传感器有哪些类型，其测温原理有何不同？红外传感器有哪些类型，其测温原理有何不同？6. 6.试归纳四种振动传感器的特点和用途。试归纳四种振动传感器的特点和用途。试归纳四种振动传感器的特点和用途。试归纳四种振动传感器的特点和用途。7. 7.试归纳气敏传感器的技术要求、工作原理和使用场合试归纳气敏传感器的技术要求、工作原理和使用场合试归纳气敏传感器的技术要求、工作原理和使用场合试归纳气敏传感器的技术要求、工作原理和使用场合电力传感与检测技术8. 8.一般湿敏传感器的感湿特征量是什么？一般湿敏传感器的感湿特征量是什么？一般湿敏传感器的感湿特征量是什么？一般湿敏传感器的感湿特征量是什么？
