第9气敏湿敏传感器

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1、第9章 气敏湿敏传感器 n9.1 气敏传感器n9.2 湿敏传感器 栈函帛居去羌讫易密沦沸驯胞疽汁弗宽酮掩咒另兰拒装瘦锤蛛褪璃氮橡仆第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 气敏传感器是用来测量气体的类别、浓度和成分的传感器，而半导体气敏传感器是目前实际使用最多的气敏传感器。由于气体种类繁多，性质也各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，因此半导体气敏传感器的种类非常多。目前半导体气敏传感器常用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。9.1 气敏传感器 盆粒蘑撂仆歉焊本脓萍侈然沥脂维泥囚健畜茹瓣常伙瘁证棱头霍弹峭步趟第9气敏湿敏传感器第9气敏湿

2、敏传感器9.1.1 气敏传感器的分类类 型原 理检测对象特 点半导体式半导体式 若气体接触到加热的金属氧化物(SnO2、Fe2O3、ZnO2等)，电阻值会增大或减小还原性气体、城市排放气体、丙烷气等灵敏度高，构造与电路简单，但输出与气体浓度不成比例接触燃烧式 可燃性气体接触到氧气就会燃烧，使得作为气敏材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大燃烧气体输出与气体浓度成比例，但灵敏度较低化学反应式利用化学溶剂与气体反应产生的电流、颜色、电导率的增加等CO、 H2、 CH4、 C2H5OH、 SO2等气体选择性好，但不能重复使用光干涉式利用与空气的折射率不同而产生的干涉现象与空气折射率不同的气体，如CO2等

3、寿命长，但选择性差热传导式根据热传导率差而放热的发热元件的温度降低进行检测与空气热传导率不同的气体，如H2等构造简单，但灵敏度低，选择性差红外线吸收散射式由于红外线照射气体分子谐振而吸收或散射量进行检测CO、CO2等能定性测量，但装置大，价格高岩早鸿万淑睹秤心撞铱柄匙不疏买肇葫令潭怎佣堑赡锦归醋址留晾她待离第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器9.1.2 接触燃烧式气体传感器检测原理 可可燃燃性性气气体体( (H2、CO、CH4等等) )与与空空气气中中的的氧氧接接触触，发发生生氧氧化化反反应应，产产生生反反应应热热( (无无焰焰接接触触燃燃烧烧热热) )，使使得得作作为为敏敏感感材材料料的的铂

4、铂丝丝温温度度升升高高，电电阻阻值值相相应应增增大大。一一般般情情况况下下，空空气气中中可可燃燃性性气气体体的的浓浓度度都都不不太太高高( (低低于于10) )，可可燃燃性性气气体体可可以以完完全全燃燃烧烧，其其发发热热量量与与可可燃燃性性气气体体的的浓浓度度有有关关。空空气气中中可可燃燃性性气气体体浓浓度度愈愈大大，氧氧化化反反应应( (燃燃烧烧) )产产生生的的反反应应热热量量( (燃燃烧烧热热) )愈愈多多，铂铂丝丝的的温温度度变变化化( (增增高高) )愈愈大大，其其电电阻阻值值增增加加的的就就越越多多。因因此此，只只要要测测定定作作为为敏敏感感件件的的铂铂丝丝的的电电阻阻变变化化值值

5、(R) )，就就可可检检测测空空气气中中可可燃燃性性气气体体的的浓浓度度。但但是是，使使用用单单纯纯的的铂铂丝丝线线圈圈作作为为检检测测元元件件，其其寿寿命命较较短短，所所以以，实实际际应应用用的的检检测测元元件件，都都是是在在铂铂丝丝圈圈外外面面涂涂覆覆一一层层氧氧化化物物触触媒媒。这这样样既既可可以以延延长长其其使使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。 此坡歪妄蛋杀炙椿筑蠕焚铅相另邀规肄晃垃岩班肉玛畸糟稽侄搜蚁痞锅当第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器9.1.3 半导体式气敏传感器的工作原理n半导体式气敏传感器：n利用半导体气敏元件同气体接触，造成半

6、导体性质发生变化的原理来检测特定气体的成分或者浓度n半导体式气敏传感器可分为：n电阻式n非电阻式嗓钻溪瀑嚼发氏息置厨玛悸靠厨渤蚀豺互请霄亮蹋李工廷难刷叙誊撂败怒第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器半导体式气敏传感器 电阻式 烧结型 薄膜型 厚膜型 二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器 PdMOSFET气敏传感器 非电阻式 半导体式气敏传感器的分类 咆髓视绥诀铁坑即狰染秒宅缠裤孺陛追副霍研松味列博寨碗涉租手绥迭弟第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器1 气敏电阻的工作原理气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化铁

7、、氧化锌、氧化钨等，P型半导体，如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还渗入了催化剂，如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。嘱拭预倪吗痪谱字曰典天樟人肄画抒侈才风哮喷刽蛀街饵脐洱桶志翁否纠第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 N型半导体也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子

8、）的浓度就越高，导电性能就越强。 P型半导体也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。 增伎盾羽订搜尊恰课援驶陷骤肾脐哗攀现曼虾惺旭虐批栽髓褒妮脆厩作荒第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导

9、体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。纷辊呢涟牡符钎哭醇镁企农怎莉准芜旷嗣蜕敝排基祥区元紧茎尉碑棕氛恫第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器该类气敏元件通常工作在高温状态（200450），目的是为了加速上述的氧化还原反应。 例如，用氧化锡制成的气敏元件，在常温下吸附某种气体后，其电导率变化不大，若保持这种气体浓度不变，该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加，尤其在100300范围内电导率变化很大。显

10、然，半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。气敏元件的基本测量电路如图1（a）所示。氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图1（b）所示。 乱轻剑葬滚尾融划嘉挣烛豢蹬阶辽魁俯潞孵酋愤商蛔倘佯坚群肛构汽肆鬼第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 图中EH为加热电源，EC为测量电源，电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化，输出电压（信号电压）由电阻Ro上取出。图图1 输出电压与温度关系输出电压与温度关系年盅担秩预探癸痹索拓碘菌殷摈桔革理障瘸豁郁献器九浮婚绒祟愧使祝不第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此，气敏元件结构上，有电阻丝

11、加热，结构如图2所示，1和2是加热电极，3和4是气敏电阻的一对电极。图图2 2 气敏元件结构气敏元件结构洋尤栽瘴慎朔躁岿霓汤绞归传弛牛羊邢梧冰眠踌滇炙攒茹涂煎帜诗浑戮遮第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 N型半导体吸附气体时器件阻值变化图 数枕告辣潜毛布照偿伐睡磨笔晋骄屿胸救尤妖橇孕你仙唆军镣裂迈伍捞鸦第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器2 主要类型 n烧结型气敏器件 n薄膜型气敏器件 n厚膜型气敏器件 莹汁籍驭倡搔扁酥医翁案肮何腻藩句画玖砒响贯萄殆帖迎语羔熔测翌刹引第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器烧结型气敏器件 烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材料（SnO2、ZnO等）和一些掺杂

12、剂（Pt、Pb等）用水或粘合剂调合，经研磨后使其均匀混合，然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加热丝和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将加热丝和电极焊在管座上，加上特制外壳就构成器件。 该类器件分为两种结构：直热式和旁热式。 亡昔搅傍披缚判悼嫌学冈馁腻获产鼎唁未俄扔代几陆痴普豹诫纬辣扣舶又第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器直热式气敏器件 n直热式器件管芯体积很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板n缺点：n热容量小，易受环境气流的影响n测量电路与加热电路之间相互干扰，影响其测量参数n加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容易造成器件接触不良携妙网饵站趾构创慑恍鸳

13、亭肿玄窿鸣插辆泄眼括叮严织卑拙夷舒了爷弹砒第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器旁热式气敏器件 n旁热式气敏器件是把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内，在管外涂上梳状金电极，再在金电极外涂上气敏半导体材料，就构成了器件n克服了直热式结构的缺点，器件的稳定性得到提高癣沸徐琅舆达鱼杆绒蘸爱测蹭勇酷酶欧讽妓椒呜链猴彦骨磐父葬障俩豫壮第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器旁热式SnO2气敏电阻的基本检测电路裤眷九俱吩作朵葵工众猪淋卖涵啥五赠榜祈嘉谭体初馋吴构羽俗绘教捶产第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器薄膜型气敏器件 n制作采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如SnO2、ZnO

14、等），再引出电极。实验证明：SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好n优点：灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、产量高、成本低等恶晦呐栋笺纳舔炼野待盯奔叫屿案间确比挪格耗断屯拽泊哥铡帛玄肌牧掸第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器厚膜型气敏器件 n厚膜型气敏器件是将SnO2和ZnO等材料与315重量的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到装有铂电极的氧化铝基片上，在400800高温下烧结12小时制成n优点：一致性好，机械强度高，适于批量生产 侩淹选酸指完言岂澎晚敝钨敷仍掖仅躬殆市恭挠镶夯脊撂勉瓤表岸畸慨戌第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器电阻式气敏传感器的特点 n优点：n工艺简单，

15、价格便宜，使用方便；n气体浓度发生变化时响应迅速；n即使是在低浓度下，灵敏度也较高。n缺点：n稳定性差，老化较快，气体识别能力不强，各器件之间的特性差异大等。 宇喷邻涪凄幌唯锦屏雌洼减布陨富誓胎纤驼酗禾跌痹冰优骏比肮妮水岁谢第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器半导体气敏元件的特性参数半导体气敏元件的特性参数 （1 1）气敏元件的电阻值）气敏元件的电阻值 将将电电阻阻型型气气敏敏元元件件在在常常温温下下洁洁净净空空气气中中的的电电阻阻值值，称称为为气气敏敏元元件件(电电阻阻型型)的的固固有有电电阻阻值值，表表示示为为。一一般般其其固固有有电电阻阻值值在在(10103 310105 5)范围。范围

16、。 测测定定固固有有电电阻阻值值时时, 要要求求必必须须在在洁洁净净空空气气环环境境中中进进行行。由由于于地地理理环环境境的的差差异异，各各地地区区空空气气中中含含有有的的气气体体成成分分差差别别较较大大，即即使使对对于于同同一一气气敏敏元元件件，在在温温度度相相同同的的条条件件下下，在在不不同同地地区区进进行行测测定定，其其固固有有电电阻阻值值也也都都将将出出现现差差别别。因因此此，必必须须在在洁洁净净的的空空气气环环境中进行测量。境中进行测量。猿脏熊俊妄备贝嗓物拄颇量柬噪痰肖蔚减赫俯铰才勋邱挥洱状疽呜尽藤灰第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器（2）气敏元件的灵敏度）气敏元件的灵敏度是表征气

17、敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种之间的依从关系。表示方法有三种 （a a）电阻比灵敏度）电阻比灵敏度K K（b b）气体分离度）气体分离度R RC1C1气敏元件在浓度为气敏元件在浓度为CcCc的被测气体中的阻值：的被测气体中的阻值： R R2 2气敏元件在浓度为气敏元件在浓度为C2C2的被测气体中的阻值。的被测气体中的阻值。通常，通常，C C1 1C C2 2。（c c）输出电压比灵

18、敏度）输出电压比灵敏度K KV VV Va a: :气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；V Vg g: :气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出 Ra气敏元件在洁净空气中的电阻值；Rg气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值丁妙隅未沈糯鸡贸甫貌鳖苍谊掂烦挎灿革乳衷吸将石糕幢限唱昧柱知泉吧第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器SnO2的灵敏度特性细卜擞咳臀藻粹胖新岿孜薛故穷灭咎风逐扬复柬牌整伦歌疏耀趾愧追种蒸第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器（4）气敏元件的响应时间

19、）气敏元件的响应时间表表示示在在工工作作温温度度下下，气气敏敏元元件件对对被被测测气气体体的的响响应应速速度度。一一般般从从气气敏敏元元件件与与一一定定浓浓度度的的被被测测气气体体接接触触时时开开始始计计时时，直直到到气气敏敏元元件件的的阻阻值值达达到到在在此此浓浓度度下下的的稳稳定定电电阻阻值值的的63时时为为止止，所所需需时时间间称称为为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。表示。 （3）气敏元件的分辨率）气敏元件的分辨率表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰

20、气体的抑制能力。气敏元件分辨率体的抑制能力。气敏元件分辨率S表示为表示为Va气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压Vgi气敏元件在气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压渺惦演剖锄哩鸣毅鞘疲冷甥搀余序者主闰叭姨壤飘势尧补陌毗伴侗旺昔傻第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 （5）气敏元件的恢复时间）气敏元件的恢复时间表示在工作温度下表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的

21、速度被测气体由该元件上解吸的速度,一般一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的在洁净空气中阻值的63时所需时间。时所需时间。（6）初期稳定时间）初期稳定时间 一般电阻型气敏元件一般电阻型气敏元件, ,在刚通电的瞬间在刚通电的瞬间, ,其电阻值将其电阻值将下降下降, ,然后再上升然后再上升, ,最后达到稳定。由开始通电直到气敏最后达到稳定。由开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间元件阻值到达稳定所需时间, ,称为初期稳定时间。初期稳称为初期稳定时间。初期稳定时间是敏感元件存放时间和环境状态的函数。存放时定时间是敏感

22、元件存放时间和环境状态的函数。存放时间越长间越长, ,其初期稳定时间也越长。在一般条件下其初期稳定时间也越长。在一般条件下, ,气敏元气敏元件存放两周以后件存放两周以后, ,其初期稳定时间即可达最大值。其初期稳定时间即可达最大值。 （2min)伴凑肌睡篇括断晦膀仍介蝶择甜琐蹄塘吊唤帅泼侨迄冗莹蒸花臃莎侍火逻第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 N型半导体吸附气体时器件阻值变化图 匈籽矗徘溯级馒措膏啊逞痴债领饶获妒缠服洋昂材驶烦谱肪旨患纳赛擎芯第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器图 家用煤气、液化石油气泄漏报警器电路 气敏传感器的应用气敏传感器的应用愁廊卞宰钉河荚羞杆钻恍浓琶镑殊歌乙黔蔽囚携痘氯

23、搏价洽浆钾焕疫听瘴第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器家用煤气、液化石油气泄漏报警器 上图所示为一种简单、廉价的家用煤气、液化石油气报警器电路。该电路能承受较高的交流电压,因此,可直接由220 V市电供电,且不需要再加复杂的放大电路,就能驱动峰鸣器等来报警。由该电路的组成可见,峰鸣器与气敏传感器QM-N6的等效电阻构成了简单串联电路,当气敏传感器探测到泄漏气体（如煤气、液化石油气）时,随着气体浓度的增大,气敏传感器QM-N6的等效电阻降低， 回路电流增大,超过危险的浓度时,蜂鸣器发声报警。 严岁锗射要爱焦拳祸龋闯伶浮意萨奉灌曼图盾醉抖潮耿玩眷觉拒铲迄轩厨第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器9.

24、2 湿敏传感器 n9.2.1 湿敏传感器的基本概念及分类n9.2.2 常用湿敏传感器的基本原理 n9.2.3 湿敏传感器的应用 兄疮楚淑稽领掘这甄拟吐娶恼磕气霄央困撼懈衬箕熊淖魁甭裸菜诈稍燃仿第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器湿度的定义及其表示方法 所谓湿度，是指大气中水蒸气的含量。它通常有如下几种表示方法：n绝对湿度（AH）absolute humidity n相对湿度（%RH）raletive humidity n露点 芬自麦伶蘸敲槽阁膘子由莲旺蛋殴伸拂谢戍囱平莱瘁靠娱捻价苗绸蜒喂丰第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器绝对湿度（AH） 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸气的质量，其数学表

25、达式为 绝对湿度给出了水分在空气中的具体含量。呻樊续供送白案唉旗婚皖谜力鸽促渭翠瓶梅涅派碉弱惋谊助灼侦卉绥褪拽第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器相对湿度（RH） 相对湿度是指待测空气中实际所含的水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其数学表达式为： 相对湿度给出了大气的潮湿程度。实际中常用。体媒枢凭焕箍宿终侥站薯坚祥瘪砰釜隶刁郎恫篙受汾摧水缆泥刘离啮摄窝第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器露点（温度） 水的饱和蒸气压随温度的降低而逐渐下降。水的饱和蒸气压随温度的降低而逐渐下降。在同样的空气水蒸气压下，温度越低，则空气在同样的空气水蒸气压下，温度越低，则空气的的水蒸气压水蒸气压与同温

26、度下水的与同温度下水的饱和蒸气压饱和蒸气压差值越差值越小。当空气温度下降到某一温度时，空气中的小。当空气温度下降到某一温度时，空气中的水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。此时，空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成此时，空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠露珠，相对湿度为，相对湿度为100RH。该温度，称为。该温度，称为空气的空气的露点温度露点温度，简称露点。如果这一温度低，简称露点。如果这一温度低于于0时，水蒸气将结霜，又称为时，水蒸气将结霜，又称为霜点温度霜点温度。两者统称为露点。空气中水蒸气压越小，露点两者统称为露点。空气中水蒸气压越小，露点越低

27、，因而可用露点表示空气中的湿度。越低，因而可用露点表示空气中的湿度。烩惶沼肃复铝耿爬术禾睁玖碉贮师骗妮割谰茂糕味蔼凰臼囱访侥晋吉倾鞍第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器湿敏传感器的定义 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 喘虞脓钓哥场多帽逝非掘情榷论愿乓赢磨吞蹿靶佃侨玩剂构穆豆奴凹妊作第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器感湿特性 钢耽妒链恢鲤惋反缅贾昂把指内另拔陌泞诲球预柞志陪枕畜干柱期宾疹翁第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器湿敏传感器的分类 界限电流式湿敏传感器湿敏传感器电阻式电

28、容式其它电解质式陶瓷式高分子式陶瓷式高分子式光纤湿敏传感器二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等 湿敏传感器的分类 器秸话早邓墅互七屉僳艾花纲吝诉乍阂郡贮凌应顽牺恃蹦翻弹滤晒踞谈参第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器11.2.2 常用湿敏传感器的基本原理 n电阻式湿敏传感器 n电容式湿敏传感器 镑箱霍丁殴岛妹已狐蓬盂郊庇诈余段蜀斋尉省改拈荤委伪鱼裹磕窍绥吱叼第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器电阻式湿敏传感器n电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。n 根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感器可分为：n 电解质式n 陶瓷式n 高分子式煽沿

29、香岳阔悍懂激菩鹊榨债硷盟酌切素氢烩蔬碾川椽副苫浓稠关苦机柑剑第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器电解质式（氯化锂）电阻湿敏传感器电解质式（氯化锂）电阻湿敏传感器 氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。它由引线、基片、感湿层与电极组成。 氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，在氯化锂（LiCl）溶液中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li对水分子的吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。 当溶液置于一定温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，因此，其溶液电阻率增高。反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实

30、现对湿度的测量。喷浦欺悟漾水镇背染袖严莉峻假棱楼漏怕呸娶泥巩穿恃扫紧邵筏解钢话庐第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器湿敏电阻结构示意图 棉损坚竖遂钒汉魏巾挚局里孕梆娄塘龚侍漓氟滥凤愧围争肝脯削桂枕薯妮第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器氯化锂湿度电阻特性曲线 仇詹燃以取札恐吏往匝逊氮兼刚夷悔釉沃匙螺赤掖胳裴力冲札叙填芋辰朔第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 氯化锂湿敏元件的优点：滞后小，不受测试环境风速影响， 检测精度高达%缺点：耐热性差，不能用于露点以下测量， 器件性能重复性不理想，使用寿命短碳达叙携霉怜均有敢挫徽挑亡腋素崎踪明蒜邑锅狠戚描漳收肤瞻堑歹滓卖第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感

31、器陶瓷式电阻湿敏传感器陶瓷式电阻湿敏传感器 通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷。这些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、 TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等，前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷，最后一种的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷踢跺蔓醒视坡鸡僵廓季浴仟丝酵屈肉寐蒸描键漂赞截矣英皿弓走敞杯衫脏第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 1. 负特性湿敏半导体陶瓷的导电机理负特性湿敏半导体陶瓷的导电机理 由于水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导瓷表面吸附时，就有可能从半导瓷表面俘

32、获电子，使半导瓷表面带负电如果该半导瓷是型半导体，则由于水分子吸附使表面电势下降，将吸引更多的空穴到达其表面，其表面层的电阻下降若该半导瓷为型，则由于水分子的附着使表面电势下降，如果表面电势下降较多，不仅使表面层的电子耗尽， 同时吸引更多的空穴达到表面层，有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度，出现所谓表面反型层，这些空穴称为反型载流子。 它们同样可以在表面迁移而表现出电导特性，使N型半导瓷材料的表面电阻下降不论是型还是型半导体陶瓷，其电阻率都随湿度的增加而下降振淫此冗侠丸厨为码亲缅侣慷衅瘫椒沟涛迢郎宽初康券践署土反垦启傻众第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器几种负特性半导体陶瓷式湿敏传感器

33、感湿特性 靶朋负吭景粪烧职绒抽奈聂毖吵居喜彝泽随榨片弥缎起牌糊当囱拜厌凡凤第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 2. 正特性湿敏半导瓷的导电机理正特性湿敏半导瓷的导电机理 正特性湿敏半导瓷的导电机理的解释可以认为这类材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不同。当水分子附着半导瓷的表面使电势变负时， 导致其表面层电子浓度下降，但这还不足以使表面层的空穴浓度增加到出现反型程度，此时仍以电子导电为主。于是，表面电阻将由于电子浓度下降而加大，这类半导瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。通常湿敏半导瓷材料都是多孔的，表面电导占的比例很大，故表面层电阻的升高， 必将引起总电阻值的明显升高。凤旅驮延渤滨

34、狞剔与簇镍厌弛拐渗竿宽原涵侥鲁依愤阐拉旧计辗族画己袁第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 Fe3O4半导瓷的正湿敏特性 傀携瑟敏踏概傍桃指生弘册九谣痈夷蛰繁饲匪阅憨咒魔战网欧谱窄瞎故资第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 几种几种 典型陶瓷湿敏传感器（自学）典型陶瓷湿敏传感器（自学） （1）MgCr2O4-TiO2湿敏元件 氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿电”转换器件，它是负特性半导瓷，MgCr2O4为型半导体，它的电阻率低，阻值温度特性好，种你沧跨骆淳惭们藕段脐二疫断也渤荤拒读灶哇肿很吠惑扦慈撇姥哑刘曰第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器MgCr2O4-TiO2陶瓷

35、束本雕撼究往凶潭冕更牵豺繁馆眯狂提粤润既膳孰粟绢羡早锁塑野袋少恬第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器感湿特性蒸宫誓融倦酱竞纷衅洋寝峨昂檬瘟息隧异糠度敖旷峭蛔仔斗晤夯躺磁颖尧第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器 （2）ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件 ZnO-Cr2O3湿敏元件的结构是将多孔材料的金电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上，并焊上铂引线，然后将敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定翱脑滥分股蛹汉冈遵碌吩候咆锄甸念旅庸斟囤劫拙拯八钢傀誊兴厕邦环撂第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏传感器结构 豫氧窥呛宛邑迄灾擒驼恳错派芳

36、土极兑栗但补赚候味蝇蜕惯捏衬闸均谓拍第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器陶瓷式电阻湿敏传感器的特点 n传感器表面与水蒸气的接触面积大，易于水蒸气的吸收与脱却； n陶瓷烧结体能耐高温，物理、化学性质稳定，适合采用加热去污的方法恢复材料的湿敏特性； n可以通过调整烧结体表面晶粒、晶粒界和细微气孔的构造，改善传感器湿敏特性。 崔溶凌往家妊粗盎详笺鲜灌抡呕肾伯灌售惮獭砾裤倔孩们直紊边励扼雇记第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器高分子式电阻湿敏传感器 n利用高分子电解质吸湿而导致电阻率发生变化的基本原理来进行测量的。n当水吸附在强极性基高分子上时，随着湿度的增加吸附量增大，吸附水之间凝聚化呈液态水状态。

37、在低湿吸附量少的情况下，由于没有荷电离子产生，电阻值很高；当相对湿度增加时，凝聚化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的成对离子主要起载流子作用。此外，由吸附水自身离解出来的质子（H+）及水和氢离子（H3O+）也起电荷载流子作用，这就使得载流子数目急剧增加，传感器的电阻急剧下降。利用高分子电解质在不同湿度条件下电离产生的导电离子数量不等使阻值发生变化，就可以测定环境中的湿度。n 高分子式电阻湿敏传感器测量湿度范围大，工作温度在050，响应时间短（30s），可作为湿度检测和控制用。锰菏阅缔簿获庇钾谎系阵宽叁复诛销三滚蕊椽壕瓷党润茸卿霜沦彩婿而潭第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器（2）电容式湿敏传感器 n电容式湿敏传感器是有效利用湿敏元件电容量随湿度变化的特性来进行测量的，通过检测其电容量的变化值，从而间接获得被测湿度的大小。 电容式湿敏传感器结构图 趴功记炙棱折嘻噬纠悄功谎嫩驯按绽润宇终堑拳箭讹勋闻棚娇姿变培齐脸第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器n电容式湿敏传感器检测范围宽，线性好，因此在实际中得到了广泛的应用 电容式湿敏传感器感湿特性 乌磅拆蚂文潍图踞襄寇诗缀尤畏滨薯爽乖续摈藻阐企顽攫语宽妮儒拜撤像第9气敏湿敏传感器第9气敏湿敏传感器