4参量传感器之气敏湿敏.ppt

响应时间 湿度传感器响应相对湿度变化量的63.2%所需要的时间 分为吸湿响应时间和脱湿响应时间 湿滞回差 一般情况下，吸湿响应时间和脱湿响应时间不同，具有滞后性。 湿敏电阻外形图 湿敏电阻工作过程：水分子极易吸附于固体表面→渗透到固体内部→半导体的电阻值降低 可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏电阻。 湿敏电阻外形结构示意图 湿敏电阻封装后的外形 机械式、电子式温湿度计对比 降低温度会产生结露现象。 测量露点的仪器 露点传感器 湿度检测技术 湿度的概念和检测方法 　　1.气体的湿度 　　气体的湿度是指大气中水蒸气的含量。 其中相对湿度是最常用的。 　　2. 固体的湿度 　　固体的湿度是物质中所含水分的百分数。 物质中所含水分的质量与干物质质量之比， 称为含水量。 物质中所含水分的质量与其总质量之比， 称为湿度。 　　3. 湿度检测方法分类 　　湿度检测的方法可分为四类： 毛发湿度计法、 干湿球湿度计法、 露点计法、 阻容式湿度计法。 其中干湿球湿度计与露点计的时效小， 可用于高精度测量， 但其体积大， 响应速度低， 无电信号，不能用于遥测及湿度自动控制。阻容式湿度传感器体积小， 响应速度快， 便于把湿度转换为电信号， 但稳定性差， 不耐SO2的腐蚀。 　　4. 湿度传感器的概念 　　1） 湿度传感器的特性参数 　　湿度传感器的特性参数主要有： 湿度量程 即感湿范围 理想情况：0~100%RH 感湿灵敏度 在一定湿度范围内，相对湿度变化1%RH时，其感湿特征量的变化值或变化百分率 感湿特征量 湿度变化所引起的传感器的输出量，如：电阻、电容、电压、频率等。 　　3. 表面电流变化型气敏传感器 　　1） MOS场效应气敏传感器 　　利用晶体管特性受外界气体的影响，制成了各种气敏器件。 3DOH是一种新颖氢敏传感器集成电路， 如图所示。 3DOH由三部分组成： Pd-MOSFET、测温二极管和加热电阻。 图 3DOH氢敏传感器 （a） 外部管脚排列；（b） 内部结构示意图 　　2） 二极管气敏传感器 　　图为Pd-TiO2二极管的结构和整流特性，可见在正向偏置时， 电流随空气中氢含量的增大而增加。可通过测量一定偏置电压下的电流或一定电流下的偏置电压来测量氢气的浓度。 Pd-TiO2氢敏二极管的结构与整流特性 （a） 结构示意图； （b） 伏安特性与氢气浓度关系 　　4. 固体电解质气敏传感器 　　具有离子导电性而无电子导电性的固体材料称为固体电解质。用适当的固体电解质作隔膜，Pt多孔薄膜作电极，制成电化学电池，即构成对气体有选择性的气敏传感器。如图（a）所示的固体电解质气体传感器,当传感器接触氧时，氧透过Pt电极吸附于ZrO2(二氧化锆),经电子交换成为负离子。当两侧氧分压不同时，两电极间便形成与两侧氧分压强的对数成正比的电动势。该电化学电池称为氧浓淡电池。图为用于测量汽车引擎空燃比的氧浓淡电池结构。 氧浓淡电池的原理及典型结构 （a） 工作原理图； （b） 汽车用氧浓淡电池结构 气体检测电路:注意传感器的接线方式 　　1. 高灵敏度氢气(煤气泄漏)报警器电路 　　应用3DOH氢敏传感器制作的高灵敏度的氢气报警器电路如图所示。由于家用管道煤气中的氢气含量大约为40%，所以本电路也可以用来作为家用管道煤气的泄漏报警器。 ? 　　图中，场效应管V1(3DJ6D)接成恒流源形式，作为3DOH氢敏传感器内部钯栅MOS场效应管的漏极负载，使流过3DOH漏极D的电流恒定不变，约为几百微安。V2(3DJ6D)也接成恒流源形式，为3DOH内部测温二极管提供几百微安的恒定电流。 图 高灵敏度氢气报警器电路 　　内部测温二极管的取样电压(N端电压)通过运算放大器A1放大10倍， 再通过运算放大器A2构成的跟随器输出给加热电阻RH提供加热电压(约为5 V)。 当3DOH工作温度降低时，N端电压升高， 从而使流过加热电阻的电流增加，迫使3DOH的工作温度升高。 反之，迫使3DOH的工作温度降低，使3DOH工作在某一恒定温度下。运算放大器A3构成反相比较器， 参考电压UR大约为传感器内部钯栅场效应管在未吸收氢气时的静态漏源电压(D端电压)减去200 mV左右。在传感器3DOH未吸收到氢气时，A3输出低电平。 当3DOH吸收到一定浓度的氢气后， 漏极(D端)的输出电压下降， 当变化量大于200 mV时，A3输出高电平，控制声或光报警。 　　2. 一氧化碳检测报警器电路 　　一氧化碳检测报警器的电路如图所示。图中检测一氧化碳的传感器采用UL-281型，它对一氧化碳有很高的灵敏度， 对其他气体则不敏感，对环境温度及湿度的变化具有良好的稳定性。UL-281型一氧化碳传感器对一氧化碳浓度的测量范围为(0～300)