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1、中职中职 自动检测与传感技术自动检测与传感技术项目教项目教程项目六程项目六 课件课件 高教版高教版项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量一、认识气敏传感器一、认识气敏传感器 气气敏敏传传感感器器是是能能感感知知环环境境中中某某种种气气体体及及其其浓浓度度的的传传感感器器。它它利利用用化化学学、物物理理效效应应将将气气体体的的种种类类及及浓浓度度等等信信息息转转换换为为电电信信号号，经经电电路路处处理理后后进进行行检检测、监控和报警。如图测、监控和报警。如图6-16-1所示为部分气敏传感器的实物外形图。所示为部分气敏传感器的实物外形图。图图6-1
2、 6-1 常见气敏传感器实物外形图常见气敏传感器实物外形图气敏传感器气敏传感器项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理 半半导导体体式式气气敏敏传传感感器器是是利利用用半半导导体体气气敏敏元元件件同同被被测测气气体体接接触触，使使得得半半导导体体性性质质发发生生变变化化的的原原理理来来检检测测特特定定气气体体的的成成分分或或者者浓浓度度的的传传感感器器。按按半半导体的物理特性的不同，又可分为电阻型和非电阻型两种。导体的物理特性的不同，又可分为电阻型和非电阻型两种。1.1.半导体式气敏传感
3、器的结构半导体式气敏传感器的结构（1 1）电阻型半导体气敏传感器）电阻型半导体气敏传感器 目前使用较广泛的电阻型半导体式气敏传感器是利用气体吸附使半目前使用较广泛的电阻型半导体式气敏传感器是利用气体吸附使半导体本身的电阻值发生变化这一特性而制作的传感器。它由敏感元件、导体本身的电阻值发生变化这一特性而制作的传感器。它由敏感元件、加热器、外壳等三部分组成。加热器、外壳等三部分组成。其中加热器的作用是加速被测气体的吸附及脱出过程；烧去气敏元件的其中加热器的作用是加速被测气体的吸附及脱出过程；烧去气敏元件的油垢或污物，起清洁作用。控制不同的加热温度，能对不同被测气体有油垢或污物，起清洁作用。控制不同
4、的加热温度，能对不同被测气体有不同的选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为不同的选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200200400400。敏感元件常被称为气敏电阻（气敏电阻的型号命名及含义参见附录敏感元件常被称为气敏电阻（气敏电阻的型号命名及含义参见附录K K），），其主要材料为金属氧化物半导体，合成时加入敏感材料和催化剂烧结而其主要材料为金属氧化物半导体，合成时加入敏感材料和催化剂烧结而成。成。气敏电阻元件种类很多，按制作工艺分，可分为烧结型、薄膜型和气敏电阻元件种类很多，按制作工艺分，可分为烧结型、薄膜型和厚膜型三种。厚膜型三种。项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿
5、度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理1.1.半导体式气敏传感器的结构半导体式气敏传感器的结构（1 1）电阻型半导体气敏传感器）电阻型半导体气敏传感器 1)1)烧结型气敏元件烧结型气敏元件 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中，经加热成形将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中，经加热成形后低温烧结而成。其加热方式有直热式和旁热式两种。目前使用较多的后低温烧结而成。其加热方式有直热式和旁热式两种。目前使用较多的是旁热式是旁热式SnO2SnO2系列气敏元件。旁热式气敏元件的结构及图形符号如图系列气敏元件。旁热
6、式气敏元件的结构及图形符号如图6-6-2 2所示。所示。(a)(a)结构结构 (b)(b)符号符号 图图6-2 6-2 常见气敏传感器实物外形图常见气敏传感器实物外形图项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理1.1.半导体式气敏传感器的结构半导体式气敏传感器的结构（1 1）电阻型半导体气敏传感器）电阻型半导体气敏传感器 1)1)烧结型气敏元件烧结型气敏元件 旁热式气敏元件是在一根薄壁陶瓷管内放入一根螺旋形高电阻率金旁热式气敏元件是在一根薄壁陶瓷管内放入一根螺旋形高电阻率金属丝作为加热器，
7、在陶瓷管的外壁涂覆以属丝作为加热器，在陶瓷管的外壁涂覆以SnO2SnO2为基础材料的浆料层，经为基础材料的浆料层，经烧结后形成厚膜气体敏感层，陶瓷管的两端设置一对金电极及铂烧结后形成厚膜气体敏感层，陶瓷管的两端设置一对金电极及铂-铱合铱合金丝引出线。一般引线有金丝引出线。一般引线有6 6根，其中，两个根，其中，两个A A和两个和两个B B分别相连后，成为分别相连后，成为气敏元件的引线，气敏元件的引线，f-ff-f为加热器的引线。为加热器的引线。2)2)厚膜型气敏元件厚膜型气敏元件 将气敏材料（将气敏材料（SnO2SnO2、ZnOZnO等）与一定比例的硅凝胶混合制成能印刷等）与一定比例的硅凝胶混
8、合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶由丝网印刷到装有铂电极的氧化铝基片上，在的厚膜胶，把厚膜胶由丝网印刷到装有铂电极的氧化铝基片上，在400400800800的温度下烧结的温度下烧结1 12 2个小时而制成。用厚膜工艺制成的器件一致个小时而制成。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。性较好，机械强度高，适于批量生产。项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理1.1.半导体式气敏传感器的结构半导体式气敏传感器的结构（1 1）电阻型半导体气敏传感器）电阻型半导体气敏传感器 3)3
9、)薄膜型气敏元件薄膜型气敏元件 薄膜型气敏元件制作时采用蒸薄膜型气敏元件制作时采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如（如SnO2SnO2、ZnOZnO等），再引出电极，等），再引出电极，其结构如图其结构如图6-36-3所示。所示。薄膜型气敏元件的优点是灵敏薄膜型气敏元件的优点是灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、成本低。换性好、成本低。图图6-3 6-3 薄膜型气敏元件结构图薄膜型气敏元件结构图项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量
10、气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理1.1.半导体式气敏传感器的结构半导体式气敏传感器的结构（2 2）非电阻型半导体气敏传感器）非电阻型半导体气敏传感器 非电阻型半导体气敏传感器是利用半导体与气体接触后，其特性非电阻型半导体气敏传感器是利用半导体与气体接触后，其特性（如二极管的伏安特性）发生变化来测定气体的成分或浓度的。目前主（如二极管的伏安特性）发生变化来测定气体的成分或浓度的。目前主要有二极管、场效应晶体管两种类型。要有二极管、场效应晶体管两种类型。2.2.半导体式气敏传感器的工作原理半导体式气敏传感器的工作原理 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体
11、后却显示气敏特性。通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，空气中的氧和常器件工作在空气中，空气中的氧和NO2NO2这些电子兼容性大的气体，接这些电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，形成氧的负离子吸附，结果使受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，形成氧的负离子吸附，结果使N 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气体接触，就会与小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被
12、氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，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。使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（该类气敏元件通常工作在高温状态（200200450450），目的是为了加），目的是为了加速上述的氧化还原反应。速上述的氧化还原反应。项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理3.3.接触燃烧式气敏传感器接触燃烧式气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热接触燃烧式气敏传感器是基于强催化剂使气体在
13、其表面燃烧时产生热量，从而使贵金属电极电导随气体浓度发生变化来对气体进行检测的。量，从而使贵金属电极电导随气体浓度发生变化来对气体进行检测的。典型的接触燃烧式气敏传感器结构图如图典型的接触燃烧式气敏传感器结构图如图6-46-4所示。氧化催化剂中埋设有铂所示。氧化催化剂中埋设有铂等金属线，工作时金属圈中通电流使温度保持在等金属线，工作时金属圈中通电流使温度保持在300300600600，当可燃气体，当可燃气体接触预先加热的传感器表面时会发生燃烧，所产生的热量使金属丝温度进接触预先加热的传感器表面时会发生燃烧，所产生的热量使金属丝温度进一步升高，致使电阻值增大，导致电桥失衡产生输出。不同种类不同浓
14、度一步升高，致使电阻值增大，导致电桥失衡产生输出。不同种类不同浓度的可燃气体燃烧产生的热量不同，对应不同的电路输出。的可燃气体燃烧产生的热量不同，对应不同的电路输出。图图6-4 6-4 接触燃烧式气敏传感器结构接触燃烧式气敏传感器结构 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量二、气敏传感器的结构及工作原理二、气敏传感器的结构及工作原理3.3.接触燃烧式气敏传感器接触燃烧式气敏传感器 接接触触燃燃烧烧式式气气敏敏传传感感器器价价廉廉、精精度度高高，但但灵灵敏敏度度较较低低，不不适适合合检检测测如如COCO等等有有毒毒气气体体，一一般般用用于于石石油
15、油化化工工、造造船船厂厂、矿矿山山及及隧隧道道等等领领域域，以以检检测测石石油油类类可可燃燃烧烧性性气气体体的的存存放放情情况况和和防防止止危危险险事事故故的的发发生生，其其基基本本工工作作电电路路如如图图6-56-5所示。所示。图图6-5 6-5 燃烧型气敏传感器基本工作电路燃烧型气敏传感器基本工作电路 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量三、气敏传感器的应用三、气敏传感器的应用1.1.实用酒精测试仪实用酒精测试仪 对酒精敏感的传感器，对酒精敏感的传感器，广泛地应用于检测汽车司广泛地应用于检测汽车司机呼出气体内的酒精浓度机呼出气体内的酒精浓
16、度的监测中，也有用在酒厂的监测中，也有用在酒厂生产线上。生产线上。电路图如图电路图如图6-66-6所示。所示。此电路采用此电路采用TGS812TGS812型气敏型气敏传感器，这种传感器对酒传感器，这种传感器对酒精有较高的灵敏度，所以，精有较高的灵敏度，所以，人们用它来制作酒精测试人们用它来制作酒精测试仪。除此之外，它对一氧仪。除此之外，它对一氧化碳也敏感，常被用来探化碳也敏感，常被用来探测汽车尾气。测汽车尾气。图图6-6 6-6 实用酒精测试仪实用酒精测试仪 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量三、气敏传感器的应用三、气敏传感器的应用1.1.
17、实用酒精测试仪实用酒精测试仪 该该电电路路中中还还采采用用了了一一个个显显示示驱驱动动集集成成电电路路LM3914LM3914，它它共共有有1010个个输输出出端端，每每个个输输出出端端连连接接一一个个发发光光二二极极管管。在在1010个个发发光光二二极极管管中中，发发光光二二极极管管VD1VD1VD5VD5发发光光为为绿绿色色，指指示示酒酒精精灯灯处处于于安安全全水水平平，VD6VD6VD10VD10发发光光为为红红色色，指指示酒精浓度超过安全水平。示酒精浓度超过安全水平。TGS812TGS812型型气气敏敏传传感感器器加加热热时时的的工工作作电电压压是是5V5V，加加热热电电流流约约125
18、mA125mA。它它的的负负载载电电阻阻为为R1R1和和RPRP，其其输输出出直直接接接接LEDLED显显示示驱驱动动器器LM3914LM3914。当当气气敏敏传传感感器器探探测测不不到到酒酒精精气气体体时时，传传感感器器呈呈高高阻阻状状态态，R1R1和和RPRP的的输输出出电电压压很很低低，加加在在LM3914LM3914第第脚脚的的电电平平为为低低电电平平，1010个个发发光光二二极极管管都都不不亮亮；当当气气敏敏传传感感器器探探测测到到酒酒精精气气体体时时，其其内内阻阻迅迅速速降降低低，从从而而使使R1R1和和RPRP的的输输出出电电压压升升高高，加加在在LM3914LM3914第第脚脚
19、的的电电平平变变为为高高电电平平。气气体体中中酒酒精精含含量量越越高高，脚脚的的电电位位就就越越高高，则则点点亮亮二二极极管管的的数数目目就就越越多多（先先绿绿色色后后红红色色），由由此此来来判判断断被被测测试试者者饮酒的程度。饮酒的程度。图图6-6 6-6 实用酒精测试仪实用酒精测试仪 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量三、气敏传感器的应用三、气敏传感器的应用2.2.实用有毒气体报警器实用有毒气体报警器 当当空空气气中中的的一一氧氧化化碳碳、液液化化石石油油气气、甲甲烷烷、丙丙烷烷等等有有毒毒气气体体达达到到一一定定浓浓度度时时，将将会会
20、危危及及人人的的健健康康与与安安全全，图图6-76-7所所示示电电路路即即为为有有毒毒气气体体探探测测报报警警电电路路。该该电电路路线线路路简简单单，灵灵敏敏度度较较高高，能能对对上上述述有有毒毒气气体体进进行行检检测测并并发发出出警报。警报。图图6-7 6-7 实用有毒气体报警电路实用有毒气体报警电路项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务一任务一 气体浓度的测量气体浓度的测量三、气敏传感器的应用三、气敏传感器的应用2.2.实用有毒气体报警器实用有毒气体报警器 工作原理：当空气中不含有毒气体时，工作原理：当空气中不含有毒气体时，A A、B B两点间的电阻很大，流过两点间的电阻很大，
21、流过RpRp的电流很小，的电流很小，B B点为低电位，达林顿管点为低电位，达林顿管U850U850不导通；空气中含有上述有不导通；空气中含有上述有毒气体时，毒气体时，A A、B B两点间的电阻迅速下降，通过两点间的电阻迅速下降，通过RpRp的电流增大，的电流增大，B B点电位升点电位升高，向高，向C2C2充电直至达到充电直至达到U850U850导通电位（约导通电位（约1.4V1.4V）时，）时，U850U850导通，驱动发声导通，驱动发声集成片集成片KD9561KD9561发声。发声。当空气中有毒气体浓度下降至使当空气中有毒气体浓度下降至使A A、B B两点间恢复高阻时，两点间恢复高阻时，B
22、B点电位低点电位低于于1.4V1.4V，U850U850截止，报警解除。截止，报警解除。图图6-7 6-7 实用有毒气体报警电路实用有毒气体报警电路项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测一、认识湿敏传感器一、认识湿敏传感器 用用于于检检测测环环境境湿湿度度的的传传感感器器称称为为湿湿敏敏传传感感器器，它它是是将将被被测测环环境境湿湿度度转转换换为为电电信信号号的的装装置置，主主要要由由湿湿敏敏元元件件和和转转换换电电路路两两部部分分组组成成。图图6-86-8所所示示为为部分湿敏传感器的实物外形图。部分湿敏传感器的实物外形图。图图6-8 6-8 湿敏传感
23、器的实物外形图湿敏传感器的实物外形图 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测一、认识湿敏传感器一、认识湿敏传感器 （1 1）按其工作原理的不同，可分为电阻式、电容式和频率式等；）按其工作原理的不同，可分为电阻式、电容式和频率式等；（2 2）按其探测功能的不同，可分为绝对湿度、相对湿度和结露型）按其探测功能的不同，可分为绝对湿度、相对湿度和结露型等；等；绝对湿度是指在一定温度和气压下，单位体积空气中所含水蒸气的质绝对湿度是指在一定温度和气压下，单位体积空气中所含水蒸气的质量，即空气中水蒸气的密度，用量，即空气中水蒸气的密度，用AHAH表示。表示。相对湿度
24、是指被测气体中水蒸气气压和该气体在相同温度下饱和水蒸相对湿度是指被测气体中水蒸气气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气气压的百分比。一般用气气压的百分比。一般用%RH%RH表示。表示。露点是指水蒸气在冷却过程中最初发生结露时的温度。露点是指水蒸气在冷却过程中最初发生结露时的温度。（3 3）按其所使用材料的不同，可分为电解质式、陶瓷式、高分子）按其所使用材料的不同，可分为电解质式、陶瓷式、高分子式等。式等。1.1.湿敏传感器的分类湿敏传感器的分类项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测一、认识湿敏传感器一、认识湿敏传感器 （1 1）精度与长期稳定性）精度与长期
25、稳定性 一般湿度传感器的精度为一般湿度传感器的精度为2%2%5%RH5%RH，要达到，要达到2%2%3%RH3%RH的精度是较困的精度是较困难的。在实际使用中，由于尘土、油污、有害气体的影响，长时间使用会产生老难的。在实际使用中，由于尘土、油污、有害气体的影响，长时间使用会产生老化现象，影响其精度。因此，湿度传感器的长期工作稳定性是非常重要的。化现象，影响其精度。因此，湿度传感器的长期工作稳定性是非常重要的。（2 2）温度系数）温度系数 湿敏传感器除对环境湿度敏感外，对温度也十分敏感。而且有的湿敏元件在湿敏传感器除对环境湿度敏感外，对温度也十分敏感。而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系
26、数也有差别，因此需加温度补偿电路，或采用计算不同的相对湿度下，其温度系数也有差别，因此需加温度补偿电路，或采用计算机软件补偿。机软件补偿。（3 3）供电电源）供电电源 湿敏传感器在测量湿度时，所加的测试电压必须是交流电（如正弦波、方波湿敏传感器在测量湿度时，所加的测试电压必须是交流电（如正弦波、方波或三角波），不能用直流电压或含有直流分量的交流电压。因为直流电压会引起或三角波），不能用直流电压或含有直流分量的交流电压。因为直流电压会引起感湿元件体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，影响测量精度。感湿元件体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，影响测量精度。（4 4）互换性）互
27、换性 湿敏传感器的一致性较差，同一种型号的传感器不能互换，这给电路调试及湿敏传感器的一致性较差，同一种型号的传感器不能互换，这给电路调试及维修增加了困难。维修增加了困难。2.2.湿敏传感器的特性湿敏传感器的特性项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测二、湿敏传感器的结构及工作原理二、湿敏传感器的结构及工作原理 目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏电阻传感器、陶瓷式湿敏电阻传目前常用的湿敏传感器主要有氯化锂湿敏电阻传感器、陶瓷式湿敏电阻传感器、高分子电容式湿敏传感器等。感器、高分子电容式湿敏传感器等。1.1.氯化锂湿敏电阻传感器氯化锂湿敏电阻传感器 氯化锂
28、湿敏电阻传感器属于电阻式湿敏氯化锂湿敏电阻传感器属于电阻式湿敏传感器，它是利用感湿材料的电阻值随湿度传感器，它是利用感湿材料的电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的。变化的基本原理来进行工作的。氯化锂湿敏元件是采用真空镀膜工艺在氯化锂湿敏元件是采用真空镀膜工艺在玻璃片上镀一层梳状金电极，然后涂一层氯玻璃片上镀一层梳状金电极，然后涂一层氯化锂和聚乙烯醇等配制的感湿胶膜。聚乙烯化锂和聚乙烯醇等配制的感湿胶膜。聚乙烯醇是一种粘合性很强的多孔性物质，它与氯醇是一种粘合性很强的多孔性物质，它与氯化锂结合后，水分子很容易在其薄膜中吸附化锂结合后，水分子很容易在其薄膜中吸附及释放，从而使元件的阻抗发生变化。
29、最后及释放，从而使元件的阻抗发生变化。最后在元件表面涂一层多孔性的保护膜以提高其在元件表面涂一层多孔性的保护膜以提高其抗污染气体（烷类、醇类、酸碱类等）的能抗污染气体（烷类、醇类、酸碱类等）的能力。氯化锂湿敏传感器的结构图见图力。氯化锂湿敏传感器的结构图见图6-96-9所所示。示。图图6-9 6-9 氯化锂湿敏传感器结构示意图氯化锂湿敏传感器结构示意图项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测二、湿敏传感器的结构及工作原理二、湿敏传感器的结构及工作原理2.2.陶瓷式湿敏电阻传感器陶瓷式湿敏电阻传感器 陶瓷式湿敏传感器的结构见图陶瓷式湿敏传感器的结构见图6-
30、6-1010所示。该传感器通常是用两种以上的所示。该传感器通常是用两种以上的金属氧化物半导体在金属氧化物半导体在13001300高温下烧结高温下烧结而成的多孔陶瓷。这些材料有而成的多孔陶瓷。这些材料有ZnO-ZnO-LiO2-V2O5LiO2-V2O5系、系、Si-Na2O5Si-Na2O5系、系、TiO2-TiO2-MgO-Cr2O3MgO-Cr2O3系和系和Fe2O3Fe2O3等，前三种材料的等，前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷，最后一种的电阻率性湿敏半导体陶瓷，最后一种的电阻率随湿度的增大而增大，故称正特性湿敏随湿度的增大而
31、增大，故称正特性湿敏半导体陶瓷。半导体陶瓷。陶瓷式湿敏传感器的热稳定性及抗陶瓷式湿敏传感器的热稳定性及抗污能力很强，并具有工艺简单、成本低污能力很强，并具有工艺简单、成本低、响应快、精度高、测湿范围宽等优点、响应快、精度高、测湿范围宽等优点，但不宜在易燃、易爆的环境中使用。，但不宜在易燃、易爆的环境中使用。图图6-10 6-10 陶瓷湿敏传感器的结构图陶瓷湿敏传感器的结构图 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测二、湿敏传感器的结构及工作原理二、湿敏传感器的结构及工作原理3.3.高分子电容式湿敏传感器高分子电容式湿敏传感器 高分子电容式湿敏传感器基本上
32、是高分子电容式湿敏传感器基本上是一个电容器，其结构图及特性见图一个电容器，其结构图及特性见图6-6-1111所示。它是利用电容两极间的介质随所示。它是利用电容两极间的介质随湿度变化而变化的特性制成的。湿度变化而变化的特性制成的。电容式湿敏元件是在玻璃基片上制作一电容式湿敏元件是在玻璃基片上制作一个电极，在电极上薄薄地涂一层高分子个电极，在电极上薄薄地涂一层高分子薄膜（约薄膜（约1m1m）,在另一个电极涂一层在另一个电极涂一层可透气的金属薄膜。当相对湿度变化时可透气的金属薄膜。当相对湿度变化时，水分子通过两端的电极被高分子薄膜，水分子通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着水分子被吸附或释放吸
33、附或释放，随着水分子被吸附或释放，高分子薄膜的介电系数将发生相应的，高分子薄膜的介电系数将发生相应的变化，所以只要测定电容值就可测得相变化，所以只要测定电容值就可测得相对湿度。电容式湿敏传感器广泛用于食对湿度。电容式湿敏传感器广泛用于食品、纺织、气象、仓库等领域的湿度检品、纺织、气象、仓库等领域的湿度检测。测。图图6-11 6-11 电容式湿敏传感器的结构及特性电容式湿敏传感器的结构及特性 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测三、湿敏传感器的应用三、湿敏传感器的应用1.1.土壤湿度的检测土壤湿度的检测 土壤中是否缺水，单凭观察土壤表土壤中是否缺水，单
34、凭观察土壤表面是否湿润是不科学的。如果有了湿度面是否湿润是不科学的。如果有了湿度检测器，若土壤中缺水就可很直观地显检测器，若土壤中缺水就可很直观地显示出来。如图示出来。如图6-126-12所示为土壤湿度检测所示为土壤湿度检测指示电路。指示电路。如图如图6-136-13所示为土壤湿度简易测试所示为土壤湿度简易测试电路，其中湿敏传感器由埋在土壤中的电路，其中湿敏传感器由埋在土壤中的两个电极组成。两个电极组成。若土壤湿润，土壤的电阻率很小，若土壤湿润，土壤的电阻率很小，两电极间的电阻值很小，场效应管两电极间的电阻值很小，场效应管VT1VT1的栅极相当于接地，栅源间无偏压，的栅极相当于接地，栅源间无偏
35、压，VT1VT1导通，三极管导通，三极管VT2VT2截止，截止，555555时基电时基电路的路的脚输入为低电平，振荡器不工作脚输入为低电平，振荡器不工作，发光二极管，发光二极管VDVD截止不发光。截止不发光。图图6-12 6-12 土壤湿度检测实物连接图土壤湿度检测实物连接图 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测三、湿敏传感器的应用三、湿敏传感器的应用1.1.土壤湿度的检测土壤湿度的检测 当当土土壤壤中中缺缺水水时时，土土壤壤的的电电阻阻率率增增大大，两两电电极极间间的的电电阻阻变变大大，使使得得场场效效应应管管VT1VT1截截止止，三三极极管管VT
36、2VT2导导通通，电电阻阻R4R4上上产产生生较较大大的的电电压压降降，使使555555时时基基电电路路的的脚脚输输入入为为高高电电平平，振振荡荡器器开开始始工工作作，输输出出脉脉冲冲信信号号，发发光光二二极管极管VDVD随着低频脉冲信号闪烁发光，从而提醒人们注意防旱。随着低频脉冲信号闪烁发光，从而提醒人们注意防旱。图图6-13 6-13 土壤湿度的简易测试电路土壤湿度的简易测试电路 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测三、湿敏传感器的应用三、湿敏传感器的应用2.2.录像机的结露检测电路录像机的结露检测电路 录录像像机机在在使使用用过过程程中中若若环
37、环境境湿湿度度比比较较大大或或将将录录像像机机从从较较冷冷的的地地方方移移到到较较暖暖的的地地方方，则则录录像像机机内内就就会会发发生生结结露露现现象象，这这样样会会使使磁磁带带与与走走带带机机构构之之间间的的摩摩擦擦阻阻力力增增大大，造造成成带带速速不不稳稳，甚甚至至会会导导致致磁磁带带拉拉伤伤或或使使磁磁头头受受损而停止转动。图损而停止转动。图6-146-14所示为录像机结露检测电路所示为录像机结露检测电路.图图6-14 6-14 录像机结露检测电路录像机结露检测电路 项目六项目六 气体和湿度的检测气体和湿度的检测任务二任务二 湿度的检测湿度的检测三、湿敏传感器的应用三、湿敏传感器的应用2
38、.2.录像机的结露检测电路录像机的结露检测电路 该电路由结露传感器探测机内的湿度情况，在结露时该电路由结露传感器探测机内的湿度情况，在结露时LEDLED亮，并输亮，并输出控制信号使录像机进入停机保护状态。出控制信号使录像机进入停机保护状态。结露传感器是一种特殊的湿敏传感器，它与一般的湿敏传感器不结露传感器是一种特殊的湿敏传感器，它与一般的湿敏传感器不同之处在于它对低湿不敏感，仅对高湿敏感，主要用来检测物体的表同之处在于它对低湿不敏感，仅对高湿敏感，主要用来检测物体的表面是否附着有水蒸气结成的水滴。面是否附着有水蒸气结成的水滴。电路原理：在低湿的环境中，结露传感器的阻值约为电路原理：在低湿的环境
39、中，结露传感器的阻值约为2K2K，VT1VT1的的基极电位低于基极电位低于0.5V0.5V，VT1VT1处于截止状态；处于截止状态；VT2VT2饱和导通，使其集电极电饱和导通，使其集电极电位低于位低于1V1V。因。因VT3VT3、VT4VT4接成达林顿管，所以接成达林顿管，所以VT3VT3、VT4VT4也截止，结露指也截止，结露指示灯不亮，输出的控制信号为低电平，控制录像机正常工作。示灯不亮，输出的控制信号为低电平，控制录像机正常工作。在湿度太大结露时，结露传感器的电阻值增大到大于在湿度太大结露时，结露传感器的电阻值增大到大于50K50K，VT1VT1的基极电位上升而饱和导通，的基极电位上升而饱和导通，VT2VT2截止，从而使截止，从而使VT3VT3、VT4VT4导通，结露指导通，结露指示灯亮，输出的控制信号为高电平，控制录像机进入停机保护状态。示灯亮，输出的控制信号为高电平，控制录像机进入停机保护状态。