湿度传感器ppt课件

1.7湿度传感器,目录,一、简介二、湿度及湿度传感器三、电解质系湿度传感器四、半导体及陶瓷湿度传感器五、有机物及高分子聚合物湿度传感器,电阻式,电阻/电容式,一、简介,湿度测量技术：湿度测量技术发展已有200多年历史；人们对湿敏元件的认识是从1938年美国F.W.Dummore研制成功浸涂式LiCl湿敏元件才开始的，从此以后，已有几十种湿敏元件及传感器应运而生。（可参湿度测量一书）,毛发湿度计,干湿球湿度计,湿度检测的重要性,湿度与科研、生产、人们生活、植物生长有密切关系，环境的湿度具有与环境温度同等重要意义。目前人们对湿度的重视程度远不及对温度的重视。因此湿度测量技术的研究及其测量仪器远不如温度测量技术与仪器那样精确与完善。由于对湿度监测不够精确，致使大批精密仪器与机械装置锈蚀、谷物发霉等，每年因此造成巨大损失。,电容式湿度传感器,二、湿度及湿度传感器,1、湿度及其表示方法2、湿度传感器及其特性参数3、湿度传感器的分类,1、湿度及其表示方法,在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。大气中含有水汽的多少，表示大气的干、湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是表示大气干湿程度的物理量。大气湿度有两种表示方法：绝对湿度与相对湿度。,1)绝对湿度,绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量，其表达式为:,式中：被测空气的绝对湿度MV一被测空气中水汽的质量V被测空气的体积,8,相对湿度是气体的绝对湿度(V)与在同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度(W)之比，常表示为RH其表达式为相对湿度=(V/W)100%RH根据道尔顿分压定律，空气中压强PPa十PV(Pa为干空气分压，PV为湿空气气压)和理想状态方程，又可将相对湿度用分压表示：相对湿度(PV/PW)100%RH式中：PV一待测气体的水汽分压；Pw一同一温度下水蒸汽的饱和水汽压。,2)相对湿度,2、湿度传感器及其特性参数,湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的电量输出的器件式装置。主要特性参数有：湿度量程感湿特征量灵敏度湿度温度系数响应时间湿滞回线和湿滞回差,保证一个湿敏器件能够正常工作所允许环境相对湿度可以变化的最大范围，称为这个湿敏元件的湿度量程。湿度量程越大，其实际使用价值越大。理想的湿敏元件的使用范围应当是0100RH的全量程。,1)湿度量程,2）感湿特征量相对湿度特性曲线,每一种湿敏元件都有其感湿特征量，如电阻、电容、电压、频率等。,感湿特性曲线,湿敏元件的感湿特征量随环境相对湿度变化的关系曲线，称为该元件的感湿特征量相对湿度特性曲线，简称感湿特性曲线。人们希望特性曲线应当在全量程上是连续的，曲线各处斜率相等，即特性曲线呈直线。,二氧化钛-五氧化二钒湿敏器件的感湿特性曲线,灵敏度,斜率应适当，因为斜率过小，灵敏度降低；斜率过大，稳定性降低，这些都会给测量带来困难。,PI电容式湿度传感器湿度特性图,PI电容式湿度变送器输出特性曲线,3）灵敏度,定义：湿敏元件的灵敏度，就其物理含义而言，应当反映相对于环境湿度的变化，元件感湿特征量的变化程度。表示法：直线的斜率。因此，它应当是湿致元件的感湿特性曲线斜率。在感湿特性曲线是直线的情况下，用直线的斜率来表示湿敏元件的灵敏度是恰当而可行的。然而，大多数湿敏元件的感湿特性曲线是非线性的在不同的相对湿度范围内曲线具有不同的斜率。因此，这就造成用湿敏元件感湿特性曲线的斜率来表示灵敏度的困难。,普遍采用的灵敏度的方法,目前，虽然关于湿敏元件灵敏度的表示方法尚未得到统一，但较为普遍采用的方法是用元件在不同环境湿度下的感湿特征量之比来表示灵敏度。如日本生产的MgCr2O4TiO2湿敏元件的灵敏度，用一组电阻比R1%R20%，R1%R40%，R1%R60%，R1%R80%及R1%R100%表示，其中R1%，R20%，R40%，R60%，R80%及R100%分别为相对湿度在1，20，40，60，80及100时湿敏元件的电阻值之比。,4）湿度温度系数,湿敏元件的湿度温度系数是表示感湿特性曲线随环境温度而变化的特性参数。在不同的环境温度下，湿敏元件的感湿特性曲线是不相同的，它直接给测量带来误差。湿敏元件的湿度温度系数定义为；在湿敏元件感湿特征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率。由湿敏元件的湿度温度系数值，即可得知湿敏元件由于境环温度的变化所引起的测湿误差。,MgCr2O4TiO2湿敏元件的温度特性,5）响应时间,响应时间反映湿敏元件在相对湿度变化时输出特征量随相对湿度变化的快慢程度。一般规定：响应相对湿度变化量的63.2时所需要的时间为响应时间。在标记时，应写明湿度变化区的起始与终止状态。人们希望响应时间快一些为好。,K2O一Fe2O3湿度敏感器件的响应特性曲线,6）湿滞回线和湿滞回差,各种湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间各不相同，而且吸湿和脱湿的特性曲线也不相同。一般总是脱湿比吸湿迟后，我们称这一特性为湿滞现象。,Mn3O4-TiO2湿敏器件在80时的湿滞回线,湿滞回线定义：湿滞现象可以用吸湿和脱湿特征曲线所构成的回线来表示，我们称这一回线为湿滞回线。湿滞回差定义：在湿滞回线上所表示的最大量差值为湿滞回差。人们希望湿敏元件的湿滞回差越小越好。,一个理想化的湿敏器件所应具备的性能参数：,使用寿命长，长期稳定性好灵敏度高，感湿特性曲线的线性度好使用范围宽，湿度温度系数小响应时间短湿滞回差小能在有害气氛的恶劣环境中使用器件的一致性和互换性好，易于批量生产器件感湿特征量应在易测范围以内,三、电解质系湿度传感器,无机电解质湿度