成分测量传感器课件.ppt
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1、第13章 成分测量传感器 成分量的测量在现代测试技术中占有相当重要的地位,常见的成分量主要有湿度、浓度、气体成分及含量等等 。13.1 湿度及其测量湿度及其测量1 湿度与露点1)湿度 湿度是指大气中水蒸气的含量,即空气的干湿程度。通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法来表示。绝对湿度是单位大气中所含水蒸气的绝对含量或者浓度(或密度),其单位为g/m3,一般用符号AH表示;相对湿度是指被测气体中的水蒸气压和该气体在相同湿度下饱和水蒸气压的百分比,一般用符号%RH表示。2)露点降低温度可以使未饱和水蒸气变成饱和水蒸气,即湿度达到100%RH。露点就是使大气中原未饱和水蒸气变成饱和水蒸气所需要降低的温度
2、,而露点跟大气中水蒸气的含量有关。2 湿度传感器及分类图图13-1 湿度传感器的类型湿度传感器的类型 3 常见水分子亲和力型湿度传感器的工作原理1)电解质湿度传感器 传感器中湿敏材料电解质溶液中离子的导电能力与溶液浓度成正比,即当传感器置于某湿度环境下,如果环境相对湿度较高,则湿敏材料将吸收水分从而使溶液浓度降低,使电解质溶液导电能力降低,因此使湿敏材料电阻率增高;反之,如果环境相对湿度较低,则环境将从湿敏材料中吸收水分从而使溶液浓度升高,使电解质溶液导电能力增大,因此使湿敏材料电阻率降低。 2)MOS陶瓷湿度传感器 当水分子吸附在MOS半导体上时,使半导体陶瓷表面层电阻值发生变化。由于氧化物
3、材料的不同,半导体陶瓷湿敏元件分为负特性湿敏半导瓷和正特性湿敏半导瓷。3)MOS膜式湿度传感器 通过一定方式喷撒或涂敷在陶瓷基片上的MOS膜式湿敏元件(瓷粉)的阻值随湿度的变化相当剧烈。无论是负特性湿敏瓷粉还是正特性湿敏瓷粉,其阻值总是随湿度的增高而急剧下降。即MOS膜式湿敏元件具有负特性。只要能测得MOS膜式湿度传感器中湿敏元件的阻值,即可测得湿敏元件所处环境的湿度。4)高分子湿度传感器 高分子湿度传感器重要是利用具有感湿特性的高分子聚合物的迅速吸湿和脱湿能力而作成的湿度传感器。 (1)高分子电容式湿度传感器图图13-2 高分子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器(2)高分子电阻式湿度传感
4、器 高分子电阻式湿度传感器主要使用高分子固体电解质材料做成感湿膜,由于膜中的可动离子而产生导电性,随湿度的增加,其电离作用增强,使可动离子的浓度增大,电极之间的电阻值减小。当湿度减小时,其电离作用减弱,使可动离子的浓度减小,电极之间的电阻值增大。这样,湿度传感器对水分子的吸附和释放情况,可根据电极间阻值的变化检测出来,从而测得相应的湿度。(3)石英振动式湿度传感器在石英晶体片的表面涂敷高分子膜,当膜吸附或释放水分子时,膜的重量变化而使石英晶体片的振荡频率发生变化,不同的频率代表了高分子膜吸附不同的水分子含量,因此,可以通过测出石英晶体片的振荡频率来测得相对应的湿度。4 常见非水分子亲和力型湿度
5、传感器的工作原理 1)微波式湿度传感器微波式湿度传感器的工作原理如图13-3所示。 图图13-3 微波式湿度传感器的工作原理图微波式湿度传感器的工作原理图2)热敏电阻式湿度传感器热敏电阻式湿度传感器由两个特性完全相同的热敏电阻R1、R2与R0及Rp组成电桥。其中R2作为温度补偿元件封入一个小盒内,而R1用来作为湿敏检测元件。当有电流通过热敏电阻时,热敏电阻会发热。 工作开始前,在湿度为零的条件下(实际中常常是在干燥的空气情况下)对电桥进行调零。工作时,使R1跟被测空气接触,由于空气中水分子含量的不同,相应的其热传导率就会发生变化,则R1的阻值会相应的发生变化,从而电桥失去平衡,输出不平衡电势U
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