第10章-气、湿敏传感器分析课件.ppt

1、第十章第十章 气、湿敏传感器气、湿敏传感器10-1 半导体气敏传感器半导体气敏传感器一、概述随着科学技术的发展，生产规模不断扩大，被人们所利用的气体原料和在生活、工业上排放出的气体种类、数量都日益增多。这些气体中，许多都是易燃、易爆(例如氢气、煤矿瓦斯、天然气、液化石油气等)或者对于人体有毒害的(例如一氧化碳、氟里昂、氨气等)。它们若泄漏到空气中就会污染环境，影响生态平衡，并可能会产生爆炸、火灾及使人中毒等灾害性事故。为了确保安全，防患于未然，须对各种可燃性气体、有毒性气体进行定量分析和检测。气敏元件就是能感知环境中某种气体及其浓度的一种器件。气体传感器能将气体种类及其与浓度有关的信号转换成电

2、信号(电流或电压)。根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况相同的有关信息，从而可以进行检测、监控、报警。一、概述气体检测方法很多，其中半导体气敏传感器具有使用方便、费用低廉、性能稳定、灵敏度高、可把气体浓度转换成电量输出等优点，故得到了广泛应用。(一)半导体气敏传感器的分类(1)半导体气敏传感器按其物理性质分为：表面型：利用半导体材料的表面吸附效应，根据半导体表面电阻变化来检测各种气体的传感器。体型：利用半导体与气体间的相互作用，使半导体内部晶格组成状态发生变化而导致电导率变化的传感器。一、概述(2)半导体气敏传感器按转换形式分为：电阻式：气体接触半导体时，使其电阻值发生变化

3、的气敏传感器。非电阻式：当气体接触MOS场效应管或金属-半导体结型二极管时，前者的阈值电压和后者的整流特性(电容C-电压V特性)发生变化的气敏传感器。(二)气敏传感器的材料l气敏电阻的材料不是通常的锗或硅，而是金属氧化物，制作上也不是通过锗或硅掺入杂质形成杂质半导体，而是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为：一、概述i.N型如氧化锡(SnO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化锌(ZnO)，WO2等。ii.P型如氧化钴(CoO)、氧化铅(PbO)、氧化铜(CuO)、NiO等。l实验证明，在上述氧化物半导体材料中，掺入适量的添加物作为催化剂，如钯(Pd)、铂(Pt)、钛(Ti)、银

4、(Ag)等，可提高对某些气体的选择性和灵敏度。l在诸多半导体中，用SnO2制成的气敏电阻有很多优点，故应用最为广泛，其特点为：1)气敏元件的阻值随检测气体浓度按指数关系变化，因此适宜测量低浓度的气体。一、概述2)SnO2的物理、化学性能稳定、寿命长、耐腐蚀。3)SnO2对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短，可连续长时间使用。4)元件结构简单，成本低，可靠性高，机械性能好。5)被检测气体浓度可通过元件电阻的变化直接转换为电信号，且灵敏度高，因此信号处理不用放大器或不需高倍数放大电路就可实现。l 由于SnO2具有上述特点，因此是目前生产量最大，应用范围最广泛的一种气体敏感元件。本节以SnO2气

5、敏元件为主做以介绍。二、SnO2气敏元件的工作原理目前采用很多种半导体材料制备出不同结构类型的半导体气敏器件，其晶粒间界结构复杂，催化剂和添加剂在多晶氧化物半导体中的分布情况也是非常复杂的。又由于被测气体对象不同，因此其工作机理也不同。对此进行完整统一的解释是比较困难的。烧结型SnO2气敏器件是表面电阻控制型气敏器件。制备器件的气敏材料是N型SnO2材料晶粒形成的多孔质烧结体，其结合模型可用图10-1表示。在晶体组成上，锡或氧往往偏离化学计量比，在晶体中如果氧不足，将出现两种情况：一是产生氧空位；另一种是产生金属间隙原子。二、SnO2气敏元件的工作原理根据晶粒接触面势垒模型和吸收效应模型分析，

6、其晶粒接触界面存在电子势垒，其接触部(或颈部)电阻对器件电阻起支配作用。显然，这一电阻主要取决于势垒高度和接触部形状，亦即主要受表面状态和晶粒直径大小等的影响。氧吸附在半导体表面时，吸附的氧分子从半导体SnO2表面夺取电子，形成受主型表面能级，从而使表面带负电，成为负离子吸附，即电子的电荷量吸附氧；式中：eOOeO221二、SnO2气敏元件的工作原理由于氧吸附力很强，因此，SnO2气敏器件在空气中放置时，其表面总是会有吸附氧的，其 吸 附 状 态 可 以 是 等等，均是负电荷吸附状态，使接触晶界电子势垒高度升高，如图10-2(a)电子势垒从虚线升至实线，使SnO2表面区载流子浓度下降，器件电阻

7、升高。22OOO、二、SnO2气敏元件的工作原理当SnO2气敏器件接触还原性气体如H2、CO等时，被测气体则同吸附氧发生反应，即eOHHO22减少了O-的密度，吸附的气体分子将向SnO2注入电子。形成正离子吸附，电子势垒高度降低，如图10-2(b)所示，从而器件阻值降低。根据吸附气体产生能级模型分析，暴露于大气中的N型氧化物半导体SnO2。其表面总是吸附着一定量的电子施主(如氢原子)或电子受主(氧原子)，由此能组成与半导体内部进行电子交换的表面能级，并形成位于表面附近的空间电荷层。该表面能级相对于半导体本身费米能级的位置，取决于被吸附气体的亲电性。二、SnO2气敏元件的工作原理如果亲电性高(即

8、氧化性气体)，产生的表面能级将位于费米能级上方，如图10-4(a)所示，被吸附分子从空间电荷吸取电子而成为负离子吸附在半导体表面，使空间电荷层宽度增加(d)，势垒高度增加()，其结果是空间电荷层内由于电子载流子密度降低(导电电子减少)，电导率相应减少。二、SnO2气敏元件的工作原理如果被吸附气体的亲电性低(即还原性气体)，如图l0-4(b)所示，被吸附分子向空间电荷区域提供电子而成为正离子吸附在半导体表面，则空间电荷层宽度将减少(d)，势垒高度降低()，空间电荷层内由于电子载流子密度增加，使电荷层的电导率相应增加。因此，通过改变气体在半导体表面的浓度，空间电荷区域的电导率就可以得到调制。二、S

9、nO2气敏元件的工作原理添加增感剂(如钯Pd)可以起催化作用，从而促进上述反应过程，提高器件的灵敏度。这时H2在Pd表面上分解成氢离子，然后与器件表面的氧O-发生吸附反应。增感剂作用如图10-3 (b)所示。二、SnO2气敏元件的工作原理由实验和理论分析可知：1)SnO2对不同气体具有不同的气敏效应。吸附还原性气体时电导率升高，而吸附氧化性气体时其电导率降低。这种阻值变化情况如图10-5所示。二、SnO2气敏元件的工作原理2)SnO2中添加物对气敏效应有明显的影响。表10-1列出了不同添加物对SnO2气敏元件气敏效应的影响。二、SnO2气敏元件的工作原理3)烧结温度和加热温度对气敏特性有明显的

10、影响。图10-6(a)、(b)分别为烧结温度为600oC和400oC时SnO2(添加ThO2)的气敏特性。由图10-6(a)可以看出，工作加热温度在170200oC范围内，H2的灵敏度曲线(灵敏度用输出电压表示)呈抛物线状，而对CO，改变工作加热温度，其灵敏度曲线则没有多大变化。因此利用这一特性可以检测H2。如果烧结温度为400oC，工作加热温度为200oC，则对CO可进行选择性检测，如图10-6(b)所示。三、SnO2气敏元件的结构和参数(一)结构lSnO2气敏元件主要有烧结型、薄膜型、厚膜型三种类型。烧结型SnO2气敏元件是目前工艺最成熟、使用最广泛的气敏元件。l烧结型SnO2气敏元件是以

11、多孔质陶瓷SnO2为基材(粒度在1m以下)，添加不同物质，采用传统制陶方法，进行烧结。烧结时埋入测量电极和加热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在管座上。在元件工作时须加热到300左右，按其加热方式可分为直热式和旁热式两种。三、SnO2气敏元件的结构和参数1)直热式SnO2气敏元件。直热式元件又称内热式，这种元件的结构示意图如图10-7所示。元件管芯由三部分组成：SnO2基体材料，加热丝、测量丝，它们都埋在SnO2基材内。工作时加热丝通电加热，测量丝用于测量元件的阻值。三、SnO2气敏元件的结构和参数l直热式SnO2气敏元件的优点是：制作工艺简单、成本低、功耗小，可以在高回路电压下使用。l

12、直热式SnO2气敏元件的缺点是：热容量小，易受环境气流的影响；测量回路与加热回路间没有隔离，互相影响；加热丝在加热和不加热状态的热胀冷缩，易造成接触不良。l国产QN型和MQ型气敏元件，日本弗加罗TGS”109型气敏元件均属于此类。三、SnO2气敏元件的结构和参数2)旁热式SnO2气敏元件。这种元件结构示意图如图10-8所示。其管芯增加了一个陶瓷管，在管内放进高阻加热丝，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂SnO2材料。三、SnO2气敏元件的结构和参数l由于测量极与加热丝分开，加热丝不与气敏元件接触，避免了回路之间的互相影响；加上元件热容量大，减小了环境气氛对元件加热温度影响，并保持了材料结构

13、的稳定性。所以，旁热式气敏元件稳定性和可靠性比直热式有所改进。目前国产QMN5型和日本TGS812、813型气敏元件均采用这种结构。三、SnO2气敏元件的结构和参数(二)主要性能参数1.固有电阻R0和工作电阻Rsl R0表示气敏器件在正常空气条件下(或洁净空气条件下)的阻值，又称正常电阻。Rs表示气敏器件在一定浓度的检测气体中的阻值。2.灵敏度Sl 通常用气敏器件在一定浓度的检测气体中的阻值Rs与正常空气中的阻值R0之比表示灵敏度，即0RRSs三、SnO2气敏元件的结构和参数l由于正常空气条件难以获得，所以，常用两种不同浓度气体中器件电阻之比来表示灵敏度，即的气体中的器件电阻。在检测气体浓度为

14、的气体中的器件电阻；在检测气体浓度为式中：211112)()()()(ccRccRcRcRSssssl另外，为了使用方便，有时用取样电阻的输出电压比或输出电压来表示灵敏度。l烧结型SnO2气敏元件对多种可燃气体和液体蒸气都有敏感性，其灵敏度因气体和液体蒸气的不同而异。图10-9为直热式和旁热式烧结型气敏元件的灵敏度特性曲线。l由图可知：不同气体在同一浓度下的灵敏度不同；同一气体在低浓度时元件的输出特性曲线陡峭，而在高浓度中曲线平缓，并趋于饱和。这表明烧结型SnO2气敏元件在低浓度气体中的灵敏度高，器件电阻变化明显，而在高浓度气体中元件的电阻趋于稳定。因此，它适宜于检测低浓度微量气体，如检查可燃

15、性气体的泄漏、定限报警等。三、SnO2气敏元件的结构和参数3.响应时间trcsl 从器件接触一定浓度的被测气体开始到其阻值达到该浓度下稳定阻值的时间，称为响应时间。它代表气敏器件对检测气体的响应速度。4.恢复时间trccl 从元件脱离检测气体开始到其阻值恢复到正常空气中阻值所需要的时间，称为恢复时间，又称脱附时间。l 实际上，常将气敏元件阻值增量由零变化到稳定值的63所需的时间定义为响应时间trcs，恢复时间trcc亦然。三、SnO2气敏元件的结构和参数5.加热电阻RH和加热功率PH。l 为元件提供工作温度的加热器电阻称为加热电阻RH；气敏元件正常工作时所需的功率称为加热功率PH。这两项指标均

16、越小越好。四、测量电路烧结型SnO2气敏元件基本测量电路如图10-10所示。其中图10-10(a)，(b)为旁热式，图10-10(c)为直热式，电路均由加热回路和测量回路两部分组成，现以田10-10(a)为例说明。四、测量电路图10-10(a)中，UH为加热电压用来给器件加热，Uc为测试回路电压，供给测量回路能量，RL为负载电阻兼作采样电阻。从测量回路可得回路电流为sLccRRUI则测量回路的输出电压Uo和元件电阻Rs为sLLcLcORRRURIULOLcsRURUR五、气敏传感器的应用(一)半导体气敏元件的应用范围l半导体气敏元件具有灵敏度高、响应时间和恢复时间短、使用寿命长、成本低等优点，

17、所以得到广泛的应用。目前应用最广、最成熟的是SnO2，ZnO和r-Fe2O3等烧结型气敏元件。l气敏元件可对某种特定的单一成分气体，如甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)等进行检测，也可对混合气体中的某一种气体做选择性检测，还可作为环境气氛检测，如对某种气体含量的变化的检测，对温度及温度的变化的检测等。利用气敏元件可以做成如下仪器。五、气敏传感器的应用1)检漏仪，又称探测器。它是利用气敏元件的气敏特性，将其作为气一电转换元件，配以相应的电路、指示仪表或声光显示部分而组成的。广泛用于检测可燃性气体的有无及管道和容器的泄漏。2)报警器。当泄漏气体达到某一危险限值时自动进行报警。3)自动控

18、制仪器。利用气敏元件的气电特性进行气电转换，按设定的4)门限值接通其它电路，对被控设备进行自动控制，如换气扇自动换气控制等。五、气敏传感器的应用l这些仪器无实质上的差别，都是利用气敏元件的气敏特性进行气电转换的，只是对元件的性能参数要求不同而已。例如检漏仪亦可实现报警，报警器与被控设备相接，则成为自动控制仪。l这些仪器广泛用于天然气、煤气、液化石油气，一氧化碳，氢气，氧气、氟里昂、烷类气体、醇 类、醚类和酮类溶剂蒸气等的探测和检漏、报警。既可探测上述气体的有无，又可用于容器、管 道的泄漏检测。五、气敏传感器的应用(二)应用实例1气体检漏l图10-11是由QM-N5型气敏元件和与非门电路J、压电

19、蜂鸣器BZ、发光二板管LED和5V电源组成的气体检漏仪原理图。l被检测气体浓度较低时，气敏元件的阻值Rs较大，门J4输出端为低电位，蜂鸣器BZ不通，报警指示灯LED1不亮。l当被测气体浓度达到设定的数值时，敏感元件的阻值Rs下降，门J1输入电位增高，输出为低电位，报警指示灯LED1点燃发光由门J3、J4和R3、C组成的振荡电路使蜂鸣器断续导通并发出断续声响进行声和光报警。五、气敏传感器的应用2家用气体报警器l随着气体和液体燃料在家庭、饭店等场所的广泛应用，泄漏造成的灾害事故不断发生。用半导体气敏元件制造的报警器，给人们带来了安全保障。这种报警器可根据使用气体的类别，安放于容易检测气体泄漏的地方

20、。如丙烷、丁烷气体报警器，安放于气体源附近地板上方20cm以内；甲烷和一氧化碳报警器，安放于气源上方靠近天花板处。一旦泄漏的气体达到危险浓度，便自动发出报警信号。l图10-12是一种最简单的家用气体报警电路。当室内可燃性气体增加时，气敏元件TGS109的阻值Rs随之降低，流经回路的电流增加，当达到一定数值时，可直接驱动蜂鸣器报警。l图10-13为自动换气扇电路图，当室内空气污浊时，烟雾或其它污染气体使 气 敏 传 感 器TGS109的阻值Rs降低，一旦空气污染浓度达到某一数值 时，由 于 电 阻Rw2的压降增大，a点电位增高，晶体管T导通，使继电器J线圈通电工作，常开触点K2闭合，换气扇启动通

21、风换气。10-2 湿敏传感器湿敏传感器一、概述湿度与温度一样，同生产和日常生活密切相关。在人们的生活环境中，如果空气太潮湿或太干燥都会使人感到不适。为了给人们创造舒适的生活环境，相对湿度应控制在5070RH的范围内，所以房间的空调。既要控制温度，也要控制湿度。在国防方面，枪支弹药、军用仪器、武器装备等都不能受潮，必须对军用仓库的温度和湿度进行自功检测和控制。在工业生产中，湿度的测控直接关系列产品的质量，纺织车间、精密仪器设备(数控机床、检测仪器、计算机等)须在一定温度和湿度下使用。此外，湿度测控在气象预报、医疗卫生、食品加工等行业 都有广泛的应用。一、概述在各类敏感器件中，湿度敏感器件的研制和

22、应用仍较为落后。一方面是难以获得具有理想性能的感湿材料，另一方面是湿敏器件工作时必须直接暴露于待测的环境中，工作条件恶劣而 复杂，长期受尘埃及有害气体的浸蚀和温度的影响，器件的性能难以保持长期稳定。所以目前尚无理想的湿敏传感器。一、概述(一)湿度的表示方法l湿度这一概念随被测物质的物理状态不同而有着不同的含义。对气体来讲，是指空气中含有水蒸气的量；对固体来讲，则是指物质中所含水分的百分数。这里主要讨论气体的湿度。l空气可分为干燥空气与潮湿空气两类。理想状态的干燥空气只含有约78%的氮气、21%的氧和约占1%的其它气体成分，而不含水蒸气。如果把潮湿空气看成是理想气体与水蒸气的混合气体。那么它应符

23、合多尔顿分压定律，即潮湿空气的总压应等于该混合气体中各种气体分压之和。所以，设法测量空气中水蒸气的分压，也就等于测出了空气的湿度。由于水蒸气分压目前还无法测量。故常用如下一些参数表征气体的湿度。一、概述1.质量百分比和体积百分比l 质量为M的混合气体中，若含有水蒸气的质量为m，则质量百分比为l 体积为V的混合气体中，若含有水蒸气的体积为v，则体积百分比为l 这两种方法统称为水蒸气百分含量法。%Mm%Vv一、概述2.相对湿度和绝对湿度水蒸气压是指在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气分压p，而饱和蒸气压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值ps，温度越高，饱和水蒸气压越大。在某温度

24、下，其水蒸气压同饱和蒸气压的百分比，称为相对湿度，这是一个无量纲量，记作%RH，即实际应用中，大多使用相对湿度。绝对湿度表示单位体积的空气里所含水蒸气的质量，记作AH，即RHpps%相对湿度)/(2mgVmAH 一、概述3.露(霜)点l 在一定的温度下，空气中所能容纳的水蒸气含量是一定的，超过这个限量，多余的水蒸气就要从气态变成液态而凝结为露珠，即所谓结露。保持压力不变而降低待测气体的温度，气体中水蒸气达到饱和状态时开始结露，这时的温度称为这种气体的露点，常用温度单位表示。含水蒸气量越少，使其饱和而结露所要求的温度(露点)越低，反之亦然。因此露点可以表示气体中含水量(湿度)的大小。露点与相对湿

25、度有对应关系，图10-14表示了温度相对湿度露点的对应关系。一、概述(二)湿敏传感器的分类l 湿敏传感器是能把外界湿度信号转换成电信号的器件。湿敏传感器的分类方法很多。1.按与水分子的亲合力关系可分为水分子亲合力型和非水分子亲合力型。1)水分子亲合力型是利用水分子有较大的偶极矩，易于吸附并渗入固体表面内的特点所制成的湿敏传感器，如陶瓷湿敏元件，高分子和电解质湿敏元件等；2)另一类湿敏传感器与水分子的亲合力毫无关系，称为非水分子亲合力型湿敏传感器，如热敏电阻式、红外线吸收式、微波式湿敏传感器。2.按湿敏传感器测试功能可分为：相对湿度、绝对湿度、结露和多功能传感器；3.按检测方式可分为：电阻、电容

26、，变色和露点湿敏传感器；依据湿敏材料可分为：电解质、高分子、陶瓷、半导体和复合材料湿敏传感器；4.按元件的结构分为：体型、厚膜型、薄膜型湿敏传感器；5.按其量程可分为；低湿型(0.530RH)、中湿型(3070RH)、高湿型(10100RH)和全湿型(0100RH)湿敏传感器；6.按照工作温度范围，又可分为低温(0)、中温(080)，高温(80以上)湿敏传感器。l 目前，使用ZrO2MgO陶瓷湿度传感器可测600左右环境的湿度。二、半导体陶瓷湿敏元件半导体陶瓷湿敏元件是由两种以上氧化物馄合烧结而成的多孔材料。主要包括MgCr2O4TiO2系、TiO2V2O5系、ZnCr2O4LiZnVO4系、

27、ZrO2MgO系陶瓷。金属氧化物构成的多孔陶瓷吸收水分子后，其电阻、电容等性能发生变化。它具有工作范围宽，可检测到lRH的低湿状态以及响应速度快、测量精度高、耐恶劣环境能力强，使用寿命长等优点。所以在生产和应用中占有很重要的地位。二、半导体陶瓷湿敏元件(一)结构原理l烧结型半导体陶瓷多系金属氧化物材料，一般为多孔结构的多晶体，在其形成过程中伴随有半导化过程。其半导化过程通常是通过调整配方，进行掺杂，或通过控制烧结气氛有意造成氧元素过剩或不足而得以实现的。半导化过程的结果，使晶粒中产生了大量的载流子电子或空穴。这样，一方面使晶粒体内的电阻率降低。另一方面又在晶粒之间的界面处形成界面电子势垒，使晶

28、粒界面的电阻率远大于晶粒体内的电阻率，而成为半导体陶瓷材料在通电状态下电阻的主要部分。湿敏半导体陶瓷材料正是由于水分子在其表面和晶粒界面间的吸收所引起的表面和晶粒界面处电阻率的变化，才具有湿敏特性的。大多数半导体陶瓷属于负感湿特性的半导体陶瓷，其阻值随环境(空气)湿度的增加而减小。二、半导体陶瓷湿敏元件l金属氧化物半导体陶瓷材料的多孔结构，使各晶粒之间带有一定的空隙，呈多孔毛细管状。因此，水分子可以通过陶瓷材料中的细孔，在各晶粒表面和晶粒间界上吸附，并在晶粒间界处凝聚。材料的细孔孔径越小，则水分子越容易凝聚，因此，这种凝聚现象就容易发生在各晶粒间界的颈部部位。晶粒间界的颈部接触电阻是陶瓷整体电

29、阻的主要部分，水分在该部位的凝聚，可离解出大量导电的离子，这些离子在水吸附层中就如同电解质溶液中的导电离子一样，担负着电荷运输任务，其结果必将引起晶粒间界处接触电阻明显地下降。当环境湿度增加时，材料的电阻值也随之下降。二、半导体陶瓷湿敏元件lMgCr2O4TiO2半导体陶瓷具有多孔性结构，其气孔率为2540，气孔平均直径约在100300nm范围内。与致密陶瓷相比，多孔陶瓷的表面积显著增大，故其吸湿性强。将其厚度减薄，则可在较短时间内达到吸湿、脱湿的平衡状态，具有使用范围宽，湿度温度系数小、响应时间短等优点。lMgCr2O4TiO2半导体陶瓷湿敏元件的结构，如图所示。l在4mm5mm0.2mm的

30、MgCr2O4TiO2陶瓷片的两面，设置多孔金电极，用引出线与金电极相连。在半导体陶瓷片的外面，安放一个由镍铬丝绕制而成的加热清洗线圈，以便对元件经常进行加热清洗，排除有害气氛对元件的污染，这也是此类湿敏元件的特点。元件安装在一种高度致密的、疏水性的陶瓷底座上。为清除底座上测量电极(元件引线)之间由于吸湿和沾污而引起的漏电，在两引线四周设置了短路环。二、半导体陶瓷湿敏元件(二)性能参数1.湿敏特性l 即湿敏元件的电阻(感湿特征量，如电阻、电容、电流密度等)与相对湿度的关系。MgCr2O4TiO2半导体陶瓷湿敏元件的湿敏特性如图10-16所示。由图可知湿敏元件的感湿下限可达1RH，所以用它可检测

31、整个相对湿度范围，环境湿度在1100RH范围内，元件的阻值变化为104108。2.加热清洗特性l 湿敏元件大都在较恶劣的气氛中工作，环境中的油雾、粉尘以及各种有害气体在元件上的吸附，必将导致器件有效感湿表面积的减小，使元件感湿性能退化，精度下降。为此，在使用过程中，通过对元件进行加热清洗的方法恢复其对水汽的吸附能力。MgCr2O4TiO2湿敏元件的清洗特性如图10-17所示。从A点开始通电加热，到B点断电，加热时间10s，加热温度在400500，加热后器件的阻值约在200s后即可恢复到初始值二、半导体陶瓷湿敏元件3.元件的性能指标(1)湿度量程。湿敏元件能够正常工作时，所允许的相对湿度变化范围

32、理想量程为1100RH。(2)工作温度。在此温度范围内，元件的阻值不随温度变化或变化很小。(3)灵敏度。指一定温度下湿敏元件阻值的变化量(R2-R1)与环境相对湿度变化量(RH2-RH1)之比，即(4)响应时间。反映元件电阻值随相对湿度变化的快慢程度。(5)其它。加在元件上的端电压；吸湿和脱湿时的湿滞回差，寿命和加热清洗的有关指标。1212RHRHRRdRHdRS二、半导体陶瓷湿敏元件(三)MgCr2O4TiO2湿敏元件的应用l湿敏传感器广泛应用于各种场合的湿度监测、控制与报警。在军事、气象、农业、工业、医药及家用电器等方面的应用日益扩大。l图10-18是一种用于汽车驾驶室挡风玻璃的自动去湿装

33、置。l图(a)为挡风玻璃示意图。图中RS为嵌入玻璃的加热电阻丝，H为结露感湿器件，图10-18(b)为所用的电路图。晶体管T1和T2接成施密特触发电路，T1的集电极负载为继电器J的线圈绕组，T2的基极回路电阻为R1、R2和湿敏器件H的等效电阻RP，予先调整好各电阻值，使常温、常湿下T1导通，T2截止。l一旦由于阴雨致使湿度增大而使H的等效电阻RP值下降，当达到某一特定值时，R2与RP并联之电阻小到不足以维持T1导通，由于电路的强正反馈，T2将迅速导通，T1随之截止。T2的集电极负载继电器J的线圈通电，它的常开触点闭合与电源Ec接通，指示灯L点燃，电阻丝Rs通电，使挡风玻璃加热以驱散湿气。当湿度

34、减少到一定程度时，施密特触发电路又翻转到初始状态，指示灯L熄灭，电阻丝Rs断电，这样就实现了自动防湿控制。三、热敏电阻湿度传感器热敏电阻的原理前边已讲过了，它的电阻随温度的变化而变化。热敏电阻湿度传感器是利用潮湿空气和干燥空气的热传导之差来测定湿度的。这种传感器的结构如图10-19所示。它是在两个金属盒中各安装一个热敏电阻，要求两个热敏电阻的特性一致。两个金属盒中，一个有孔，一个未开孔，未开孔的内边充有干燥空气作为补偿元件。三、热敏电阻湿度传感器检测电路为直流电桥，如图10-20所示。图中R1为开孔盒中的热敏电阻，作为检测元件，R2为封闭盒中的热敏电阻，是温度补偿元件，Ra是限流电阻，防止流过桥路的电流过大而使热敏电阻加热。正常情况下流过桥路的电流刚好把热敏电阻加热到约200，当潮湿空气进入开孔盒时，则其中的水分将蒸发，因此带走一部分热量而使该传感器的阻抗发生变化，电桥失去平衡，有电压输出，输出电压表示空气中的绝对湿度。这种传感器不用湿敏功能材料，故不存在滞后误差。它可用于空调机自动控制湿度，还可作为便携式绝对湿度表、直读露点计、水分表、绝对湿度自动记录仪等。三、热敏电阻湿度传感器