1、传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测n学习目标：学习目标： 使学生认识、了解湿敏传感器；了解湿敏传感器的工使学生认识、了解湿敏传感器；了解湿敏传感器的工作原理和特性。能分析应用电路。作原理和特性。能分析应用电路。 n学习重点：学习重点： （1）湿敏传感器的基本工作原理；）湿敏传感器的基本工作原理； （2）湿敏传感器的应用。）湿敏传感器的应用。n 学习难点：学习难点： 湿敏传感器的基本工作原理。湿敏传感器的基本工作原理。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测任务提出：任务提出： 在工农业生产和人们的日常生活中，
2、对湿度都在工农业生产和人们的日常生活中，对湿度都有严格的要求。例如在集成电路制造车间，由于湿有严格的要求。例如在集成电路制造车间，由于湿度与静电电荷有直接的关系，要求低湿度环境；粮度与静电电荷有直接的关系，要求低湿度环境；粮仓必须保持干燥的环境，否则粮食容易霉变；仓必须保持干燥的环境，否则粮食容易霉变；空调空调系统除了调节温度以外，还要控制相对湿度在一定系统除了调节温度以外，还要控制相对湿度在一定的范围内，才使人感觉舒适；浴室的湿度很大，但的范围内，才使人感觉舒适；浴室的湿度很大，但其中的镜面如果有水气，则无法发挥其功能。其中的镜面如果有水气，则无法发挥其功能。因此因此湿度的检测和控制是非常重
3、要的。湿度的检测和控制是非常重要的。 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测资讯资讯 湿度传感器是基于某些材料能产生与湿度有关的物湿度传感器是基于某些材料能产生与湿度有关的物理效应或化学反应，将湿度的变化转换成某个电量的变理效应或化学反应，将湿度的变化转换成某个电量的变化的器件。按输出电量可以分为电阻型、电容型和频率化的器件。按输出电量可以分为电阻型、电容型和频率型等；按敏感材料的性质可分为电解质型、陶瓷型、有型等；按敏感材料的性质可分为电解质型、陶瓷型、有机高分子型、半导体型等。机高分子型、半导体型等。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室
4、环境湿度的检测浴室环境湿度的检测相关概念相关概念1湿度：是指大气中水蒸气的含量，常用绝对湿湿度：是指大气中水蒸气的含量，常用绝对湿度、相对湿度和露点等表示。度、相对湿度和露点等表示。2绝对湿度：指单位体积空气中含有水蒸气的重绝对湿度：指单位体积空气中含有水蒸气的重量，单位为量，单位为g/m3。3相对湿度：被测气体中蒸气压和该气体在相同相对湿度：被测气体中蒸气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压比值的百分比，无量纲。相温度下饱和水蒸气压比值的百分比，无量纲。相对湿度表示大气的潮湿程度，被广泛使用。对湿度表示大气的潮湿程度，被广泛使用。4露点：指具有某湿度值的气体在压力保持一定露点：指具有某湿度值的
5、气体在压力保持一定的条件下进行冷却，这时包含在气体中的水蒸气的条件下进行冷却，这时包含在气体中的水蒸气饱和凝缩进而结成露，此时的温度称为露点。饱和凝缩进而结成露，此时的温度称为露点。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测常用湿敏电阻外形图传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测常用湿敏电容传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测一、高分子电阻湿敏传一、高分子电阻湿敏传感器：感器：1、结构示意图：如右图结构示意图：如右图所示。所示。2、组成：由感湿层、电、组成：由感湿层、电极
6、和具有一定机械强度的极和具有一定机械强度的绝缘基片等组成。绝缘基片等组成。3工作原理：高分子电工作原理：高分子电解质感湿材料吸收水分后解质感湿材料吸收水分后引起两电极间电阻的变化，引起两电极间电阻的变化，将相对湿度的变化转换成将相对湿度的变化转换成电阻阻值的变化。电阻阻值的变化。电阻湿敏传感器结构示意图1-感湿层 2-电极 3-基片传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测二、高分子电容湿敏传感器：二、高分子电容湿敏传感器：电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。这类随湿度变化的原理
7、进行湿度测量的传感器。这类湿敏元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电湿敏元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电常数随湿度而变化的薄片状电容器。吸湿件电介常数随湿度而变化的薄片状电容器。吸湿件电介质材料质材料(感湿材料感湿材料)主要有高分子聚合物主要有高分子聚合物(例如乙例如乙酸酸丁酸纤维求和乙酸丁酸纤维求和乙酸丙酸纤维素丙酸纤维素)和金属氧化和金属氧化物物(例如多孔氧化铝例如多孔氧化铝)等。等。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测工作原理工作原理：当环境相对湿当环境相对湿度增大时，环境气氛中的度增大时，环境气氛中的水分子沿着电极的毛细微水分子沿着电极
8、的毛细微孔进入感湿膜面被吸附，孔进入感湿膜面被吸附，使两块电极之间的介质相使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水对介电常数大为增加（水的相对介电常数为的相对介电常数为80），），所以电容量增大。而感湿所以电容量增大。而感湿膜只有一层呈微孔结构的膜只有一层呈微孔结构的薄膜，因此吸湿和脱湿容薄膜，因此吸湿和脱湿容易。因此这类传感器的响易。因此这类传感器的响应速度快。应速度快。电容湿敏传感器结构示意图 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测半导体陶瓷湿敏传感器结构示意图a）吸湿单元；b）卸去外壳后的结构；c）外形图；d）局部结构图1-引线；2-多孔性电
9、极；3-多孔陶瓷；4-底座；5-镍铬加热丝；6-外壳；7-引脚；8-气孔半导体陶瓷湿敏传感器半导体陶瓷湿敏传感器传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测组成：由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，组成：由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，再焊出引线；外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引再焊出引线；外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引出；把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成的。出；把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成的。工作原理：当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶工作原理：当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶瓷吸湿，电阻值随之变化。为了防止电阻极化，瓷吸湿，电阻值随之变化。为了防止电
10、阻极化，测量时必须是交流。另外，在高温、高湿环境下，测量时必须是交流。另外，在高温、高湿环境下，要定期加热清洗，使传感器恢复性能。要定期加热清洗，使传感器恢复性能。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测湿敏传感器的使用湿敏传感器的使用一、电源选择：一、电源选择：湿敏电阻必须工作在交流回路中。若用直流供电，会引起多孔陶瓷表面结构改变，湿敏特性变劣；若交流电源频率过高，由于元件的附加容抗而影响测湿灵敏度和准确性。因此应以不产生正、负离子积聚为原则，使电源频率尽可能低。对于离子导电型湿敏元件，电源频率一般以1kHz为宜。对于电子导电型湿敏元件，电源频率应低于
11、50Hz。二、线性化处理：二、线性化处理：一般湿敏元件的特性均为非线性，为准确地获得湿度值，要加入线性化电路，使输出信号正比于湿度的变化。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测湿敏传感器的使用湿敏传感器的使用三、测量湿度范围：三、测量湿度范围：电阻式湿敏元件在湿度超过95RH时，湿敏膜因湿润溶解，厚度会发生变化，若反复结露与潮解，特性将变坏而不能复原。电容式湿敏元件在80RH以上高湿及100RH以上结露或潮解状态下，也难以检测。另外，不能将湿敏电容直接浸入水中或长期用于结露状态，也不能用手摸或用嘴吹其表面。四、温度补偿：四、温度补偿：通常氧化物半导体陶
12、瓷湿敏电阻温度系数为0.10.3，在测湿精度要求高的情况下必须进行温度补偿。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测决策与计划决策与计划 浴室中的水蒸气很大，会使其中的镜子功能丧失，当浴室的湿度达到一定程度时，镜面会结露，表面一层雾气，市场上没有所谓的不结露镜面，而是都要安装镜面水汽清除器。 一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选用高分子湿度传感器，这类精度高，稳定性好。在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度传感器，这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使性能恢复。 由于浴室的特定环境，结合湿敏传感器的相关知识
13、，选用结露型传感器为主要器件制作浴室镜面水汽清除器。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测电容湿度传感器应用电路实施实施传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测 B为结露控制器HDP-07型结露传感器，用来检测浴室内空气的水汽。VT1和VT2组成施密特电路，它根据结露传感器感知水汽后的阻值变化，实现两种稳定的状态。当玻璃镜面周围的空气湿度变低时，结露传感器阻值变小，此时VTl的基极电位约0.5V，VT2的集电极为低电位，VT3和VT4截止，双向晶闸管不导通。如果玻璃镜面周围的湿度增加，使结露传感器的阻值增大到时，
14、VT1导通，VT2截止，其集电极电位变为高电位，VT3和VT4均导通，触发晶闸管VS导通，加热丝通电，使玻璃镜面加热。随着镜面温度逐步升高，镜面水汽被蒸发，从而使镜面恢复清晰。加热丝加热的同时，指示灯VD2点亮。调节的阻值，可使加热丝在确定的某一相对湿度条件下开始加热。 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测1.控制电路控制电路 控制电路的电源由控制电路的电源由 降压，经整流、滤波和降压，经整流、滤波和VD3稳压后供给稳压后供给 。2.使用时，通过改变电阻的阻值，可使加热器的使用时，通过改变电阻的阻值，可使加热器的通、断预先确定在某相对温度范围内通、断
15、预先确定在某相对温度范围内 3C传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测总结调试总结调试1元件开始通电工作时元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加其电导率也急剧增加 1分钟后达到稳定分钟后达到稳定,这时方可正常使用这时方可正常使用,这段变化在设计电路时这段变化在设计电路时可采用延时处理解决。可采用延时处理解决。2加热电压的改变会直接影响元件的性能加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围所以在规定的电压范围内使用为佳。内使用为佳。3负载电阻可根据需要适当改动负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度。
16、不影响元件灵敏度。4环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响,当元件在精密仪当元件在精密仪器上使用时器上使用时,应进行温湿度补偿应进行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻最简便的方法是采用热敏电阻补偿之。补偿之。5避免腐蚀性气体及油污染避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网。网。6使用条件使用条件:温度温度-1535;相对湿度相对湿度4575%RH;大气压力大气压力80106KPa。 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 浴室环境湿度的检测浴室环境湿度的检测检查与评价检查与评价1、一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选择高分子湿度传感器。这类传感器精度高，稳定性择高分子湿度传感器。这类传感器精度高，稳定性好。好。2、在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度、在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度传感器。这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去传感器。这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使性能恢复。性能恢复。
