【文章內(nèi)容簡介】 電阻器是用 Fe3O4膠體做成感濕膜涂復(fù)在具有梳狀電極的陶瓷基片上，由 圖 6 Fe3O4膠體濕敏電阻器結(jié)構(gòu)圖 圖 7 Fe3O4膠體濕敏電阻器電阻濕度特性 于 Fe3O4 膠體是由微粒組成 [粒子的直徑約為（ 100～ 250） 108m]，每個(gè)顆粒只有一個(gè)磁疇，因此，同向顆 粒相互吸引結(jié)合，因而不用高分子材料作膠體粘合劑，而能獲得較好的性能和長的使用壽命。圖 6 是 Fe3O4膠體濕敏電阻器結(jié)構(gòu)圖。圖 7 是 Fe3O4濕敏電阻器電阻濕度特性曲線，表現(xiàn)為負(fù)感濕特性。 圖 8負(fù)特性濕敏電阻器時(shí)間常數(shù)曲線 圖 9 濕滯回線和濕滯量 4濕 敏電阻器的特性 （ 1）電阻 濕度特性 濕敏電阻器的阻值隨濕度變化一般是指數(shù)關(guān)系變化。當(dāng)阻值隨相對(duì)濕度的增大而增加時(shí)，稱正的電阻濕度特性，例如碳膜濕敏電阻器；阻值隨濕度的增大而減小時(shí)，稱為負(fù)的電阻濕度特性，如金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻及 Fe3O4 濕敏電阻器，如圖 8所示。 對(duì)于負(fù)電阻濕度特性的濕敏電阻器的靈敏度定義為：α = R1/R2 式中： R1—— 在 25℃ ， 0﹪相對(duì)濕度條件下的電阻值，一般要求 R1在 1MΩ 以下。 R2—— 在 25℃， 95%相對(duì)濕度條件下的電阻值，一般要求幾 kΩ 左右。 值越大，說明元件對(duì)相對(duì)濕度的變化越敏感。 （ 2）時(shí)間常數(shù) 這是衡量濕度電阻器隨濕度的躍變其阻值變化速率的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)相對(duì)濕 度躍變時(shí)，濕敏電阻器的阻值不能立刻達(dá)到終值，而是要經(jīng)過一段時(shí)間。濕敏電阻器的阻值增[鍵入文字 ] 20 加量從零變化到穩(wěn)定增加量的 63% 所需要的時(shí)間 稱為濕敏電阻器的時(shí)間常數(shù)，也成為響應(yīng)速度。圖 9所示的是相對(duì)濕度從 60%變化到 90%時(shí)間常數(shù)的確定。 濕敏電阻器的時(shí)間常數(shù)越小越好。吸濕過程和脫濕過程的時(shí)間常數(shù)不一定相等。吸濕過程為相對(duì)濕度的升高過程，脫濕是相對(duì)濕度降低過程，都是指在定溫條件下的變化過程。 （ 3）滯后效應(yīng) 濕敏電阻器周圍的相對(duì)濕度變化一個(gè)往返周期時(shí)，相應(yīng)的電阻值變化曲線在吸濕和脫濕過程中并不重復(fù)，形成一個(gè)類似磁滯 回線的濕滯環(huán)，如圖 47所示。圖中曲線 1表示從高濕到低濕的變化，曲線 2 表示從低濕到高濕的變化，即為滯后效應(yīng)，通常也稱為“變差”。這種變差越小越好。 、濕敏電容器的工作原理及特性 電容式 Al2O3濕度傳感器是利用多孔 Al2O3 做為感濕膜而制成的濕敏器件。感濕膜的制造工藝可采用厚膜技術(shù)、涂膜技術(shù)和硅 MOS 等技術(shù)。 當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，多孔感濕膜中氣孔壁上所吸附的水分子數(shù)量隨之變化，其電特性不是一個(gè)純電阻，也不是一個(gè)純電容。但目前一般是利用器件的電容隨濕度變化而變化來測(cè)濕的。對(duì)于一個(gè)平行板電容器， 其電容量 C =ε S/4π d ，一個(gè)確定的濕敏元件，電極面積 S 和介質(zhì)厚度 d 是一定的，則電容量 C 只依介電常數(shù)ε隨環(huán)境的變化來確定。當(dāng)多孔 Al2O3 膜吸附水汽時(shí)，ε就成為水、 Al2O3 介質(zhì)和空氣的介電常數(shù)三位一體的綜合參數(shù)。但由于水的介電常數(shù)為 80，遠(yuǎn)大于空氣的介電常數(shù)，因此 C 隨ε的變化主要取決于氣孔中水汽的吸附量，也就是隨環(huán)境濕度而定，因此電容量隨濕度增加而增加，如圖 10 所示的 C濕度特性曲線。 圖 10 多孔 Al2O3濕度傳感器的 CPRH 曲線圖 圖 11 醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件 1．高分子薄膜； ； 濕敏電容器的感濕特性與測(cè)試頻率有關(guān)．當(dāng)頻率較低時(shí)，電容雖隨濕度的變化更為明顯。同時(shí)膜的厚度 d 越小越外。另外，由于 Al2O3，膜 氣孔不規(guī)則，分布不均勻，會(huì)有局部聚集水分，因而器件有 — 定滯后效應(yīng)。 利用某些高分子材料也可以制成電容式濕度傳感器，主要利用它的吸濕性與脹縮性。某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)明顯地改變，制成電容式濕度傳感器。圖 49su是高分子薄膜式電介質(zhì)電容式濕度傳感器的基本結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)薄膜采用于涸后成膜的醋酸纖維素，梳狀電極為蒸鍍上的金膜層。除醋酸纖維素外，酷酸纖維素或硝化纖維素也是較好的電介質(zhì)材料。 4 溫度控制電路的設(shè)計(jì) [鍵入文字 ] 21 溫度檢測(cè)電路： 該電路利用熱敏電阻在不同的溫度環(huán)境下有不同的阻值的特性。將熱敏電阻放置在大棚的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如四個(gè)角、中央、門旁。當(dāng)外界溫度變化超過規(guī)定范圍時(shí)，電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)溫控。在方案電路中 IC1 為單電源工作的四電壓比較器，通過比較器 IC1 IC1 IC1 IC14 四個(gè)電壓比較器可以將大棚溫室的四個(gè)角的溫度 、濕度很好的測(cè)量出來，從而確定是不是需要對(duì)電路進(jìn)行加熱、通風(fēng)等一系列的工作操作。該檢測(cè)電路如下圖 12 所示： 圖 12 溫度檢測(cè)電路 在溫度檢測(cè)電路中，我們需要 40V的直流電壓 ,通過 40V 的支流電壓提供給電路中各個(gè)元器件使其正常工作 ,在電路中我們利用了 M51920 作 為我們溫度檢測(cè)電路中的比較器， M51920 是單電源工作的電壓比較器， 當(dāng)電壓通過 R104,取自 R105 的電壓分別引入兩個(gè)比較器，然后去和標(biāo)準(zhǔn)電壓比較。 根據(jù)我們?nèi)蝿?wù)書中電路的設(shè)計(jì)要求，我們需要檢測(cè)到溫室大棚四個(gè)腳的電路 我們可以將 IC1— 1 比較器中設(shè)置基準(zhǔn)電壓 , 設(shè)置單電源電壓比較器 IC1— 1 的反向輸入基準(zhǔn)電壓為 ,首先確定分壓電阻R105=15K 然后利用 串 聯(lián)電路的分壓原理，得到該分路中電流大約為： I=20V/15K= 在電源電路電壓為 40V的情況下，電阻 R103 的阻值如下式可以得到： I=40V/(R103+R104) =40/(R103+15K) 得到電阻： R103= 為了更好的 調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓的阻值我們采用可變電阻器，選用 10K 的可變電阻器 ，此時(shí)熱敏電阻的溫度范圍大約在 30℃ 。 在電路 IC1— 2 中， 設(shè)置單電源電壓比較器 IC1— 2 的反向輸入基準(zhǔn)電壓為 20V,在分壓電路中我們統(tǒng)一確定分壓電阻的阻值為 15K，在電路中我們利用串聯(lián)分壓電路的特性可以確定熱敏傳感器的電阻值： RT= 通過查熱敏電阻的特性，我們可以去定溫度范圍 在 15℃ 左右， 原理 如下： 在 IC1— 1 中基準(zhǔn)電壓 U_＝ ，溫度低于 30℃ 時(shí)，由于熱敏電阻阻值隨溫度增[鍵入文字 ] 22 高而降低從而是 R105 所分擔(dān)的直流電源電壓減少 ,所以比較電路 IC1— 1 輸出低電平。當(dāng)溫度升高超過 30℃ 時(shí)，由于隨著溫度的升高 ,此時(shí)熱敏電阻的阻值降低 ,從而是 R105所分擔(dān)的電壓升高此時(shí)在此時(shí) IC1— 1 電路比較器中 ,U+＞ ，所以 IC1— 1 發(fā)生跳變，輸出高電平。 而在 IC1— 2 中，由于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓為 20V,所以當(dāng)基準(zhǔn)電壓 U+＞ 20V，此時(shí)溫室大棚內(nèi)的溫度大于 15℃時(shí)，從而熱敏電阻的阻值降低 ,比較器 IC1— 2 輸出低電平。當(dāng)溫度降至低于 15℃時(shí)，熱敏電阻的阻值升高 ,從而使 R105 所分擔(dān)的電壓減少 ,導(dǎo)致 U_＜20V，所以此時(shí) IC1— 2 發(fā)生跳變，輸出一個(gè)高電平。 在圖 12 溫度檢測(cè)電路（ 2）的工作原理溫度檢測(cè)電路（ 1）的原理相似，電壓 取自R503 的電壓然后分別引入兩個(gè)比較器，去和標(biāo)準(zhǔn)電壓比較。 在 IC13（ IN IN3+、 OUT3）中基準(zhǔn)電壓 U+=22V，溫度高于 20℃，低于 25℃，時(shí)， IC21輸出低電平。當(dāng)溫度降低過 20℃時(shí)，此時(shí) U22V， IC2— 1發(fā)生跳變．輸出高電平，加熱電路工作。 而在 IC1— 4（ IN IN4+、 OUT4）中，基準(zhǔn)電壓 U=24V．溫度小于 25℃時(shí)，比較器 IC2— 2 輸出低電平。當(dāng)溫度升高超過 25℃時(shí)， U+24V， IC22 發(fā)生跳變，輸出一個(gè)高電平，使換氣電路工作。 加熱、換氣電路： 在此電路中我們?cè)O(shè)定了溫度的值在 20～ 25℃，當(dāng)溫度在 20～ 25℃范圍內(nèi)的時(shí)候，此時(shí)加熱電路、換氣電路處于斷路狀態(tài)，不工作，當(dāng)溫度低于 20～ 25℃于這個(gè)規(guī)定 值時(shí)，加熱電路開始動(dòng)作： 在加熱電路中我們?cè)O(shè)置 E點(diǎn)在 18℃ 的電壓為 ，在 21℃ 的 E 點(diǎn)的電壓為 ， 在電路中利用 R506 的阻值為 10K 則 3V=RP202*(RP202+R506) 得到 RP202= 為了更好的調(diào)節(jié)溫度我們選擇 RP202DE 阻值為 4K,同理換氣電路中在 F 點(diǎn)利用電路的分壓特性，確定其參數(shù)在 18℃ 時(shí)候， F點(diǎn)的電壓為 ,在溫度為 21℃ 時(shí)候 F點(diǎn)的電壓為 ，所以利用分壓電路可以得到分壓電阻在 2K 左右，在這里我們選擇可變電阻器的阻值為4K， 當(dāng)溫室大棚中溫度高于 20～ 25℃ 的時(shí)候，此時(shí)換氣電路開始工作，在此電路中加熱電路和換氣電路都自生的供應(yīng)電源，電路中都應(yīng)用了芯片 MAC94A4，在加熱電路中，溫度值可以通過調(diào)節(jié) RP 501 可粗調(diào)加熱的跳變溫度。 當(dāng)溫度在 20～ 25℃范圍內(nèi)。加熱、換氣電路不工作，當(dāng)溫度低 于或高于這個(gè)規(guī)定值時(shí)，電路動(dòng)作。 調(diào)節(jié) RP501可 粗調(diào)加熱的跳變溫度。加熱裝置可用壁掛式電熱毯或電爐子，換氣裝置可選用換氣扇。電路如下圖 13: [鍵入文字 ] 23 圖 13 加熱、換氣電路 溫度報(bào)警電路組成與原理 溫度報(bào)警電路主要由或門電路、振蕩電路 功率 放大電路三部分組成。在本設(shè)計(jì)中三部分電路原理如下所示： (1) 或門電路：或門電路圖如下圖 14 所示： 圖 14 或門電路 或門電路由 R40 R40 VD40 R40 R40 VD402 幾個(gè)器件組成，在電路中用到了穩(wěn)壓管 ,穩(wěn)壓管 VD403 的作用是提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓 , 我們?cè)O(shè)定電路中穩(wěn)壓管部分的基準(zhǔn)電壓 在溫度為 35℃ 時(shí)候?yàn)?；在溫度為 21℃ 時(shí)候電壓為 0V,通過設(shè)計(jì)我們可以知道利用電阻 R404 與 R402 來對(duì)二極管進(jìn)行分壓，計(jì)算得到 R404 與 R402 均可采用 10K 的電阻來完成。 同時(shí) 在活門電路中穩(wěn)壓管 還能對(duì) 電壓進(jìn)行有效的補(bǔ)償 ,此電路中 VD403 就是對(duì)或門輸出