【正文】 谷物水分傳感器 紙張水分傳感器 電容水分傳感器 通常檢測介質(zhì)的水分，常使用變介電常數(shù)式電容傳感器。 （ 2） ZnOCr2O3陶瓷濕敏元件 ZnOCr2O3陶瓷濕敏傳感器結(jié)構(gòu) 濾網(wǎng)引線樹 脂 固 封多 孔 金 電 極陶 瓷 燒 結(jié) 元 件塑 料 外 殼 （ 3） 四氧化三鐵 （ Fe3O4） 濕敏器件 引線滑 石 板金 電 極Fe3O4膠粒Fe3O4濕敏元件構(gòu)造 三、 水分傳感器 工作原理 ：只要采用兩個電極把被測介質(zhì)夾緊，或者使兩電極插入介質(zhì)中，通過檢測兩極間的電阻值便可知介質(zhì)的水分含量。 ?陶瓷片氣孔率為 25%～30%，孔徑小于 1181。 從圖 99與圖 910可以看出 ， 當(dāng)相對濕度從0%RH變化到 100%RH時 ， 負(fù)特性材料的阻值均下降 3個數(shù)量級 ，而正特性材料的阻值只增大了約一倍 。 于是 ， 表面電阻將由于電子濃度下降而加大 ， 這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大 。 幾種半導(dǎo)瓷濕敏負(fù)特性 0 20 40 60 80 1 0 0相 對 濕 度 / % R H106105104103電阻 / ?1231 —Z n O —L iO2—V2O5系；2 —S i —N a2O —V2O5系；3 —T iO2—M g O —C r2O3系2. 正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理 正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理的解釋可以認(rèn)為這類材料的結(jié)構(gòu) 、 電子能量狀態(tài)與負(fù)特性材料有所不同 。 由此可見 ， 不論是Ｎ型還是Ｐ型半導(dǎo)瓷 ， 其電阻率都隨濕度的增加而下降 。 它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性 。 如果該半導(dǎo)瓷是Ｐ型半導(dǎo)體 ， 則由于水分子吸附使表面電勢下降 ， 將吸引更多的空穴到達(dá)其表面 ， 于是 ， 其表面層的電阻下降 。 這些材料有 ZnOLiO2V2O5系 、 SiNa2OV2O5系 、 TiO2MgOCr2O3系 、 Fe3O4等 ， 前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降 ， 故稱為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷 ， 最后一種的電阻率隨濕度增加而增大 ， 故稱為正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷 (簡稱半導(dǎo)瓷 )。 它由引線 、 基片 、 感濕層與電極組成 ， 如圖所示 。空氣濕度越小，濕球表面的水分蒸發(fā)越快，濕球溫度降得越多，干濕球的溫差就越大；反之，空氣濕度越大，濕球表面的水分蒸發(fā)越慢，濕球溫度降得越少，干濕球的溫差就越小。當(dāng)濕球因蒸發(fā)而消耗的熱量和從周圍空氣中獲得的熱量相平衡時，濕球溫度就不再繼續(xù)下降，從而出現(xiàn)一個干濕球溫度差。 ?當(dāng)空氣未飽和時，濕球因表面蒸發(fā)需要消耗熱量，從而使?jié)袂驕囟认陆怠? ?它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于10℃ 時使用。利用這一變化即可制造毛發(fā)濕度計(jì)。 ?碳膜及硒膜濕度傳感器 ?金屬氧化物陶瓷濕度傳感器 ?金屬氧化物膜濕度傳感器 ?高分子材料濕度傳感器 ?電解質(zhì)濕度傳感器 ?水晶振子濕度傳感器 水分子親和力型 ?非水分子親和力型傳感器 ?熱敏電阻式濕度傳感器 ?紅外濕度傳感器 ?微波濕度傳感器 ?超聲波濕度傳感器 毛發(fā)濕度計(jì) ?利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器。 通常 ， 對濕敏器件有下列要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好 ， 響應(yīng)時間短 ， 壽命長 ， 有互換性 ， 耐污染和受溫度影響小 等 。 濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化 ， 并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化 ， 將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號的器件 。響應(yīng)時間又分為 吸濕響應(yīng)時間 和 脫濕響應(yīng)時間 。單位是 s。 THH?? 21(%RH/℃ )= 相對濕度 /% H1 H2 H2 感濕溫度系數(shù)示意圖 相對濕度 /% H1 H2 H2 R C T1 T2 T1 T2 25℃ 25℃ (a) 電阻型 (b)電容型 響應(yīng)時間 在一定溫度下，當(dāng)相對濕度發(fā)生躍變時，濕度傳感器的電參量達(dá)到穩(wěn)態(tài)變化量的規(guī)定比例所需要的時間。 感濕溫度系數(shù) ΔT —— 溫度 25℃ 與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； H1—— 溫度 25℃ 時濕度傳感器某一電阻值 (或電容值 )對應(yīng)的相對濕度值； H2—— 另一規(guī)定環(huán)境溫度下濕度傳感器另一電阻值 (或電容值 )對應(yīng)的相對濕度 。 它表示在兩個規(guī)定的溫度下 ， 濕度傳感器的電阻值(或電容值 )達(dá)到相等時 ， 其對應(yīng)的相對濕度之差與兩個規(guī)定的溫度變化量之比 ， 稱為感濕溫度系數(shù) 。 100121 ???TRRR100121 ???TCCCΔ T—— 溫度 25℃ 與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； R1(C1)—— 溫度 25℃ 時濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )； R2(C2)—— 另一規(guī)定環(huán)境溫度時濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )。 感濕特征量隨環(huán)境溫度的變化越小 ， 環(huán)境溫度變化所引起的相對濕度的誤差就越小 。但對于全濕型濕度傳感器，并非靈敏度越大越好，因?yàn)殡娮柚档膭討B(tài)范圍很寬，給配制二次儀表帶來不利，所以靈敏度的大小要適當(dāng)。 其定義是在某一相對濕度范圍內(nèi) ， 相對濕度改變 1％ RH時 ， 濕度傳感器電參量的變化值或百分率 。對于這種濕敏電阻器，低濕時阻值不能太高，否則不利于和測量系統(tǒng)或控制儀表相連接。有的濕度傳感器的電阻值隨濕度的增加而增大，這種為 正特性濕敏電阻器 ，如 Fe3O4濕敏電阻器。 感濕特征量 —— 相對濕度特性 每種濕度傳感器都有其感濕特征量，如電阻、電容等，通常用電阻比較多。 ?濕度傳感器的 特點(diǎn) ： – 可以集中進(jìn)行控制，便于遙測； – 不需要很大的檢測空間； – 可方便地與數(shù)字電路相匹配； ?濕度傳感器的 應(yīng)用 領(lǐng)域 ： – 空調(diào)系統(tǒng)； – 半導(dǎo)體制造業(yè)，計(jì)算機(jī)房； – 工業(yè)生產(chǎn)中的濕度控制； – 糧食、煙草、紙張、藥材、食品等儲藏管理； – 圖書、資料、文物的保管； – 精密光學(xué)、電子、化工、機(jī)械加工的濕度控制； – 農(nóng)業(yè)及飼料加工廠的濕度控制； – 電子儀器及家用電器的濕度控制； – 氣象觀測； – 軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)及儲存； ?濕度傳感器的主要參數(shù) 濕度量程 指濕度傳感器技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的感濕范圍 。 – 露點(diǎn)： 就是指使大氣中原來所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低到的 溫度 。 (Relative Humidity) 水的飽和蒸汽壓實(shí)隨著溫度的降低而逐漸下降。 )%(100 RHDDHS?? H相對濕度； D絕對濕度（ mmHg）； Ds當(dāng)時氣溫下的飽和水氣壓（ mmHg）。 v／ V 100％ 這兩種方法統(tǒng)稱為水蒸氣百分含量法。 – 每 1m3大氣所含水汽的克數(shù)，稱為大氣的絕對濕度。 質(zhì)量百分比和體積百分比 – 質(zhì)量為 M的混合氣體中，若含水蒸氣的質(zhì)量為 m，則質(zhì)量百分比為 167。 ?濕度傳感器的基本概念 – 空氣中含有水蒸氣的量稱為濕度，含有水蒸氣的空氣是一種混合氣體。 ? – 對于污染環(huán)境需要檢測的氣體有 SO H2S、 NOX、CO、 CO2等，需要定量測量，宜選用電化學(xué)氣體傳感器。 ? – 礦物冶煉過程中常使用氧傳感器（ ZrO2傳感器），滿足耐高溫，耐腐蝕； – 半導(dǎo)體工業(yè)中需要多種氣體傳感器，需要使用檢測極低的濃度，可靠性好的傳感器，常使用電化學(xué)氣體傳感器。 – 在濕度大的場合如廚房，使用 γ Fe2O3氣體傳感器，此類傳感器對濕度敏感性小，穩(wěn)定性好。 圖 Fe2O3氣敏特性 三 、 氣敏傳感器應(yīng)用 半導(dǎo)體氣敏傳感器由于具有靈敏度高 、 響應(yīng)時間和恢復(fù)時間快 、 使用壽命長以及成本低等優(yōu)點(diǎn) ， 從而得到了廣泛的應(yīng)用 。 典型三氧化二鐵氣敏特性如圖 。 Fe2O3類氣敏傳感器不用貴金屬催化劑 ,但也要用加熱措施 ,通常在元件外部由電熱絲烘烤 。當(dāng)被測氣體脫離后又氧化而恢復(fù)原狀態(tài) 。 它們之間的還原 氧化反應(yīng)為 : 2 3 3 4F e O F e O? ??還原 氧化 （ ） γFe2O3和 Fe3O4都屬于尖晶石結(jié)構(gòu)的晶體 ,進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變時 ,晶體結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化 。 圖 γ Fe2O3氣敏器件結(jié)構(gòu) 當(dāng)它與氣體接觸時 ,隨著氣體濃度增加形成 Fe+2離子 ,而變成為 Fe3O4,使器件的體電阻下降 。 另外 ,很多氧化物半導(dǎo)體 ,由于化學(xué)計(jì)量比的偏離 ,尤其是化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)而且容易還原的氧化物 ,在比較低的溫度下與氣體接觸時晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷就發(fā)生變化 ,繼之體電阻發(fā)生變化 ,因此 ,可以檢測各種氣體 。 對熱敏型氣敏器件而言 ,在600～ 900176。 直熱式氣敏器件的結(jié)構(gòu)及符號 (a) 結(jié)構(gòu)； (b) 符號 旁熱式氣敏器件的結(jié)構(gòu)及符號如圖所示 旁熱式氣敏器件的結(jié)構(gòu)及符號 (a) 旁熱式結(jié)構(gòu)； (b) 符號 圖 氧化錫氣敏傳感器阻值與被測氣體濃度的關(guān)系 （ 2） ． 體電阻控制型氣敏器件 除了表面電阻控制型半導(dǎo)體氣敏器件之外 ,目前還有體電阻控制型半導(dǎo)體氣敏器件 。(d)多層結(jié)構(gòu)型 引線電極零位引線燈絲絕 緣 管催 化 介 層礬 鉬 三 氧 化 二 鋁( d ) 由于加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種 ， 因而形成了直熱式和旁熱式氣敏元件 。(d)多層結(jié)構(gòu)型 圖 (a)燒結(jié)型； (b)薄膜型 。 圖 (a)燒結(jié)型； (b)薄膜型 。 C以上的溫度下工作 。 通常所指的氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器 ,就是由粉末狀氧化物經(jīng)燒結(jié)或沉積而制成的 。 由于半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì) ,氣體在半導(dǎo)體材料顆粒表面的吸附可導(dǎo)致材料載流子濃度發(fā)生相應(yīng)的變化 ,從而改變半導(dǎo)體元件的電導(dǎo)率 。 非電阻式又可分為利用表面電位的 、 二極管整流特性的和晶體管特性的三種 。從表中看出 ,目前研究和使用的半導(dǎo)體氣敏器件大體上可分為電阻式和非電阻式兩大類 。在一般條件下 ,氣敏元件存放兩周以后 ,其初期穩(wěn)定時間即可達(dá)最大值。初期穩(wěn)定時間是敏感元件存放時間和環(huán)境狀態(tài)的函數(shù)。一般電阻型氣敏元件 ,在剛通電的瞬間 ,其電阻值將下降 ,然后再上升 ,最后達(dá)到穩(wěn)定。 （ 7） 初期穩(wěn)定時間 長期在非工作狀態(tài)下存放的氣敏元件 ,因表面吸附空氣中的水分或者其他氣體 ,導(dǎo)致其表面狀態(tài)的變化，在加上電負(fù)荷后 ,隨著元件溫度的升高 ,發(fā)生解吸現(xiàn)象。一般在 (～ )W范圍 。 直熱式的加熱電阻值一般小于 5Ω；旁熱式的加熱電阻大于 20Ω。氣敏元件分辨率 S表示為 Va— 氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負(fù)載電阻上的輸出電壓； Vg— 氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負(fù)載電阻上的電壓 Vgi— 氣敏元件在 i種氣體濃度為規(guī)定值中工作時，負(fù)載電阻的電壓 （ 5） 氣敏元件的加熱電阻和加熱功率 氣敏元件一般工作在 200℃ 以上高溫 。一般從氣敏元件與一定濃度的被測氣體接觸時開始計(jì)時 ，直到氣敏元件的阻值達(dá)到在此濃度下的穩(wěn)定電阻值的 63％ 時為止 ， 所需時間稱為