441气敏传感器.
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Mn3O4 -TiO2湿度敏 感器件的湿滞特性
三、湿度传感器的分类
在湿敏元件发展的过程中，金属氧化物半导体陶瓷材料由于 具有较好的热稳定性＆抗沾污的特点，相继出现了各种各样的 烧结型半导体陶瓷湿敏元件。
五、湿敏传感器的应用
(1)湿敏传感器制作的房间湿度控制器。 传感器的相对湿度为0～100％RH时所对应 的输出信号为0~100mv。
二、湿度传感器的特性参数 1、湿度量程
是湿度敏感器件能够比较精确测量的环境相对湿度 (或 绝对湿度)的最大范围。全湿度范围用相对湿度(0～100) ％RH表示，湿度量程越大，湿度传感器的实用价值就 越大。
2 、感湿特征量 —— 相对湿 度特性
感湿特征量：电阻、电容、击穿电压、沟 道电阻等
• 确定器件的最佳实用范围及其灵敏度
4.4 其他现代新型传感器
4．4．1气敏传感器 4．4．2湿敏传感器 4．4．3色敏传感器
4．4．1气敏传感器
1．气敏传感器的主要类型
目前常 用的气 敏传感 器类型
在诸多的半导体气敏传感器中，以SnO2制成的气敏元件应用 最为广泛。
2 半导体气敏元件
(1) SnO2半导体气敏元件的特点
SnO2半导体气敏元件主要代表：TGS型＆QMN5型 同其它类型的气敏元件相比其特点：
控制加湿机
控制排气扇
(2)粮油肉水分检查仪
4．4．3色敏传感器
1．半导体色敏传感器
管 RGB彩色滤波器＋光电二极 分类： 双结型光电二极管
横轴：入射光波长 纵轴：PD1和PD2的短路电 流比Isc2/ Isc1 波长和短路电流比之间有 1：1关系。 短路电流比<－>波长(即颜 色) 。
Rs为气敏元件 阻值；Ic为回 路电流
3．气敏传感器的应用
(1)气敏传感器的线性化 图4.38电路包括哪些功能模块？ (2)CO检测换气报警自动控制 图4.39电路分析
4．4．2湿敏传感器
1．湿度及其表示方法 2．湿度传成器的特性参数 3．湿度传感器的分类 4．烧结型半导体陶瓷湿敏元件 5．湿敏传感器的应用
3、露点温度 •为什么测量零点温度？ 在干燥环境中很难精确的用相对湿度来衡量湿度水平， 所以通常用露点温度来衡量湿度。 •定义： 保持空气中的水气含量不变，而使之降低温度，当水气 因降温而达饱和时之温度，即水蒸气开始冷凝时的温度，称 为露点温度。 比方说，在摄氏15度时空气是饱和的，现在把气温增高 至摄氏20度，因为气温越高空气能够容纳的水汽越多，所以 这时空气变得不饱和了。现在把情况反过来说，假设现在气 温是摄氏20度，而空气中水汽的含量和刚刚摄氏15度时相同 ，那么，当气温降到摄氏15度时空气就饱和了。所以摄氏15 度就是目前大气状况的露点温度。 换句话说，实际温度和露点温度的差，可以表示空气中 的水汽距离饱和的程度，反映了大气的相对湿度,露点温度愈 高，则表示空气中水气含量愈多。
2．颜色检测的方法
3．信号处理电路
式中c是比例常数 输出电压Vo正比于短路电流比Isc2/ Isc1的对数。求出 电压Vo即可判断出与电压相对应的波长(即颜色)。
图4.41 Co3O4TiO2湿度敏感器 件的感湿特性
5、响应时间
在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿度传感 器的感湿特征量达到稳态变化量的0.632倍所需要的时 间。单位是s。 响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。 显然，一个性能良好的器件，其响应时间越短越好。
(6)湿滞回线 一个湿度敏感器件，在吸湿和脱 湿情况下，其感湿特性曲线不相重 复。两个感湿特性曲线一般可形成 为 个回线。称为湿滞回线。
•可以探讨改进器件性能的途径和工作机 理。 性能良好的湿度敏感器件的感湿特性曲 线应当在整个相对湿度范因内变化连续， 其斜率一致(即线性)，而且大小适中。
图4．40 二氧化钛— 五氧化二钒湿度敏感 器件的感湿特性曲线
3、感湿灵敏度
不同环境湿度下的感湿特征量之比 ( 较为普 遍采用的表示方法)。 例如：日本牛产的 MgCr2O4-TiO2 湿度敏感 器件的灵敏度，用一约器件电阻比R1%/ R20% 、 R1%/ R40% 、 R1%/ R60% 、 R1%/ R80% 、 R1%/ R100% 表示。
4、湿度温度系数
反映湿度传感器的感湿特性曲线随环境温度而变化 的特性。感湿特征量随环境温度的变化越小，环境温度 变化所引起的相对湿度的误差就越小。 湿度温度系数：在器件感湿特征量恒定的条件下，该感 湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率
：器件的湿度温度系数 K：感湿特征量 单位：%RHC-1 由器件的湿度温度系数值，即可得知 器件由于环境温度的变化所引起的测湿误 差。 例如，器件的＝0.3 %RHC-1 ，如果环 境的温度变化20℃，那么就将引起6％RH 的测量误差。
1. 气敏元件阻值随检测气体浓度变换具有指数变化关系， 2. 3. 4. 5.
非常适用于微量低浓度气体的检测。 寿命长，稳定性好，耐腐蚀性强。 对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短，可持 续、长时间使用。 元件结构简单、成本低、可靠性高、力学性能良好。 待检测气体可通过元件阻值的变化直接转变为电信号， 且元件电阻率变化大，因此信号处理可不用高倍数放 大电路
相对湿度:空气中水蒸气分压同饱和水气压的百分比的 百分数，常用％RH表示。
pW HT p 100 % RH N T
Pw：温度T时空气中水蒸气分压； PN：温度T时空气中饱和水气压；
水蒸气分压：空气（体积为V，温度为T）中的水蒸气 相同V、T条件下单独存在时的压力 饱和水汽压：指在同一温度下，空气中所含水蒸气压的 最大值(ps)。温度越高，饱和水蒸气压越大。
(2)Sn02的基本性质
图4.36 用挠结法或制膜法制备的多孔型SnO2半导体 气敏元件电阻与吸附气体的关系
(3) Sn02气敏元件的结构。主要有三种类 型：烧结型、薄膜型和厚膜型，其中烧结 型气敏元件是目前工艺最成熟、应用最广 泛的元件。 (5)基本测量电路。 电路包括两部分： 加热回路和测试回路。
一、湿度表示法
源自文库
空气中含有水蒸气的量称为湿度， 含有水蒸气的空气是一种混合气体。 湿度常用的表示方法： 1. 绝对湿度 2. 相对湿度 3. 露点（霜点）
1－2、相对湿度和绝对湿度
绝对湿度：单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其 定义为 mv mV ——待测空气中水蒸气质量；
Ha V
V——待测空气的总体积； Ha——待测空气的绝对湿度。
三、湿度传感器的分类
在湿敏元件发展的过程中，金属氧化物半导体陶瓷材料由于 具有较好的热稳定性＆抗沾污的特点，相继出现了各种各样的 烧结型半导体陶瓷湿敏元件。
五、湿敏传感器的应用
(1)湿敏传感器制作的房间湿度控制器。 传感器的相对湿度为0～100％RH时所对应 的输出信号为0~100mv。
二、湿度传感器的特性参数 1、湿度量程
是湿度敏感器件能够比较精确测量的环境相对湿度 (或 绝对湿度)的最大范围。全湿度范围用相对湿度(0～100) ％RH表示，湿度量程越大，湿度传感器的实用价值就 越大。
2 、感湿特征量 —— 相对湿 度特性
感湿特征量：电阻、电容、击穿电压、沟 道电阻等
• 确定器件的最佳实用范围及其灵敏度
4.4 其他现代新型传感器
4．4．1气敏传感器 4．4．2湿敏传感器 4．4．3色敏传感器
4．4．1气敏传感器
1．气敏传感器的主要类型
目前常 用的气 敏传感 器类型
在诸多的半导体气敏传感器中，以SnO2制成的气敏元件应用 最为广泛。
2 半导体气敏元件
(1) SnO2半导体气敏元件的特点
SnO2半导体气敏元件主要代表：TGS型＆QMN5型 同其它类型的气敏元件相比其特点：
控制加湿机
控制排气扇
(2)粮油肉水分检查仪
4．4．3色敏传感器
1．半导体色敏传感器
管 RGB彩色滤波器＋光电二极 分类： 双结型光电二极管
横轴：入射光波长 纵轴：PD1和PD2的短路电 流比Isc2/ Isc1 波长和短路电流比之间有 1：1关系。 短路电流比<－>波长(即颜 色) 。
Rs为气敏元件 阻值；Ic为回 路电流
3．气敏传感器的应用
(1)气敏传感器的线性化 图4.38电路包括哪些功能模块？ (2)CO检测换气报警自动控制 图4.39电路分析
4．4．2湿敏传感器
1．湿度及其表示方法 2．湿度传成器的特性参数 3．湿度传感器的分类 4．烧结型半导体陶瓷湿敏元件 5．湿敏传感器的应用
3、露点温度 •为什么测量零点温度？ 在干燥环境中很难精确的用相对湿度来衡量湿度水平， 所以通常用露点温度来衡量湿度。 •定义： 保持空气中的水气含量不变，而使之降低温度，当水气 因降温而达饱和时之温度，即水蒸气开始冷凝时的温度，称 为露点温度。 比方说，在摄氏15度时空气是饱和的，现在把气温增高 至摄氏20度，因为气温越高空气能够容纳的水汽越多，所以 这时空气变得不饱和了。现在把情况反过来说，假设现在气 温是摄氏20度，而空气中水汽的含量和刚刚摄氏15度时相同 ，那么，当气温降到摄氏15度时空气就饱和了。所以摄氏15 度就是目前大气状况的露点温度。 换句话说，实际温度和露点温度的差，可以表示空气中 的水汽距离饱和的程度，反映了大气的相对湿度,露点温度愈 高，则表示空气中水气含量愈多。
2．颜色检测的方法
3．信号处理电路
式中c是比例常数 输出电压Vo正比于短路电流比Isc2/ Isc1的对数。求出 电压Vo即可判断出与电压相对应的波长(即颜色)。
图4.41 Co3O4TiO2湿度敏感器 件的感湿特性
5、响应时间
在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿度传感 器的感湿特征量达到稳态变化量的0.632倍所需要的时 间。单位是s。 响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。 显然，一个性能良好的器件，其响应时间越短越好。
(6)湿滞回线 一个湿度敏感器件，在吸湿和脱 湿情况下，其感湿特性曲线不相重 复。两个感湿特性曲线一般可形成 为 个回线。称为湿滞回线。
•可以探讨改进器件性能的途径和工作机 理。 性能良好的湿度敏感器件的感湿特性曲 线应当在整个相对湿度范因内变化连续， 其斜率一致(即线性)，而且大小适中。
图4．40 二氧化钛— 五氧化二钒湿度敏感 器件的感湿特性曲线
3、感湿灵敏度
不同环境湿度下的感湿特征量之比 ( 较为普 遍采用的表示方法)。 例如：日本牛产的 MgCr2O4-TiO2 湿度敏感 器件的灵敏度，用一约器件电阻比R1%/ R20% 、 R1%/ R40% 、 R1%/ R60% 、 R1%/ R80% 、 R1%/ R100% 表示。
4、湿度温度系数
反映湿度传感器的感湿特性曲线随环境温度而变化 的特性。感湿特征量随环境温度的变化越小，环境温度 变化所引起的相对湿度的误差就越小。 湿度温度系数：在器件感湿特征量恒定的条件下，该感 湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率
：器件的湿度温度系数 K：感湿特征量 单位：%RHC-1 由器件的湿度温度系数值，即可得知 器件由于环境温度的变化所引起的测湿误 差。 例如，器件的＝0.3 %RHC-1 ，如果环 境的温度变化20℃，那么就将引起6％RH 的测量误差。
1. 气敏元件阻值随检测气体浓度变换具有指数变化关系， 2. 3. 4. 5.
非常适用于微量低浓度气体的检测。 寿命长，稳定性好，耐腐蚀性强。 对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短，可持 续、长时间使用。 元件结构简单、成本低、可靠性高、力学性能良好。 待检测气体可通过元件阻值的变化直接转变为电信号， 且元件电阻率变化大，因此信号处理可不用高倍数放 大电路
相对湿度:空气中水蒸气分压同饱和水气压的百分比的 百分数，常用％RH表示。
pW HT p 100 % RH N T
Pw：温度T时空气中水蒸气分压； PN：温度T时空气中饱和水气压；
水蒸气分压：空气（体积为V，温度为T）中的水蒸气 相同V、T条件下单独存在时的压力 饱和水汽压：指在同一温度下，空气中所含水蒸气压的 最大值(ps)。温度越高，饱和水蒸气压越大。
(2)Sn02的基本性质
图4.36 用挠结法或制膜法制备的多孔型SnO2半导体 气敏元件电阻与吸附气体的关系
(3) Sn02气敏元件的结构。主要有三种类 型：烧结型、薄膜型和厚膜型，其中烧结 型气敏元件是目前工艺最成熟、应用最广 泛的元件。 (5)基本测量电路。 电路包括两部分： 加热回路和测试回路。
一、湿度表示法
源自文库
空气中含有水蒸气的量称为湿度， 含有水蒸气的空气是一种混合气体。 湿度常用的表示方法： 1. 绝对湿度 2. 相对湿度 3. 露点（霜点）
1－2、相对湿度和绝对湿度
绝对湿度：单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其 定义为 mv mV ——待测空气中水蒸气质量；
Ha V
V——待测空气的总体积； Ha——待测空气的绝对湿度。