第三节 气体传感器共44页文档

● 电容式湿度传感器
利用电极间介质吸附水蒸气时电容量发 生变化的原理制成电容式湿度传感器。按 照极间介质分为有机高分子和陶瓷材料两 大类。有机高分子电容式湿度传感器目前 大多采用醋酸丁酸纤维素、聚酰亚胺、硅 树脂为介质。陶瓷电容式湿度传感器用玻 璃和陶瓷如BaTiO3一BaSn02 P型半导体多孔 陶瓷材料作介质，通过控制陶瓷组分的分 散性、孔径、粒度等大大改善了组件的敏 感特性。
2. 气敏元件的结构和基本电路
设铂丝线圈电阻值的变化量为 R ，则
RT amQ
CC
式中 ——气敏元件的温度系数；
T ——由于气体燃烧引起的ຫໍສະໝຸດ Baidu度上升值； H——由于气体燃R烧K产m 生的热量； C——气敏元件的热容量； m——气体分子的燃烧热； Q——系数。
RKm
3.几种典型的接触燃烧式气敏传感器的主要参数
1.绝对湿度和相对湿度
空气的绝对湿度表示单位体积内空气里所含 水蒸气的质量。
v
m V
g/m3
由于空气湿度与空气中水蒸气压和同一温度下 水的饱和蒸气压之间的差值相关。饱和蒸气压是 指在一定温度下混合气体中所含水蒸气压的最大 值，温度越高，饱和水蒸气压越大。将在某一温 度下水蒸气压同饱和蒸气压的百分比称为相对湿 度(Relative Humidity),表示为：
按构成气体传感器的材料可分为半导体和非 半导体两大类。目前使用较多的是半导体气敏传 感器。
按构成传感器材料的形态上通常将它们分为 干式和湿式两大类。
按工作原理的不同，又可分为半导体式、接 触燃烧式、化学反应式等。
气体传感器的主要应用领域
气体传感器的主要参数与特性 1. 灵敏度：标志着气敏元件对气体的敏感程度。
2. 结构 以SnO2为例
（1）烧结型SnO2气敏元件 ● 直热式SnO2气敏元件
● 旁热式SnO2气敏元件
（2）厚膜型SnO2气敏元件 （3）薄膜型SnO2气敏元件
3.几种常用的半导体气敏传感器的主要参数
4.半导体气敏传感器的应用
三、气敏传感器应用举例
1.简易家用可燃性气体报警器
2.矿灯瓦斯报警器
● 其他类型湿度传感器
除电阻式和电容式外，还有透光量随 湿度而改变的光纤湿度传感器、在H20一N2 气氛下稳定化Zr02限界电流型湿度传感器， 此外，还有浓差电池式、二极管型、石英 振子式、声表面波式、微波式、热导式等 新型湿度传感器。
三.电解质湿度传感器
四.陶瓷湿度传感器
主要特性
五.高分子湿度传感器 （1）电容式湿度传感器
露点与相对湿度有对应关系
二、湿度传感器的分类
通常湿度传感器是按照结构分类的，可分为 电阻式、电容式和其他方式三大类。
● 电阻式湿度传感器
利用电导率与湿度的关系制成电阻型湿度传 感器，其中多孔陶瓷材料的种类最多，近来报道 的陶瓷湿度敏感组件有：TiO2一Sn02系等。高分 子电阻型湿度传感器的主要材料为高分子固体电 解质材料，如高氯酸锉一聚氯化乙烯等。具有感 湿灵敏度高，线性度好，响应时间短，制作工艺 简单，成本低等优点。
电容—湿度特性
响应特性：吸湿响应时间都很短，一般都小于5s。 电容—湿度特性：受温度影响非常小。
（2）电阻型高分子膜湿度传感器
主要特性
六、应用 1. 汽车后窗玻璃自动去湿电路
2.浴室镜面水气清除器
3.土壤缺水告知器
3.酒精测试仪
第四节 湿度传感器
湿度及对湿度的测量和控制对人类日常生活， 工业生产，气象预报，物资仓储等都起着及其重 要的作用。湿度是纺织行业五大检控技术指标之 一，相对湿度过高、过低均影响纺织品）质量， 湿度是气象观测的基本参数之一，其测量准确性 直接决定着天气预报的准确性。
一、湿度表示法
通常空气中含有水蒸气的量用湿度来描述， 其表示方法主要有绝对湿度、相对湿度、露点 （霜点）等表示法。
4.接触燃烧式气敏传感器的应用
二、半导体气体传感器
分为电阻型和非电阻型两种。电阻型半导体 气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料，它 分N型半导体如SnO2、Fe2O3、 ZnO等， P型半导体 如CuO、NiO等。非电阻型气敏传感器主要是MOS型 气敏传感器。
1.工作原理
气敏元件的电阻值随被测气体的浓度的改变 而改变。这种反应是可逆的，因而可以重复使用。 电阻值的变化是伴随着金属氧化物半导体表面对 气体的吸附和释放而产生的，为了加速这种反应， 通常要用加热器对气敏元件加热。
S R P
K R0 R
2. 响应时间：对被测气体浓度的反应速度。
3. 选择性：区分气体种类的能力。
4. 稳定性：对气体浓度以外的各种因素的抵抗能 力。
5. 温度特性
6. 湿度特性
7. 电源电压特性：需采用恒压源。
一、接触燃烧式气体传感器
1. 检测原理：可燃性气体与空气中的氧接触，发 生氧化反应，产生反应热，发热量与可燃性气 体的浓度有关。测定作为敏感元件的铂丝的电 阻值变化，可检测空气中可燃性气体的浓度。
RH e 100 ％ es
2.露点（霜点）
由于水的饱和蒸气压是随着环境温度 的降低而逐渐下降的，则空气温度越低时 其水蒸气压与同温度下的饱和蒸气压差值 就越小。当温度下降到某一温度时，其水 蒸气压与同温度下的饱和蒸气压相等，此 时空气中的水蒸气将向液相转化而凝结为 露珠，其相对湿度为100％RH，这一特定 的温度被称为空气的露点温度（简称露 点）。空气中水蒸气压越小，露点越低， 因而可以用露点表示空气湿度的大小。