电阻湿敏传感器63页PPT
工作任务53湿敏电阻传感器电子课件中职传感器技术及应用(高教版)(共29张PPT)
任务条件
压力、气体和湿度传感器电路是以 力电、气敏、湿敏传感器为核心的测量、控 制及应用电路，正确选择力电、气敏、湿敏 传感器是实现压力、气体和湿度测量和控制 的关键。由于力电、气敏、湿敏传感器是把 压力、气体和湿度量值转换为电能信息，所 以除了声电和振动类传感器，驱动电路是必 需的电路。执行机构是终端，它可以采用不 同的执行方式模式，一般是光、电、声、机 械模式。
压力、气体和湿度的测量与控制，同 样需要把这些物理量转换成电量，所以也就产生 了把压力、气体和湿度的物理量转换为电量，才 能完成它们的检测与控制。
任务描述
这几个物理量与上述其它物理量不一样， 而是由它的量变完成检测与控制，传感器把它 们的量变转换成电能。力电传感器、气敏传感 器和湿敏传感器电路是由这几个的量源、转换 器件和控制电路组成的，如下图所示。
根据不同的介质（如液体水、洒、 饮料等，固体如矿砂、粮食等）在不同的环 境条件下（如空气不同的湿度）有各种不同 的电导率的原理，我们利用这种各自的特性 及湿度不一样而呈现的导电特性的差异，制 造出各种湿度传感器。
1.探针式湿敏传感器土壤缺水报警电路
由探针式传感器构成的土壤缺水报警电路，适 用于农业、林业部门检测土壤是否缺水。电路图如 下图。
VT3的基极，电位器RP1用来调节检测灵敏度。当 土壤湿度正常时，温度探针式传感器探针之间的
土壤电阻很小，3kHz信号在RP1和R5产生的压降 较大，信号不能使VT4工作，
因此蜂呜器BZ没有发出声音。主要原因是信号 的正半周期使VT3导通，但使C5也通过VT3迅速 放电，VT4截止；负半周期时，VT3截止，C5开 始充电，充电时间为：t =R6×C5。这一时间常数 较大，C5两端电压尚未升高到足以使VT4导通之 前，正半周期又到来并使VT3导通，C5又迅速放 电，结果使VT4总保持截止。二极管VD1在信号 负半周期时导通，以保护VT3的基－射结不致被 反向击穿。
电阻式传感器精品PPT课件
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概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
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电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
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设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
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R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
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敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
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湿敏电阻式传感器PPT课件
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2019/7/31
可编辑
金属氧化物膜型湿敏电阻式传感器 二氧化铁、三氧化二 铝、氧化镁等金属氧 化物的细粉吸附水分 后有极快的速干特性， 利用这种现象可以研 制生产出多种金属氧 化物膜型湿敏电阻式 传感器。将调制好的 金属氧化物的糊状物 加工在陶瓷基片及电 极上，采用烧结或烘 干的方法使其固化成 膜。这种膜可以吸附 或释放水分子而改变 其电阻。
湿度的表示方法
绝对湿度 相对湿度
绝对湿度： 一定温度和压力下，每单位体
积中所含水蒸汽的质量。
g/m3,AH
相对湿度：气体的绝对湿度与同一温度下达到
饱和状态下的绝对湿度之比。
湿敏电阻传感器的分类
尺寸变化式湿敏电阻式传感器、电解质湿敏 电阻式传感器、高分子材料湿敏式电阻传感 器、金属氧化物薄膜型湿敏电阻式传感器、 金属氧化物陶瓷湿敏电阻式传感器、硒膜水 晶振子湿敏电阻式传感器 热敏电阻式湿敏电阻式传感器、红外线吸收 式湿敏电阻式传感器、微波式湿敏电阻式传 感器、超声波式湿敏电阻式传感器
湿敏电阻式传感器
姓名：王圣朝 专业：电气自动化 班级：2班 学号：20102003719
最早人们用头发随湿度变化而伸长或缩短现象做 毛发湿度计，逐渐有了电阻湿度计，半导体湿度 计是近年来才出现的。近几年出现的半导体湿敏 传感器和MOS型湿敏电阻式传感器已达到较高水 平，且工作范围宽、响应速度快、环境适应能力 强等特点
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愿您天天好心 情！
《电阻传感器》PPT课件
称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主 要因素有以下两方面。 1) 电阻温度系数的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
2. 电阻应变片的温度补偿方法
1)电桥补偿
补偿片补偿
置于相同现场温度
补偿应变片
工
作
应
变
F
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R1
R3
R5
R7
R6
R8 Uo R2
R4
U
二、压力传感器
插座
工作片
补偿片
膜片 应变片
三、加速度传感器（低频10~60HZ应用广泛）
底 座
接 密阻 应 线 封尼 变 板 垫液 片
应 变 梁
质 量 块
四、位移传感器
弹簧
插头座
应变片
等宽悬臂梁
调整螺钉
顶杆
第二节 压阻式传感器 --------半导体传感器
U0
UK 4
(1
2)
U 2
R R
F R1
R2
半桥差动电路不仅消除非线性误差，使输出灵敏度 提高一倍，同时起温度补偿作用
全桥差动电路：
R U0 U R
与单臂应变相比，灵敏度扩大4倍！
2.1.4、电阻应变式传感器的应用 测量参数：形变、压力、力、位移、加速度、温度
（一）测力与称重传感器
R4
R4
U0
R1R4 R2R3 U (R1 R2 )(R3 R4 )
等效电阻：
R R1R2 R3R4 R1 R2 R3 R4
湿度传感器ppt课件
电容式湿度传感器
二、湿度及湿度传感器
1、湿度及其表示方法 2、湿度传感器及其特性参数 3、湿度传感器的分类
1、湿度及其表示方法
❖ 在自然界中，凡是有水和生物的地方，在 其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。
❖ 大气中含有水汽的多少，表示大气的干、
湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是 表示大气干湿程度的物理量。 ❖ 大气湿度有两种表示方法：绝对湿度与相 对湿度。
2） 感湿特征量—相对湿度特性曲线
❖ 每一种湿敏元件都有其感湿特征量，如电 阻、电容、电压、频率等。
感湿特性曲线
❖ 湿敏元件的感湿特征量随 环境相对湿度变化的关系 曲线，称为该元件的感湿 特征量 —相对湿度特性曲 线，简称感湿特性曲线。
❖ 人们希望特性曲线应当在
全量程上是连续的，曲线
各处斜率相等，即特性曲
❖ 湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一
定比例关系的电量输出的器件式装置。
❖ 主要特性参数有：
①湿度量程 ②感湿特征量 ③灵敏度 ④湿度温度系数 ⑤响应时间 ⑥湿滞回线和湿滞回差
1) 湿度量程
❖ 保证一个湿敏器件能够正常工作所允许环 境相对湿度可以变化的最大范围，称为这 个湿敏元件的湿度量程。
❖ 湿度量程越大，其实际使用价值越大。理 想的湿敏元件的使用范围应当是0－100％ RH的全量程。
❖ 根 据 道 尔 顿 分 压 定 律 ， 空 气 中 压 强 P＝Pa 十 PV(Pa为干空气分压，PV为湿空气气压)和理想状 态方程，又可将相对湿度用分压表示： 相对湿度＝ (PV/PW)×100%RH 式中：PV一待测气体的水汽分压； Pw一 同一温度下水蒸汽的饱和水汽压。
2、湿度传感器及其特性参数
K2O一Fe2O3湿度敏感器件的响应特性曲线
气敏、湿敏电阻传感器的应用PPT课件
广东机电职业技术学院------传感器及应用
一、气敏电阻传感器
气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使 半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们 发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO
、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。 气敏电阻工作原理：
气体的成分、浓度等参数变化 ↓
直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 功耗 小； 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 信号电路和加热电 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。
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广东机电职业技术学院------传感器及应用
（2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效
该类气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃）, 目 的是为了加速上述的氧化还原反应。
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广东机电职业技术学院------传感器及应用
（1） 气敏特性：遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时， 材料表面层电阻率增大。在检测前，材料表面已经吸着氧， 所 以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有 高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物，常见的是SnO2和 ZnO。
（4）
烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 氢气、 酒精、 硫化氢等。
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广东机电职业技术学院------传感器及应用
例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在 100~300℃范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率 的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。
湿度传感器的工作原理ppt课件
湿度传感器的分类
• 湿度传感器作为湿敏元件，其主要分为电阻式与电容式两大类。其特点是在基片上覆 盖一层用感湿资料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和 电阻值都发生变化，利用这一特性即可丈量湿度。温湿度传感器的种类很多，例如氧 化铝湿度传感器，氯化锂湿度传感器、硅湿度传感器、陶瓷湿度传感器等。以上几种 是运用较多的几种类型传感器，另外还有其他根据不同原理而研制的湿度传感器，这 里就不一一引见。
• 二、相对湿度：要想直接丈量出空气中水蒸汽的密度，方法比较复杂。而实际计算阐 明，在普通的气温条件下，空气的水汽密度，与空气中水汽的压强数值非常接近。所
以空气的水蒸汽密度又可以规定为空气中所含水蒸汽的压强，又把它称为大气的绝对 湿度，用符号D表示，常用的单位是mmHg。通常把大气的绝对湿度跟当时气温下饱和 水汽压的百分比称为大气的相对湿度用%RH表示，假设大气中所含水汽的压强等于当时 气温下的饱和水汽压时，这时大气的相对湿度等于100%RH。
湿度传感器的任务原理
我司温箱采取电热式加湿器，根据电流经过电阻产生热，电能转换成热能 的原理，电加热管浸没在水中，电热管产生热量，从而使水沸腾变成水蒸 汽，其任务原理可描画为三步： 1．经过电加热使水沸腾，产生蒸汽； 2．经过加湿器配有的温湿度控制器控制蒸汽的产生。 3．产生的水蒸汽经过实验箱内空气的流通，实现湿度的均匀分布。 这三个过程的部件作为一个系统共同任务构成了一套完好的电热式加湿器。
湿度控制器的任务原理
• 什么是湿度传感器？ • 湿度传感器的构成： • 绝对湿度跟相对湿度： • 湿度传感器的分类： • 湿度传感器的任务原理：
பைடு நூலகம்
什么是湿度传感器？ • 湿度传感器是指能将湿度量转换成容易被丈量处置的电信号的安装。
传感器课件--2电阻传感器.ppt
由电工学
知识可知：
若桥路4个桥臂 相邻电阻的电阻 值变化趋势相反， 桥路的输出电压 反而相互叠加。
2020/10/23
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电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP ，最终可以 使R1/R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后的
2020/10/23
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半导体应变片
半导体应变片的主要优点是灵敏度高； 缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻 与应变间非线性严重。
在使用时，需采用温度补偿及非线性补 偿措施。
箔式应变片的外形
2020/10/23
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应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
应变片的粘贴：
电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料
大几十倍。
在材料力学中，x =l/l称为电阻丝的轴向应变， 也称纵向应变。 x通常很小。例如，当 x为0.000001
（ 10-6 ）时，在工程中常表示为1m/m或1微应变 (1με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向 应变最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可 能超过材料的极限强度而导致非线性或断裂。
上述三种工作方式中，哪一种灵敏度最高?
哪一种灵敏度最低?
全桥的温度补偿原理
采用全桥（或 双臂半桥）能实现 温度自补偿。
当环境温度升高 时，桥臂上的应变片 温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数 值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 最小；请说出半桥克 服温漂的原理！
四、应变效应的应用
电阻应变片的应用可分为两大类：第一类 是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到 测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的 专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元 件一般为各种弹性体。传感元件就是应变片， 测量转换电路一般为桥路；
第十二章湿度传感器讲解ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
12.1湿度及湿度传感器的特性和分类
4.响应时间——湿度传感器的动态响应特
❖湿度传感器响应相对湿度变化量的63.2%所需要的时 间。分为吸湿响应时间和脱湿响应时间
一电般阻情的况温下度dd： 系RT湿数H 敏kconstk—RR2湿1湿敏T特R1元征件1量0的% 0感o/C
12.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器
❖ 感湿特性如图12-8（b）所示。注意：其一，湿度大于 90%RH，感湿特性曲线具有负的斜率，曲线出现“隆起”或
者 说曲线被“压弯”。图12-9给出三种不同感湿元件感湿特性曲
线 “隆起”情况；其二，在25℃和33.3%RH条件下，元件的湿
滞 回线有一交叉点。
1.湿度量程
❖即感湿范围。
电阻、电容、电压、
❖理想情况：0~100%RH；一般情况：5~95频%率R等H。
一般要求：全量程连续、
2.感湿特性曲线
线性、斜率适当。
❖感湿特征量：湿度变化所引起的传感器的输出量。
❖感湿特性曲线：感湿特征量与环境湿度关系。
3.感湿灵敏度
❖在一定湿度范围内，相对湿度变化1%RH时，其感湿 特征量的变化值或变化百分率。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
12.1湿度及湿度传感器的特性和分类
12.1.1 湿度的定义及其表示方法
1.绝对湿度(V) ❖ V=mV/V (mg/m3)
2.相对湿度(RH)
mV—被测气中 水蒸气的质量
湿度传感器课件（可编辑）
湿度传感器课件α粒子带正电荷由两粒带正电荷的质子和两粒中性的中子组成相等于一个氦原子核由于带正电荷它会受电磁场影响在自然界内大部份的重元素原子序数为82或以上都会在衰变时释放它例如铀和镭由于α粒子的体积比较大又带两个正电荷很容易就可以电离其他物质因此它的能量亦散失得较快穿透能力在众多电离辐射中是最弱的人类的皮肤或一张纸已能隔阻α粒子不过如果人类吸入或进食具有α粒子放射性的物质譬如吸入了辐射烟羽α粒子就能直接破坏内脏细胞它的穿透能力虽然弱但由于它的电离能力很强它对生物所造成的危害并不下于其他辐射β粒子是高速的电子由于带负电荷会受电磁场影响它的体积比α粒子细得多穿透能力则比α粒子强需要一块几毫米厚的铝片才可以阻挡它很多放射性物质都会在衰变时放出β粒子放射性元素的半衰期长短差别很大短的远小于一秒长的可达数万年利用物质吸收水分子而导电率发生变化检测湿度潮解指的是物质在空气中吸收水分使得表面逐渐变得潮湿滑润最后物质就会从固体变为该物质的溶液反映湿度传感器温度特性的一个比较直观实用的物理量氯化锂湿敏电阻即电解质湿敏电阻利用物质吸收水分子而导电率发生变化检测湿度在氯化锂LiCl溶液中Li和Cl以正负离子的形式存在锂离子Li对水分子的吸收力强离子水合成度高溶液中的离子导能力与溶液浓度成正比溶液浓度增加导电率上升当溶液置于一定湿度场中若环境RH上升溶液吸收水分子使浓度下降电阻率ρ上升反之RH下降溶液吸收水分子使浓度上升电阻率ρ下降通过测量溶液电阻R值实现对湿度测量负湿敏特性半导体瓷湿敏电阻电阻随湿度增加而下降由于水分子中氢原子具有很强的正电场当水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面俘获电子使半导体表面带负电相当表面电势变负电阻率随湿度增加而下降 7电压特性加直流电会引起感湿体内水分子的电解使电导率随时间的增加而下降用湿度传感器测量湿度时不能用直流电压采用交流电压右图表示湿度传感器的电阻与外加交流电压之间的关系测试电压小于5V时电压对阻湿特性没有影响交流电压大于15V时由于产生焦耳热对湿度传感器的阻湿特性产生了较大影响因而一般湿度传感的使用电压都小于10V Lg R Ω 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 20℃ 100Hz 11 RH 33 RH 75 RH 100 RH UV 电阻－频率特性 20℃ 5V 11 RH 33 RH 100 RH Lg f Hz 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 75 RH Lg R Ω 8频率特性湿度传感器的阻值与外加电压频率的关系在高湿时频率对阻值的影响很小当低湿高频时随着频率的增加阻值下降对这种湿度传感器当电压频率小于103Hz时阻值不随使用频率而变化所以使用频率的上限为103Hz 湿度传感器的使用频率上限由实验确定直流电压会引起水分子的电解因此测试电压频率也不能太低三电解质湿度传感器电解质是以离子形式导电的物质分为固体电解质和液体电解质若物质溶于水中在极性水分子作用下能全部或部分地离解为自由移动的正负离子称为液体电解质电解质溶液的电导率与溶液的浓度有关而溶液的浓度在一定的温度下又是环境相对湿度的函数氯化锂湿度传感器的结构 A B B 钯丝 A 涂有聚苯乙烯薄膜的圆筒电解质氯化锂湿度传感器最为典型 0 30 60 90 001 01 1 10 R108Ω相对湿度①②③④⑤④ 10 LiCl ⑤ 22LiCl ③ 05 LiCl ② 025 LiCl ① PVAC 氯化锂湿度传感器的阻湿特性组合式氯化锂的阻湿特性 0 30 60 90 001 01 1 10 相对湿度 R108Ω把不同感湿范围的单片湿度传感器组合起来可制成相对湿度工作量程为20％～90％RH的湿度传感器四陶瓷湿度传感器利用半导体陶瓷材料制成优点测湿范围宽可实现全湿范围内的湿度测量工作温度高常温型工作温度在150℃以下高温型工作温度可达800℃响应时间较短精度高抗污染能力强工艺简单成本低典型产品是烧结型陶瓷湿敏元件是MgCr2O4－TiO2此外还有TiO2-V2O5ZnO－Li2O－V2O5ZnCr2O4ZrO2－MgOFe3O4Ta2O5等这类湿度传感器的感湿特征量大多数为电阻除Fe3O4外都为负特性湿度传感器即随着环境相对湿度的增加阻值下降也有少数陶瓷湿度传感器它的感湿特性量为电容 1结构感湿体是MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷陶瓷的气孔大部分为粒间气孔气孔直径随TiO2添加量的增加而增大粒间气孔与颗粒大小无关相当于一种开口毛细管容易吸附水分材料的主晶相是MgCr2O4相此外还有TiO2相等感湿体是一个多晶多相的混合物陶瓷湿敏元件结构图护圈电极感湿陶瓷氧化钌电极加热器基板电极引线 2主要特性与性能 1电阻一湿度特性 MgCr2O4－TiO2陶瓷湿度传感器的电阻一湿度特性随着相对湿度的增加电阻值急骤下降基本按指数规律下降在单对数的坐标中电阻湿度特性近似呈线性关系当相对湿度由0变为100％RH时阻值从108Ω下降到104Ω即变化了四个数量级 20 40 60 80 100 103 104 105 106 107 108相对湿度 RΩ 2电阻温度特性在不同的温度环境下测量陶瓷湿度传感器的电阻湿度特性从图可见从20℃到80℃各条曲线的变化规律基本一致具有负温度系数感湿负温度系数为–038％RH／℃如果要求精确的湿度测量需要对湿度传感器进行温度补偿 20 40 60 80 100 103 104 105 106 107 108 相对湿度 20℃40℃ 60℃ 80℃ RΩ MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的电阻温度特性MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的时间响应特性 20 40 60 80 100 0 10 20 30 94RH 50RH 1RH 50RH t s RH 3响应时间响应时间特性如图根据响应时间的规定从图中可知响应时间小于10s 4稳定性制成的MgCr2O4-TiO2陶瓷类湿度传感器需要实验高温负荷实验大气中温度150℃交流电压5V时间104h 高温高湿负荷试验湿度大于95％RH温度60℃交流电压5V时间104h 常温常湿试验[湿度 10～90 ％RH温度–10℃～＋40℃ ] 油气循环试验油蒸气加热清洗循环25万次交流电压5V经过以上各种试验大多数陶瓷湿度传感器仍能可靠地工作说明稳定性比较好五高分子湿度传感器有机高分子材料制成的湿度传感器主要是利用其吸湿性与胀缩性电容式湿度传感器高分子电介质吸湿后介电常数明显改变电阻式湿度传感器高分子电解质吸湿后电阻明显变化利用胀缩性高分子如树脂材料和导电粒子在吸湿之后的开关特性制成结露传感器一电容式湿度传感器1结构高分子薄膜电介质电容式湿度传感器的基本结构高分子薄膜上部电极下部电极 2感湿机理与性能电容式高分子湿度传感器其上部多孔质的金电极可使水分子透过水的介电系数比较大室温时约为79感湿高分子材料的介电常数并不大当水分子被高分子薄膜吸附时介电常数发生变化随着环境湿度的提高高分子薄膜吸附的水分子增多因而湿度传感器的电容量增加根据电容的变化测得相对湿度 2响应特性高分子薄膜可以做得极薄响应时都很短一般都小于5s有的响应时间仅为1s 3电容一温度特性感湿特性受温度影响非常小在5℃～50℃范围内电容温度系数约为006％RH℃相对湿度 0 50 100 200 250 300 350 电容湿度特性 CpF f 15MHZ 1电容湿度特性电容随着环境温度的增加而增加基本上呈线性关系当测试频率为l5MHz 左右时其输出特性有良好的线性度对其它测试频率如1kHz10kHz尽管传感器的电容量变化很大但线性度欠佳可外接转换电路使电容湿度特性趋于理想直线二电阻式高分子膜湿度传感器 1结构聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的结构引线端感湿膜聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的结构梳状电极基片 2主要特性 1电阻湿度特性当环境湿度变化时传感器在吸湿和脱湿两种情况的感湿特性曲线如图在整个湿度范围内传感器均有感湿特性其阻值与相对湿度的关系在单对数坐标纸上近似为一直线吸湿和脱湿时湿度指示的最大误差值为 3～4 ％RH 1K 30 40 50 60 70 80 90 吸湿 10K 100K 1M 10M 相对湿度 R Ω脱湿Δ±3RH 电阻湿度特性 2温度特性聚苯乙烯磺酸锂的电导率随温度的变化较为明显具有负温度系数在 0～55 ℃时温度系数为–06％～–10％ RH℃ 0 40 20 104 60 80 100 50℃ 10 102 103 聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的湿度特性 25℃ 40℃ RΩ相对湿度 3其它特性聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的升湿响应时间比较长降湿响应时间比较短响应时间在一分钟之内有良好的稳定性存储一年后测量误差不超过2％RH可以满足器件稳定性的要求缺点含有机溶液气体的环境下测湿时器件易损坏不能用于80℃以上的高温六湿度传感器的测量电路一检测电路的选择 1电源选择电阻式湿度传感器必须使用交流电源否则性能会劣化甚至失效电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的在直流电源作用下正负离子必然向电源两极运动产生电解作用使感湿层变薄甚至被破坏在交流电源作用下正负离子往返运动不会产生电解作用感湿膜不会被破坏交流电源的频率选择在不产生正负离子定向积累情况下尽可能低一些在高频情况下测试引线的容抗明显下降会把湿敏电阻短路另外湿敏膜在高频下也会产生集肤效应阻值发生变化影响到测湿灵敏度和准确性 2．温度补偿湿度传感器具有正或负的温度系数其温度系数大小不一工作温区有宽有窄所以要考虑温度补偿问题对于半导体陶瓷传感器其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系通常其温度关系属于NTC型即 H相对湿度 T绝对温度R0在T 0℃相对湿度H 0时的阻值 A湿度常数B温度常数温度系数＝湿度系数＝湿度温度系数＝若传感器的湿度温度系数为007％RH℃工作温度差为30℃测量误差为021％RH℃则不必考虑温度补偿若湿度温度系数为04％RH℃则引起12％RH℃的误差必须进行温度补偿 3．线性化湿度传感器的感湿特征量与相对湿度之间的关系不是线性的给湿度的测量控制和补偿带来了困难需要通过一种变换使感湿特征量与相对湿度之间的关系线性化下图为湿度传感器测量电路原理框图 A2 A1 A3 A4 A5 A6 _ _ 湿敏元件 R1 R2 R3 R4 R5 R6 RT USC C1 C2 C3 W 湿度传感器测量电路原理框图 D1 振荡器放大电路传感器驱动电路整流电路对数温补电路二典型电路电阻式湿度传感器其测量电路主要有两种形式 1．电桥电路振荡器对电路提供交流电源电桥的一臂为湿度传感器湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化电桥失去平衡产生信号输出放大器可把不平衡信号加以放大整流器将交流信号变成直流信号由直流毫安表显示振荡器和放大器都由9V直流电源供给电桥法适合于氯化锂湿度传感器振荡器电桥放大器桥式整流电表指示直流电源9V 湿度传感器电桥测湿电路框图 100kΩ传感器湿度 3AX3 ╳ 2 10kΩ 100kΩ╳6 3DG6 2kΩ 2kΩ 22kΩ 9V 10μF 10μF 20μF 10μF 20μF 3kΩ╳2 U 10μF 51kΩ 51kΩ 100mA 便携式湿度计的实际电路 2．欧姆定律电路电路用于可承受较大电流的陶瓷湿度传感器由于测湿电路可以获得较强信号故可以省去电桥和放大器用市电作为电源降压变压器降压欧姆定律电路220V 22kΩ 51kΩ 3V 2AP9╳4 输入 Rd 插口 005μF╳2 3．带温度补偿的湿度测量电路在实际应用中需要同时考虑对湿度传感器进行线性处理和温度补偿常常采用运算放大器构成湿度测量电路下图为湿度测量电路中Rt是热敏电阻器 20kΩB 4100K RH为H204C湿度传感器运算放大器型号为LM2904该电路的湿度电压特性及温度特性表明在 30％～90％ RH15℃～35℃范围内输出电压表示的湿度误差不超过3％RH _ _ 1V 120HZ 51kΩ 91kΩ 22kΩ91kΩ RH 12V -12V D 20μF 47kΩ 100kΩ 100kΩ 330kΩ UOUT -VS Rt A2 A1 释义与简介声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测定位和通信的电子设备是水声学中应用最广泛最重要的一种装置它是SONAR 一词的义音两顾的译称旧译为声纳SONAR是Sound Navigationand Ranging声音导航测距的缩写声呐技术至今已有100年历史它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置主要用来侦测冰山这种技术到第一次世界大战时被应用到战场上用来侦测潜藏在水底的潜水艇目前声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术用于对水下目标进行探测分类定位和跟踪进行水下通信和导航保障舰艇反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用此外声呐技术还广泛用于鱼雷制导水雷引信以及鱼群探测海洋石油勘探船舶导航水下作业水文测量和海底地质地貌的勘测等和许多科学技术的发展一样社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展工作的原理声波是观察和测量的重要手段有趣的是英文sound一词作为名词是声的意思作为动词就有探测的意思可见声与探测关系之紧密在水中进行观察和测量具有得天独厚条件的只有声波这是由于其他探测手段的作用距离都很短光在水中的穿透能力很有限即使在最清澈的海水中人们也只能看到十几米到几十米内的物体电磁波在水中也衰减太快而且波长越短损失越大即使用大功率的低频电磁波也只能传播几十米然而声波在水中传播的衰减就小得多在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹在两万公里外还可以收到信号低频的声波还可以穿透海底几千米的地层并且得到地层中的信息在水中进行测量和观察至今还没有发现比声波更有效的手段结构与分类声呐装置一般由基阵电子机柜和辅助设备三部分组成基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成其外形通常为球形柱形平板形或线列行有接收基阵发射机阵或收发合一基阵之分电子机柜一般有发射接收显示和控制等分系统辅助设备包括电源设备连接电缆水下接线箱和增音机与声呐基阵的传动控制相配套的升降回转俯仰收放拖曳吊放投放等装置以及声呐导流罩等换能器是声呐中的重要器件它是声能与其它形式的能如机械能电能磁能等相互转换的装置它有两个用途一是在水下发射声波称为发射换能器相当于空气中的扬声器二是在水下接收声波称为接收换能器相当于空气中的传声器俗称麦克风或话筒换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波专门用于接收的换能器又称为水听器换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电效应或磁致伸缩效应声呐的分类可按其工作方式按装备对象按战术用途按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声呐例如按工作方式可分为主动声呐和被动声呐按装备对象可分为水面舰艇声呐潜艇声呐航空声呐便携式声呐和海岸声呐等主动声呐主动声呐技术是指声呐主动发射声波照射目标而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数大多数采用脉冲体制也有采用连续波体制的它由简单的回声探测仪器演变而来它主动地发射超声波然后收测回波进行计算适用于探测冰山暗礁沉船海深鱼群水雷和关闭了发动机的隐蔽的潜艇被动声呐被动声呐技术是指声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号以测定目标的方位它由简单的水听器演变而来它收听目标发出的噪声判断出目标的位置和某些特性特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇安装及运用传统上潜艇安装声呐的主要位置是在最前端的位置由于现代潜艇非常依赖被动声呐的探测效果巨大的收音装置不仅仅让潜艇的直径水涨船高原先在这个位置上的鱼雷管也得乖乖让出位置而退到两旁去其他安装在潜艇上的声呐型态还包括安装在艇身其他位置的被动声呐听音装置利用不同位置收到的同一讯号经过电脑处理和运算之后就可以迅速的进行粗浅的定位对于艇身较大的潜艇来说比较有利因为测量的基线较长准确度较高另外一种声呐称为拖曳声纳因为这种声呐装置在使用时以缆线与潜艇连接声呐的本体则远远的拖在潜艇的后面进行探测拖曳声呐的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力尤其是潜艇的尾端这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分由于水流的声音的干扰位于前方的声呐无法听到这个区域的讯号而形成一个盲区使用拖曳声呐之后就能够消除这个盲区找出躲在这个区域的目标影响的因素影响声呐工作性能的因素除声呐本身的技术状况外外界条件的影响很严重比较直接的因素有传播衰减多路径效应混响干扰海洋噪声自噪声目标反射特征或辐射噪声强度等它们大多与海洋环境因素有关例如声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面海底的影响和制约会产生折射散射反射和干涉会产生声线弯曲信号起伏和畸变造成传播途径的改变以及出现声阴区严重影响声呐的作用距离和测量精度现代声呐根据海区声速--深度变化形成的传播条件可适当选择基阵工作深度和俯仰角利用声波的不同传播途径直达声海底反射声会聚区深海声道来克服水声传播条件的不利影响提高声呐探测距离又如运载平台的自噪声主要与航速有关航速越大自噪声越大声呐作用距离就越近反之则越远目标反射本领越大被对方主动声呐发现的距离就越远目标辐射噪声强度越大被对方被动声呐发现的距离就越远从科学的角度来说电磁波是能量的一种凡是能够释出能量的物体都会释出电磁波微波能通常由直流电或50MHz交流电通过一特殊的器件来获得可以产生微波的器件有许多种但主要分为两大类半导体器件和电真空器件电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件或称之为电子管在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管多腔速战速调管微波三四极管行波管等在目前微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波是无线电波中一个有限频带的简称即波长在1米不含1米到1毫米之间的电磁波是分米波厘米波毫米波的统称微波频率比一般的无线电波频率高通常也称为超高频电磁波微波作为一种电磁波也具有波粒二象性．微波量子的能量为1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j．1946年斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员一个偶然的机会他发现微波溶化了糖果事实证明微波辐射能引起食物内部的分子振动从而产生热量1947年第一台微波炉问世顾名思义微波炉就是用微波来煮饭烧菜的微波是一种电磁波这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多而且还很有"个性"微波一碰到金属就发生反射金属根本没有办法吸收或传导它微波可以穿过玻璃陶瓷塑料等绝缘材料但不会消耗能量而含有水分的食物微波不但不能透过其能量反而会被吸收微波炉正是利用微波的这些特性制作的微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成可以阻挡微波从炉内逃出以免影响人们的身体健康装食物的容器则用绝缘材料制成微波炉的心脏是磁控管这个叫磁控管的电子管是个微波发生器它能产生每秒钟振动频率为245亿次的微波这种肉眼看不见的微波能穿透食物达5cm深并使食物中的水分子也随之运动剧烈的运动产生了大量的热能于是食物"煮"熟了这就是微波炉加热的原理用普通炉灶煮食物时热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的而用微波炉烹饪热量则是直接深入食物内部所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍热效率高达80以上目前其它各种炉灶的热效率无法与它相比而微波炉由于烹饪的时间很短能很好地保持食物中的维生素和天然风味比如用微波炉煮青豌豆几乎可以使维生素C一点都不损失另外微波还可以消毒杀菌使用微波炉时应注意不要空"烧"因为空"烧"时微波的能量无法被吸收这样很容易损坏磁控管另外人体组织是含有大量水分的一定要在磁控管停止工作后再打开炉门提取食物微波炉的基本结构微波炉的基本外形和构造微波式传感器的组成微波振荡器和微波天线二微波传感器测量原理由发射天线发出的微波遇到被测物体时将被吸收或反射使功率发生变化若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波并将它转换成电信号再由测量电路处理就实现了微波检测微波传感器可分为反射式与遮断式两种 1．反射式传感器通过检测被测物反射回来的微波或经过时间间隔来表达被测物的位置厚度等参数 2．遮断式传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数三微波传感器的应用 1．微波液位计微波发射天线微波接收天线当发射功率波长增益均恒定时只要测得接收功率就可获得被测液面的高度 2．微波物位计 1 当被测物位较低时发射天线发出的微波束全部由接收天线接收经放大器比较器后发出正常工作信号2 当被测物位升高到天线所在的高度时微波束部分被吸收部分被反射接收天线接到的功率相应减弱经放大器比较器就可给出被测物位高出设定物位的信号观察者 R S 波源 u 观察者的运动速度 u波速波源和观察者相对静止时观察者接收到的波源的频率波源的运动速度波源和观察者相对运动时观察者接收到的波源的频率 3 观察者静止波源以速率运动 a波源朝向观察者以速度运动 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了 a波源与接收者相互靠近 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了4波源及观察者同时运动 a波源与接收者相互靠近 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了 4波源及观察者同时运动 b波源与接收者相互远离u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率降低了利用多普勒效应监测车速固定波源发出频率为v 100Hz 的超声波当汽车向波源行驶时与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为已知空气中的声速为。