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1、第九章 气、湿敏传感器,第一节 半导体气敏传感器第二节 湿敏传感器第三节 气、湿敏传感器应用举例,第一节 半导体气敏传感器,半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。早在20世纪30年代就已经发现氧化亚铜的导电率随水蒸气的吸附而发生改变。其后又发现许多其它金属氧化物也都具有气敏效应。这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之谓半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。,半导体气敏传感器的分类,一、气敏半导体材
2、料的导电机理 以半导瓷材料SnO2为例说明气敏半导体材料的导电机理。SnO2是N型半导体，其导电机理可以用吸附效应来解释。,半导瓷气敏电阻的阻值将随吸附气体的数量和种类而改变。这类半导瓷气敏电阻工作时都需加热。器件在加热到稳定状态的情况下，当有气体吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散。其间一部分分子蒸发，一部分分子就固定在吸附处。此时如果材料的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子将从材料夺取电子而变成负离子吸附；如果材料功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向材料释放电子而成为正离子吸附。O2和NOx（氮类氧化物）倾向于负离子吸附，称为氧化型气体。H2、CO、碳氢化合物和酒类倾向于正离子
3、吸附，称为还原型气体。,氧化型气体吸附到N型半导体上，将使载流子减少，从而使材料的电阻率增大。还原型气体吸附到N型半导体上，将使载流子增多，材料电阻率下降。根据这一特性，就可以从阻值变化的情况得知吸附气体的种类和浓度。,氧化型气体吸附到P型半导体上，将使载流子增多，从而使材料的电阻率下降。还原型气体吸附到P型半导体上，将使载流子减少，材料电阻率增大。也可根据这一特性，从阻值变化的情况得知吸附气体的种类和浓度。,二、电阻型气敏传感器的结构 电阻型气敏器件在目前使用的比较广泛。按其结构，可分为烧结型，薄膜型和厚膜型三种，烧结型应用最广泛性。,1、烧结型 烧结型气敏器件的制作是将一定配比的敏感材料(
4、SnO2、InO)及掺杂剂(Pt、Pb)等以水或粘合剂调和，经研磨后使其均匀混合，然后将已均匀混合的膏状物滴入模具内，用传统的制陶方法进行烧结。烧结时埋入加热丝和测量电极，最后将加热丝和测量电极焊在管座上，加特制外壳构成器件。这种器件一般分为内热式和旁热式两种结构 。,内热式（直热式）器件管芯体积一般都很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板，该结构制造工艺简单。其缺点是：热容量小，易受环境气流的影响；测量电路和加热电路之间相互影响；加热丝在加热和不加热状态下产生胀、缩，容易造成与材料接触不良的现象。,旁热式气敏器件的管芯是在陶瓷管内放置高阻加热丝，在瓷管外涂梳状金电极，再在
5、金电极外涂气敏半导体材料。这种结构形式克服了内热式器件的缺点，使器件稳定性有明显提高。,2、薄膜型薄膜型气敏器件的制作首先须处理基片(玻璃石英式陶瓷)；焊接电极，之后采用蒸发或溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化物半导体薄膜。实验测得SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好。薄膜型器件外形结构如图9-2所示。这种器件具有较高的机械强度，产量高、成本低等优点。,3、厚膜型为解决器件一致性问题，1977年发展了厚膜型器件。它是有SnO2和ZnO等材料与315(重量)的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到事先安装有铂电极的Al2O3基片上，以400800烧结1小时制成。其结构如图9-2所示。厚
6、膜工艺制成的元件一致性较好，机械强度高，适于批量生产，是一种有前途的器件。,以上三种气敏器件都附有加热器。在实际应用时，加热器能使附着在控测部分上的油雾，尘埃等烧掉，同时加速气体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度，一般加热到200-400，具体温度视所掺杂质不同而异。这种气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便；对气体浓度变化时的响应快；即使在低浓度(3000mg/kg)下，灵敏度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化较快，气体识别能力不强，各器件之间的特性差异大等。,三、半导体气敏元件的特性参数 （1）气敏元件的电阻值 将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型
7、)的固有电阻值，表示为。一般其固有电阻值在(103105)范围。测定固有电阻值时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。,（3）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。,（2）气敏元件的灵敏度 是表征气敏元件
8、对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。,（4）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5；旁热式的加热电阻大于20。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用表示。一般在(0.52.0)W范围。,（5）气敏元件的恢复时间 表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63时所需时间。,四、非电阻型气敏
9、器件1、二极管气敏传感器 如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气体又对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则其整流特性就会发生变化。在硫化镉上，薄薄地蒸发一层钯薄膜，就形成了钯硫化镉二极管气敏传感器，这种传感器可用来检测氢气。氢气对这种二极管整流特性的影响如下:在氢气浓度急剧增高的同时，正向偏置条件下的电流也急剧增大。所以在一定的偏置下，通过测量电流值就能知道氢气的浓度。电流值之所以增大，是因为吸附在钯表面的氧气由于氢气浓度的增高而解吸，从而使肖特基势垒降低的缘故。,2、MOS二极管气敏器件金属-氧化物-半导体(MOS)二极管的结构和等效电路如图9-8所示。它是利用MOS二极
10、管的电容-电压特性的变化制成的MOS半导体气敏器件。在P型半导体硅芯片上，采用热氧化工艺生长一层厚度为50100nm左右的SiO2层，然后再在其上蒸发一层钯金属薄膜，作为栅电极。SiO2层电容Cax是固定不变的，Si-SiO2界面电容Cx是外加电压的函数。所以总电容C是栅极偏压的函数。其函数关系称为该MOS管的C-U(电容-电压)特性。由于钯在吸附H2以后，会使钯的功函数降低。这将引起MOS管的C-U特性向负偏压方向平移，如图9-8所示。由此可测定H2的浓度。,9,3、Pd-MOSFET气敏器件这种器件是利用MOS场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压的变化做成的半导体气敏器件。Pd-MOSF
11、ET与普通MOSFET的主要区别在于用Pd薄膜取代Al膜作为栅极。因为钯对H2吸附能力强，而H2在钯上的吸附将导致钯的功函数降低。阈电压UT的大小与金属和半导体之间的功函数差有关。Pd-MOSFET气敏器件正是利用H2在钯栅上吸附后引起阈电压UT下降这一特性来检测H2浓度的。,由于目前大多数气敏器件的选择性并不理想，而钯膜只对H2敏感，所以Pd-MOSFET对氢有独特的高选择性。由于这类器件的性能尚不太稳定，作为定量检测氢气浓度还存在一些问题。,第二节湿敏传感器精密仪器、半导体集成电路与元器件制造场所，气象预报、医疗卫生、食品加工等行业都有广泛的应用。湿度传感器依据使用材料分类：,电解质型：以
12、氯化锂为例，它在绝缘基板上制作一对电极，涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解，并产生离子导电，随湿度升高而电阻减小。陶瓷型：一般以金属氧化物为原料，通过陶瓷工艺，制成一种多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。高分子型：先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极,通过浸渍或涂覆,使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的材料种类也很多,工作原理也各不相同。单晶半导体型：所用材料主要是硅单晶，利用半导体工艺制成。制成二极管湿敏器件和MOSFET湿度敏感器件等。其特点是易于和半导体电路集成在一起。,一、湿度表示法 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。主要有质
13、量百分比和体积百分比、相对湿度和绝对湿度、露点（霜点）等表示法。 1、质量百分比和体积百分比 质量为M的混合气体中，若含水蒸气的质量为m，则质量百分比为,vV100,这两种方法统称为水蒸气百分含量法。,mM100,在体积为V的混合气体中，若含水蒸气的体积为v，则体积百分比为,2、相对湿度和绝对湿度 水蒸气压是指在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气分压(p)。而饱和蒸气压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值(ps)。温度越高，饱和水蒸气压越大。在某一温度下，其水蒸气压同饱和蒸气压的百分比，称为相对湿度绝对湿度表示单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其定义为,m待测空气中水蒸气质
14、量；V待测空气的总体积；AH待测空气的绝对湿度。,二、湿度传感器的主要参数 1、湿度量程指湿度传感器技术规范中所规定的感湿范围。全湿度范围用相对湿度(0100)RH表示，它是湿度传感器工作性能的一项重要指标。,2、感湿特征量相对湿度特性每种湿度传感器都有其感湿特征量，如电阻、电容等，通常用电阻比较多。以电阻为例，在规定的工作湿度范围内，湿度传感器的电阻值随环境湿度变化的关系特性曲线，简称阻湿特性。有的湿度传感器的电阻值随湿度的增加而增大，这种为正特性湿敏电阻器，如Fe3O4湿敏电阻器。有的阻值随着湿度的增加而减小，这种为负特性湿敏电阻器，如TiO2SnO2陶瓷湿敏电阻器。对于这种湿敏电阻器，低
15、湿时阻值不能太高，否则不利于和测量系统或控制仪表相连接。,3、感湿灵敏度简称灵敏度，又叫湿度系数。其定义是在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1RH时，湿度传感器电参量的变化值或百分率。 各种不同的湿度传感器，对灵敏度的要求各不相同，对于低湿型或高湿型的湿度传感器，它们的量程较窄，要求灵敏度要很高。但对于全湿型湿度传感器，并非灵敏度越大越好，因为电阻值的动态范围很宽，给配制二次仪表带来不利，所以灵敏度的大小要适当。,4、响应时间 在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿度传感器的电参量达到稳态变化量的规定比例所需要的时间。一般是以相应的起始和终止这一相对湿度变化区间的63作为相对湿度变化所需要的时
16、间，也称时间常数，它是反映湿度传感器相对湿度发生变化时，其反应速度的快慢。单位是s。也有规定从起始到终止90的相对湿度变化作为响应时间的。响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间，一般以脱湿响应时间作为湿度传感器的响应时间。,5、电压特性 当用湿度传感器测量湿度时，所加的测试电压，不能用直流电压。这是由于加直流电压引起感湿体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，故测试电压采用交流电压。,右图表示湿度传感器的电阻与外加交流电压之间的关系。可见，测试电压小于5V时，电压对阻湿特性没有影响。但交流电压大于15V时，由于产生焦耳热，对湿度传感器
17、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 /,0,1,2,3,4,5,6,5,7,8,4,20 100Hz,11% RH,33% RH,75% RH,100% RH,U/V,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 /,6、频率特性湿度传感器的阻值与外加测试电压频率的关系，如图。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，在各种湿度下，当测试频率小于103Hz时，阻值不随使用频率而变化，故该湿度传感
18、器使用频率的上限为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。,电解质氯化锂湿度传感器最为典型,氯化锂是典型的离子晶体。其湿敏机理可如下解释：高浓度的氯化锂溶液中，Li和Cl仍以正、负离子形式存在；而溶液中的离子导电能力与溶液的浓度有关。实践证明，溶液的当量电导随着溶液的增加
19、而下降。当溶液置于一定温度的环境中时、若环境的相对湿度高，溶液将因吸收水份而浓度降低；反之，环境的相对湿度低，则溶液的浓度就高。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化，从而实现了湿度的测量。,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2090RH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的陶瓷湿度传感器。具有许多优点：测湿范围宽，可实现全湿范围内的湿度测量；工作温度高，常温湿度传感器的工作温度在150以下，而高温湿度传感器的工作温度可达800，响应时间较短，精度高，抗污染能力强，工艺简单，成本低廉。,典型产品是烧结型陶瓷湿敏元件是MgCr2O4
20、TiO2系。此外，还有TiO2-V2O5系、ZnOLi2OV2O5系、ZnCr2O4系、ZrO2MgO系、Fe3O4系、Ta2O5系等。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、结构该湿度传感器的感湿体是MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷。这种多孔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。,2、主要特性
21、与性能 （1）电阻一湿度特性 MgCr2O4TiO2系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100RH时，阻值从107下降到104，即变化了三个数量级。,20,40,60,80,100,103,104,105,106,107,108,相对湿度/%,R/,（2）电阻温度特性是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，其感湿负温度系数为0.38RH。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
22、,40,60,80,100,103,104,105,106,107,108,相对湿度/%,20,40,60,80,R/,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,20,40,60,80,100,0,10,20,30,94%RH 50%RH,1%RH 50%RH,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系陶瓷类湿度传感器，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95RH
23、，温度60，交流电压5V，时间104h)；常温常湿试验湿度(1090)RH，温度(1040)；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、高分子湿度传感器用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。某些高分子电介质吸湿后，介电常数明显改变，制成了电容式湿度传感器；某些高分子电解质吸湿后，电阻明显变化，制成了电阻式湿度传感器；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，制成了结露传感器。 （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。,
24、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所以根据电容量的变化可测得相对湿度。,（2）响应特性由于高分子薄膜可以做得极薄，所以吸湿响应时间都很短，一般都小于5s，有的响应时间仅为1s。（3）电容一温度特性电容式高分子膜湿度传感器的感湿特性受温度影响非常小，在550范围内,电容温度系数约为0.06RH/,（1）电容湿度特性其电容随着环境温度的增加而增加,基本上呈线性关系。当
25、测试频率为l.5MHz左右时,其输出特性有良好的线性度。对其它测试频率,如1kHz、10kHz，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(34)RH。,1K,30,40,50,60,70,8
26、0,90,吸湿,10K,100K,1M,10M,相对湿度/%,R/,脱湿,3%RH,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(055)时，温度系数为(0.61.0)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,R/,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快，降湿响应时间比较慢，响应时间在一分钟之内。湿滞比较小，在(12)RH之间。这种湿度传感器具有良好的稳定性。存储一年后，其最大变化不超过2RH，完全可以满足器件稳定性的要求。
27、高分子薄膜湿度传感器的缺点是：对于含有机溶媒气体的环境下测湿时，器件易损坏；另外不能用于80以上的高温。,第三节 气、湿敏传感器应用举例,一、气体传感器的应用 分为检测、报警、监控等几种类型。1、电源电路 一般气敏元件的工作电压不高(3V10V)，其工作电压，特别是供给加热的电压，必须稳定。否则，将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检测准确性。,2、辅助电路,由于气敏元件自身的特性(温度系数、湿度系数、初期稳定性等)，在设计、制作应用电路时，应予以考虑。如采用温度补偿电路，减少气敏元件的温度系数引起的误差；设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值大幅度变化造成误报；使
28、用加热器失效通知电路，防止加热器失效导致漏报现象。下图是一温度补偿电路,当环境温度降低时，则负温度热敏电阻(R5)的阻值增大，使相应的输出电压得到补偿。,右图为正温度系数热敏电阻(R2)的延时电路。刚通电时，其电阻值也小，电流大部分经热敏电阻回到变压器，蜂鸣器(BZ)不发出报警。当通电12min后，阻值急剧增大，通过蜂鸣器的电流增大，电路进入正常的工作状态。,3、检测工作电路 这是气敏元件应用电路的主体部分。 下图是设有串联蜂鸣器的应用电路。随着环境中可燃性气体浓度的增加，气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警信号。,220V,BZ,氖管,家用可燃性气体报警器
29、电路,气敏传感器,蜂鸣器,B,R,下图是差分式可燃性气体检测仪电路原理图。 在此电路中，BG1、BG2的参数应力求一致，最好选用差分对管。采用这种差分电路，检测气体的灵敏度可达100 106。,K1,W11,W31,W41,W21,R3,R2,BG1,BG2,R4,R5,K2,3V,6V,A,差分式可燃性气体检测仪电路,R1,RQ,下图是家用煤气(CO)安全报警电路。一部分是煤气报警器，在煤气浓度达到危险界限前发生警报；另一部分是开放式负离子发生器，其作用是自动产生空气负离子，使煤气中主要有害成分一氧化碳与空气负离子中的臭氧(O3)反应，生成对人体无害的二氧化碳。,IC1,IC2,J,BG3,
30、220V,K,J1,R10,R12,R11,R1,R2,R3,R4,BG1,BG2,C1,C2,C3,C4,R5,R6,R7,R8,R13,R9,D1,D2,D3,D4,D5,Dw,W1,W2,C7,C5,C6,MT2,MT1,3CTS3,RQ,A,B,LED,6,2,1,3,7,4,8,5,2,13,8,7,B1,B2,D7,煤气安全报警器原理图,二、湿度传感器的测量电路 （一）检测电路的选择 1、电源选择 一切电阻式湿度传感器都必须使用交流电源，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
31、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是，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
32、系数,湿度温度系数,若传感器的湿度温度系数为0.07RH/，工作温度差为30，测量误差为0.21RH/，则不必考虑温度补偿；若湿度温度系数为0.4RH/，则引起12RH/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，这给湿度的测量、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
33、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，由于湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化，于是电桥失去平衡，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,100k,传感器,湿度,3AX3 2,10k,100k6,3DG6,2k,2k,2.2k,9V,10F,10F,20F,10F,20F,3k2,U,1
34、0F,51k,51k,100mA,便携式湿度计的实际电路,2欧姆定律电路 此电路适用于可以流经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，可以用市电作为电源，只要用降压变压器即可。其电路图如图。,欧姆定律电路,220V,22k,51k,3V,2AP94,输入,Rd,插口,0.05F2,3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(20k，B=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(3090)RH、1535范围内，输出电压表示的湿度误差不超过3RH。,
