湿度传感器原理与应用.ppt

第6讲半导体湿度传感器 什么是湿度 空气中水蒸气含量多少的物理量 与我们密切相关 农业 大棚 蘑菇工业 电子工艺 纺织物资存储 粮食 文物图书生活 舒适40 70 健康 干燥呼吸道疾病潮湿关节炎 应用 半导体净化车间 应用 温室 应用 气象 玉山 应用 文物保护 敦煌 应用 健康 玉山 106 105 104 103 102 101 20020406080100 温度 水饱和蒸汽压 pa 6 1湿度定义 饱和蒸汽压 6 1湿度定义 绝对湿度 绝对湿度 Absolutehumidity 单位体积 1m3 的气体中含有水蒸气的质量 g 单位 AH g m3 绝对湿度也可以用温度与水蒸气分压表示 6 1湿度定义 相对湿度 Relativehumidity 气体中的绝对湿度Pv与该温度气体饱和状态的绝对湿度Ps之比表示 RH Pv Ps 100 根据气体定律 水蒸气的质量正比于水蒸气分压 所以 气体中的水蒸气分压 e 与该温度气体饱和水蒸气压 s 的比 用百分比表示 表示 RH e es 100 相对湿度最常用 6 1湿度定义 换算 已知温度 RH和AH可以互相换算 例如 20 RH 60 求AH 20 的饱和蒸汽压为2338pa 水蒸气分压为2338 60 1400pa 相当于大气压 1400 101325 0 0138 20 相当于大气压 0 0138 273 273 20 0 0108 0 1m3的水蒸气摩尔数 0 0108 1 0 0224 0 48 1m3的水蒸气质量 0 48 18 8 64 g 答案 AH 8 64g m3 依据PV RT 6 1湿度定义 换算 例如 30 水蒸汽分压为2000pa 求RH AH 1 RH 2000 4245 47 很舒适 2 AH 0 分压 2000 273 273 30 1800Pa 大气压 1800 105 0 018 1m3的的水蒸气质量 0 75 18 13 5 g 答案 AH 13 5g m3 1m3的摩尔数 0 018 0 024 0 75mol 6 1湿度定义结露 106 105 104 103 102 101 20020406080100 温度 水饱和蒸汽压 pa 如果绝对湿度不变 则温度增加RH减小温度降低RH增加 右图的例子 30 RH 50 到10 左右结露 若升高到60 RH降到10 6 1湿度定义露点 例如 30 水蒸汽分压为2000 求露点 由图求出 露点约为20 水蒸汽压 0 3 4245 1330 例如 30 RH 30 求露点 由图求出 露点约为10 将温度为T1的气体冷却 开始结露的温度T2显然 温度T1时的水蒸汽压 温度T2的饱和水蒸汽压 主要参数 1 湿度量程2 相对湿度特性曲线3 灵敏度4 温度系数响应时间湿滞迴线7 电压特性8 频率特性其他 精度 温度范围 稳定性 寿命 湿度量程 湿度测量的全量程为0 100 RH 但对一种具体的传感器一般是无法覆盖全量程的 所以湿度传感器的标称量称越大 使用的价值就越大 木材干燥0 40 空调30 70 气象0 100 相对湿度特性曲线 020406080100 RH 感湿特征量 正特性 负特性 灵敏度S 020406080100 RH 感湿特征量Y 斜率 温度系数C 020406080100 RH 感湿特征量Y T2 T1 Y2 Y1 特征量温度系数 感湿温度系数 H2 H1 响应时间 RH Y 1 0 63 阶跃湿度变化输出特征量0 63 的时间 湿滞迴线 020406080100 RH 感湿特征量Y Y2 Y1 湿滞量 YFS 电压 频率特性 AC的理由 1 电容驱动 2 电阻型的电解防止 最大电压幅度限制 防止发热 最大频率限制 毛发湿度计 优点 使用简单 测量工程装置安装成本低 本低应用 缺点 维修费用高 要频繁地对毛发进行长度还原 湿度测量范围小 15 至85 RH 高误差 测量慢 非电量输出 干湿球湿度计 干球温度气温湿球温度RH有关 露点湿度计 半导体制冷 温度测量 镜面观测 读数显示 美国EdgeTech公司1500型 电容型湿度传感器结构 采用电容型高分子介质材料制成的温度传感器电容器介质材料 高分子薄膜 醋酸纤维素等吸附水分后 介电系数就增大 电容量增大特点 灵敏度高 线性好 电容型湿度传感器结构 湿度传感器电容型湿度传感器 产品名称 湿度传感器 电容型 产品型号 VHM10产品厂商 深圳市矢量科技有限公司简单介绍V HM10V系列湿度模块电压 0 8 3 9VDC 输出线性无需避光 无需防静电 高湿后恢复时间短 湿度传感器电容型参数 主要参数 Ta 25 C Vs 5VDC 湿度测量范围5 99 RH精度 40to60 RH 3 RH温度系数 10 50 C 0 2 RH C供电电压5VDC消耗电流1 1mA 5VDC 输出 0 100 RH线性对应0 8V 3 9V 工作温度范围 10 60 C储存温度范围 30 70 C长期稳定性90 RH环境中存放150小时后 10s响应时间 33to76 RH 慢流动的空气中 30s 湿度传感器电阻型 产品名称 湿度传感器 电阻型 产品型号 CHR 01产品厂商 广州西博臣科技有限公司简单介绍采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上 形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件 导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率 湿度传感器电阻型参数 陶瓷型湿度传感器 材料 金属氧化物特性 具有感湿特性电阻率随湿度下降 RH R 108 107 106 105 104 103 0204060