第10章半导体传感器

第10章半导体式化学传感器传感器原理与应用

传感与检测技术

10.1气敏传感器

10.2湿敏传感器10.3离子敏传感器第10章半导体传感器主要内容：

传感与检测技术第10章半导体传感器概述

凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。半导体式传感器种类很多，其中包括：压阻元件、集成温度传感器、磁敏元件、光敏电阻、霍尔元件等。半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目或改变PN结特性。半导体电特性被测量电信号本章主要介绍半导体型的电化学传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器优点：传感器器件采用半导体加工工艺，因而没有相对运动部件，结构简单；半导体材料容易实现集成化、智能化，低功耗，可用于便携式仪器的现场测试；缺点：受温度影响，需采用补偿措施；线性范围窄，性能参数离散性大。概述

半导体式化学传感器是上世纪70年代后期诞生起来的新型传感器，主要是以半导体作为敏感材料，通过物理特性变化实现信号转换。如：气敏、湿敏、离子敏传感器。由于化学传感器转换机理复杂，目前半导体式化学传感器远不及电参数式物理量和其它传感器成熟。

传感与检测技术第10章半导体传感器气敏元件湿敏元件湿敏传感器半导体电化学传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器甲烷、可燃气体报警器一氧化碳（CO）二氧化碳（CO2）二氧化硫（SO2

）便携式酒精含量测试仪酸度计纯水测试仪测量水质

气敏传感器离子敏传感器湿度测试仪测量

传感与检测技术第10章半导体传感器10.1气敏传感器

气敏传感器特点灵敏度较高，达10-6～10-3数量级，无需放大；可检测到可燃气体爆炸下限的1/10，用于泄漏报警;

响应速度较慢。

气敏传感器用于检测工业现场、环境气体浓度和成份工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；容器或管道泄漏的检漏；

酒后驾车的乙醇浓度检测；环境中的有害、有毒气体监测；空气净化、家电用品、宇宙探测；牙医口臭检查。

传感与检测技术第10章半导体传感器不同气体需采用各种不同气敏传感器的检测仪器一氧化碳（CO）矿用气体检测仪

天然气、煤气等易燃易爆的安全监测

酒后驾车的乙醇浓度检测

传感与检测技术第10章半导体传感器二氧化硫（SO2

）测试仪二氧化碳（CO2）检测仪氩气（Ar2

）检测分析仪

容器或管道泄漏的检漏可燃气体检漏仪

传感与检测技术第10章半导体传感器甲烷遥距测试仪可燃气体检测仪智能型甲烷检测报警仪便携式甲醛检测仪

环境中的有害、有毒气体监测空气质量检测仪

传感与检测技术第10章半导体传感器半导体气体传感器按检测对象分类

传感与检测技术第10章半导体传感器10.1气敏传感器由于气体种类很多，性质各不相同，不可能用同一种气体传感器测量所有气体；所以检测不同气体需要选用不同型号的气敏传感器。按半导体的物理特性，可分为电阻型和非电阻型半导体气敏传感器按工作原理分类

传感与检测技术第10章

半导体式传感器电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化。氧气是具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体——电子接收性气体；氢、碳氧化合物、醇类等是具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给性气体。10.1.1电阻型半导体气敏传感器氧气氢气---+++半导体电阻变化气体氧化反应还原反应

传感与检测技术第10章

半导体式传感器当氧化型气体吸附到N型半导体上，使载流子减少，电阻率上升；当还原型气体吸附到N型半导体上，载流子增多，电阻率下降；当氧化型气体吸附到P型半导体上，载流子增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到P型半导体上，载流子减少，电阻率上升；

10.1.1电阻型半导体气敏传感器

气体与（N、P型）半导体接触时情况N型半导体多电子；

P型半导体多空穴

氧化型气体接收电子；还原型气体供给电子N--氧N----氢P++

传感与检测技术第10章

半导体式传感器半导体是一种多晶材料，晶粒大小约为10-6cm，一个器件是由许许多多小颗粒组成，在晶粒连接处形成许多晶粒间界；正是这些晶粒间界的性质决定着多晶材料的导电特性，整个半导体块的电导由这些间界的导电性能决定的。(1)电阻型半导体气敏传感器工作机理

气敏材料敏感机理n-SnO2气敏传感器是目前工艺最成熟的气敏器件，这种传感器以多孔质SnO2陶瓷为基本材料，添加不同催化剂，采用传统制陶方法进行烧结。

传感与检测技术第10章

半导体式传感器空气中—高阻状态由于空气中的氧化的作用，半导体（N型）材料的电子电荷被氧吸附，结果使传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；空气中—氧化作用—氧吸附半导体电子—电阻增加.气敏器件与被测器体接触—电阻减小当气敏元件与被测气体(氢、醇类)接触时，会与传感器表面吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。与气体接触时—吸附的气体与氧发生反应—电子释放—电导增加，电阻减小.

以N型半导体为例：通常气敏器件工作在空气中N--氧N--氢--

传感与检测技术第10章

半导体式传感器

10.1.1电阻型半导体气敏传感器

气体与N型半导体接触时情况N型半导体与气体接触时的氧化还原响应

传感与检测技术第10章

半导体式传感器电阻型半导体气敏传感器的导电机理用一句话描述：

利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化检测出气体的种类和浓度。电阻式气敏传感器可用于检测可燃气体，所以又称热效率探测器。(1)电阻型半导体气敏传感器工作机理

电阻型气敏传感器是目前使用较广泛的一种气敏元件。

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半导体式传感器

电阻型传感器主要由敏感元件、加热器、外壳三部分组成。气敏电阻的材料是金属氧化物；合成时加敏感材料和催化剂烧结；按制造工艺分为烧结型、薄膜型、厚膜型

金属氧化物有:N型半导体SnO2Fe2O3

ZnO

TiOP型半导体CoO2

PbOMnO2CrO3

(2)电阻型半导体气敏传感器结构特征电阻型气敏传感器封装这些金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后才显示气敏特性。

传感与检测技术第10章

半导体式传感器电阻式气敏传感器可以等效为电阻ABFF’AB电阻型气敏元件及符号(2)电阻型半导体气敏传感器结构特征

在常温下，电导率变化并不大，达不到检测目的，因此，电阻型结构的气敏元件都有电阻丝加热器。气敏传感器电路符号

传感与检测技术第10章

半导体式传感器加热方式分为直热式和旁热式直热式(加热丝与测量丝埋入氧化物中烧结),

特点是成本低，但受气流影响，稳定性差.旁热式(加热丝放在陶瓷管内,管外金属电极涂上氧化物),加热丝与气敏材料不接触,避免测量回路与加热回路的相互影响,减小环境温度的影响.国产同类产品：直热式-QN型；旁热式-MQ型.

传感与检测技术第10章

半导体式传感器气敏元件加热作用有两个：一是可以加速气体吸附和氧化还原反应，提高传感器的灵敏度和响应速度；二是烧掉附着在壳面上的油雾、尘埃。

电阻型气敏元件在加热状态下工作加热时间2～3分钟；加热电源一般为5V；加热温度200～450℃。ABFF’

传感与检测技术第10章

半导体式传感器(3)电阻型半导体气敏传感器特性参数a.固有电阻Ra气敏元件在洁净空气中的电阻值称为固有电阻Ra

，固有电阻值一般在几十kΩ到数几百kΩ范围内。气敏传感器的分辨率反映气体元件对被测气体的识别以及对干扰气体的抑制能力，即b.分辨率式中，Ugi在规定浓度下，元件在第i种气体中负载电阻上电压。

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半导体式传感器c.灵敏度——

表征气敏元件的灵敏度通常有下列几个参数：电阻灵敏度:气敏元件的固有电阻Ra与在规定气体浓度下气敏元件的电阻Rg

之比为电阻灵敏度，即气体分离度:气体浓度分别为g1、g2时，气体元件的电阻Rg1、Rg2之比为气体分离度，可表示为电压灵敏度，气敏元件在固有电阻值时的输出电压Ua

与在规定浓度下负载电阻的两端电压Ug

之比为电压灵敏度

传感与检测技术第10章

半导体式传感器d.时间常数

从气敏元件与某一特定浓度的气体接触开始，到元件的阻值达到此浓度下稳定阻值的63.2%为止所需要的时间称为元件在该浓度下的时间常数。e.恢复时间tr由气敏元件脱离某一浓度的气体开始，到气敏元件的阻值恢复到固有电阻Ra的36.8%为止所需要的时间称为元件的恢复时间tr。

传感与检测技术第10章

半导体式传感器(4)电阻型半导体气敏传感器基本测量电路特性气敏传感器测量电路

测量电路是将元件电阻的变化转化成电压电流的变化。测量电路包括加热回路和测试回路两部分：

A、B端为传感器测量电极回路，F、F’引脚为加热回路。

加热电极F、F’电压UH=5V，A-B之间电极端等效为电阻Rs，负载电阻RL兼做取样电阻；

可见输出电压与气敏电阻有对应关系

负载电阻上输出电压为：

传感与检测技术第10章

半导体式传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器（5）应用

5V（半定量）信号M第10章半导体传感器（5）应用

LM3914—LED驱动器集成电路内部电路

条形LED器件封装

传感与检测技术第10章半导体传感器防酒后驾车汽车点火电路

继电器J1-1、J1-2常开结点,J2-1常闭结点,J2-2常接VD1（绿灯）,VD2（红灯）

S闭合，无酒精时，J1闭合点火;气敏电阻高，Ua高Uo低，555输出高，J2无电流；有酒精时，气敏电阻下降，Ua低Uo高，555输出低，J2吸合，J2-1断开，不启动；若司机拔出气敏传感器，J1断电J1-1断开无法启动。J1-2气敏元件加热回路555触发器电源开关酒精

传感与检测技术第10章半导体传感器预防瓦斯爆炸报警电路LC179型三模拟声报警专用集成电路,内部集成了功率放大器,可直接驱动扬声器发声。VD为晶闸管做电源控制。

传感与检测技术第10章半导体传感器MQS2B传感器火灾报警电路

传感与检测技术第10章半导体传感器IC1为比较器，检测电池电量，正常输出高，振荡器工作；

IC2检测信号阈值比较器，接传感器（15脚）信号；无信号时IC2输出低；有气体时当信号输入小于阈值电压IC2翻转输出高；驱动10-11报警，5脚LED发光。报警输出LED驱动信号

传感与检测技术第10章

半导体式传感器10.1气敏传感器

10.1.2非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器主要类型：利用MOS二极管的电容—电压特性变化；利用MOS场效应管的阈值电压的变化；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化。非电阻型半导体气敏传感器利用晶体管参数进行气体检测，多为氢敏（氢气敏感）传感器。特点是：用特定材料对某些气体敏感。工艺成熟、易集成、价格便宜，

传感与检测技术第10章

半导体式传感器在P型硅氧化层上蒸发一层钯（Pd）金属膜作栅电极。氧化层（SiO2）电容Ca是固定不变的。而硅片与氧化层界面电容Cs，总电容C

为Cs与Ca串联，Cs是外加电压的功函数，C也是偏压U的函数。MOS二极管等效电容C随电压变化。金属钯（Pd）对氢气（H2）特别敏感。当Pd吸附H2以后，使Pd电极的功函数下降，使MOS管C—U特性向左平移，利用这一特性用于测定氢气的浓度。MOS二极管元件结构MOS二极管C—U特性MOS二极管气敏元件等效电路

（1）MOS二极管气敏元件（电容—电压）Pd吸附H2后Pd电极的功函数下降

传感与检测技术第10章半导体传感器

UGS>UT（阈值电压）时栅极氧化层下的硅从P变为N型，N型区将S（源）和D（漏）连接起来，形成导电通道，MOSFET进入工作状态。在电压UDS作用下D-S有电流IDS流过。

IDS随UDS、UGS变化；当UGS<UT时沟道没形成,无漏源电流,IDS=0。UT称为阈值电压UDSD漏G栅S源UGSIDS（2）MOSFET(场效应管)气敏元件钯Pd—MOSFET管结构与工作原理DGSbUTIDSUGSN沟道MOSFET，当栅（G）源（S）间加正向偏压（电场作用下空间电荷区逐渐增大）-----

传感与检测技术第10章半导体传感器

（2）MOSFET(场效应管)气敏元件阈值电压UT大小与材料有关外，与金属与半导体间的功函数有关。Pd对H2吸附性很强，H2吸附在Pd栅上引起Pd功函数降低。Pd—MOSFET器件就是利用H2在钯栅极吸附后改变功函数使UT下降引起漏-源电流的变化检测H2浓度。氢气扩散到钯-硅介质边界时形成电偶层，从而使MOS场效应管的阈值电压下降，当渗透到鈀中的氢气被释放逸散时，阈值电压恢复常态。

Pd

传感与检测技术第10章半导体传感器利用金属和半导体接触的界面形成肖特基势垒，构成金属半导体二极管，具有整流特性。特点：加正偏压时半导体金属二极管的正向导通电阻极小，结电压UD＜0.2V，相当短路；加负偏压时UD很大相当开路几乎无电流。由于金属与半导体界面吸附气体时，影响半导体禁带宽度Eg，二极管正向偏压条件下，气体浓度↑电流↑输出电压UR↑

。当金属与半导体界面有气体时，界面势垒降低，电流变化（上升）。UDIDU（3）肖特基二极管

非电阻型半导体气敏器件主要用于氢气浓度测量。氢

传感与检测技术第10章半导体传感器10.1.2非电阻型半导体气敏传感器

国产非电阻型半导体气敏器件-3DQH

传感与检测技术第10章半导体传感器10.1.2非电阻型半导体气敏传感器3DOH1氢敏场效应管传感器只对氢气敏感，对其它气体表现为惰性，可用于氢气含量和管道煤气（含50%的氢气）泄露。鈀栅MOS管灵敏度会随工作温度的升高而升高，因此在同一芯片上加有热电阻和测温二极管，三者公共端为S，工作温度100℃。3DJ6和R2构成100μA恒流源，作3DOH1的偏置电流，R1

调节加热电流，R3，R4提供比较器基准电压，当检测到氢气时输出电流增加，30s左右蜂鸣器报警。提醒人们切断气源。

白金线外壳为催化金属电阻式气敏传感器又称热效率探测器,用于检测可燃气体线圈温度升高气体中氧气的燃烧率是必须知道的!使用于测量KW白金线通过电流加热至约500°C

传感与检测技术第10章

半导体式传感器10.1

气敏传感器10.1.3半导体气敏传感器应用电阻式气敏传感器可以等效为电阻

传感与检测技术第10章半导体传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器

矿井安全告警GPRS无线远程监控系统烟气分析仪监测空气环境氧气传感器(带2个电极)电化学传感器

阳极电离流动电解溶液阴极连接电缆

阴极NTC-resistorwithnegativeTK可渗入气体膜外部电路烟气参考电极counterelectrode工作电极烟气可渗入气体膜可渗入气体膜新鲜空气电解溶液sensorflow外部电路CO,SO2orNOx传感器(3electrodes)电化学传感器受热或不受热的抽提探头

不同的探头材料

适用于不同温度范围的探头

带简单陶瓷过滤器的探头

探头清洁装置（根据类型）抽提探头

烟气测量时，首先将气体抽入装置，抽提探头要过滤水分和颗粒物。一般抽气管加热100℃以上，避免取烟时管路被水凝结。测量气体管露点&冷凝最大长度:5mPTFE-(特福珑)管标准管管径-:2mm从探头测量气体流速测量气体流到分析仪器红外吸收(IR-process)测量原理

CO2CO2气体气体IR-探测器可吸收CO2的过滤器接口IR-散热器

(lamp)

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2湿敏传感器绝缘层上电极下电极

湿度是指空气中的水蒸气含量，干燥或潮湿对我们的生活有很大影响，潮湿—发霉，干燥—不舒服。湿度传感器主要应用于温\湿度检测控制,如：军械仓库、粮仓、水果

保鲜等场合。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。

传感与检测技术第10章半导体传感器为什么要测量湿度？温湿度变送器h,Tx室内空气质量

100%rH贮存/催熟生产过程的空气质量烘干过程耗费最低的能量达到/保持成品的最佳品质让设备高效率地进行生产-更舒适更高的工作效率使产品或原材料达到最佳品质硬质面粉水(鸡蛋)配料成形烘干剪切/包装60%RH...湿度过低:...湿度过高:30%的水份含量利于面条的成形12.5%的水分含量便于贮存面条1.表面坚硬2.内部水份蒸发产生的压力导致表面被破坏精确的烘干过程需要避免...

表面松软易霉变70-120°C(160-250°F)最新湿度测量应用领域

面条烘干颗粒产品处理易潮材料对

空气质量的要求更高

纸品纺织品能源耗费高最佳产品质量产生静电RH高RH低喷漆生产线漆面过湿最佳产品质量漆面过干确定油漆中的水份含量需要非常精确的RH值!食品生产最新湿度测量应用领域

生产过程的空气质量

传感与检测技术第10章半导体传感器湿度通常用绝对湿度和相对湿度表示：绝对湿度：单位空间所含水蒸汽的绝对含量或浓度，用符号AH表示，单位（g/m3）。10.2.1湿度的表示方法露点：当空气中的温度下降到某一温度时，空气中的水汽就有可能转化为液相而凝结成露珠，这一特定温度称为空气的露点或露点温度。

此时空气的水汽分压将与同温度下水的饱和水汽压相等相对湿度:被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱合水蒸气压的百分比，一般用%RH表示，无量纲。

传感与检测技术第10章半导体传感器

露点：10.2.1湿度的表示方法水的饱和水汽压是随空气温度的下降而逐渐减小的，由此可知在同样的水汽分压（湿度）下，空气的温度越低，则空气的水汽分压与在同一温度下的水的饱和水汽压差值就越小，越容易结露。绝对湿度、相对湿度和露点温度，都是表示空气湿度的物理量。对空气中微量水分的测定，通常采用体积比这一物理量作为微量水分的表示方法。

传感与检测技术第10章半导体传感器T/0CPT/0CPT/0CPT/0CP-200.77-92.1325.292219.83-190.85-82.3235.692321.07-180.94-72.5346.12422.38-171.03-62.7656.542523.78-161.13-53.0167.013031.82-151.24-43.2877.514055.32-141.36-33.5788.055092.5-131.49-23.8898.6160149.4-121.63-14.22109.2170233.7-111.7804.582017.5480355.7-101.9514.932118.65100760

不同温度时水的饱和水汽压（×133Pa）

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.1湿度的表示方法不同环境所需湿度不同，测量方法很多，但湿度测量较其它物理量检测显得困难，所以精度不高。因为空气中水蒸汽含量比空气少，另外湿敏信息必须靠水直接接触，需暴露于环境中不能密封，湿敏材料容易受到腐蚀和老化，使电器材料受到限制。目前世界上最高水平湿度测量精度在±0.01%左右，普通设备的精度在1%左右；理想测湿量程应是0～100%RH，量程越大实用价值越大。一般使用0～100%RH表示湿度量程。

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.2氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻——是一种电解质湿敏电阻氯化锂电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子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。氯化锂湿敏电阻结构

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.2氯化锂湿敏电阻晶体吸湿潮解产生离子(离子导电)，湿度增加时离子增多（水分子的氢原子具有很强的正电场），导电率上升，电阻率下降。当溶液置于一定湿度场中，若环境RH上升，溶液吸收水分子使离子浓度上升电阻率下降；反之，RH下降，溶液浓度下降电阻率上升。

%RH↑吸湿——浓度↑

R↓%RH↓脱湿——浓度↓

R↑

通过测量溶液电阻R值实现对湿度测量。检测精度达±5%。氯化锂湿敏电阻特性

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.2氯化锂湿敏电阻

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.３半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻——又称半导瓷

用两种以上的金属—氧化物—半导体烧结成多孔陶瓷；多孔陶瓷表面吸收水分的情况可以分为三个阶段：第一阶段，陶瓷在低湿区域或刚接触水汽；第二阶段，进一步吸收水分子或中等湿度环境；第三阶段，大量水汽存在使晶粒界充满水分子。典型半导体陶瓷湿敏传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.３半导体陶瓷湿敏电阻

半导瓷材料有正湿度系数和负湿度系数两种：

负特性湿敏半导体瓷的导电机理水分子的氢原子具有很强的正电场，水分子在半导瓷表面吸附时从表面俘获电子，使半导瓷表面带负电。PNP型半导体——水分子吸附使表面电势下降，吸引空穴到达表面，使表面层载流子增加电阻下降（P型多空穴）;

N型半导体——水分子吸附使表面电势下降，电势下降较多时表面电子耗尽，同时吸引更多的空穴到达表面，可能使表面层的空穴浓度大于电子浓度，出现反型层，这些反型载流子同样可以在表面迁移而表现出电导特性。水分子吸附时表面电阻也会下降。+-氢+

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.３半导体陶瓷湿敏电阻负特性湿敏半导体瓷湿敏电阻，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。正湿敏特性半导体瓷湿敏电阻（例：Fe3O4），材料结构、电子能量状态与负特性不同，总的电阻值升高没有负特性阻值下降的明显。

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.３半导体陶瓷湿敏电阻

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2湿敏传感器湿度传感器结构外型及表示方法

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.４湿敏传感器的应用电路湿度电阻主要参数

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.４湿敏传感器的应用电路

Rs与R1组成比较器IC1信号电压，湿度变化时Rs电阻值变化；

R2与R3为比较器基准电压，IC1输出提供检测湿度的触发电压；单片机根据指令驱动执行机构。湿度电阻典型应用电路

传感与检测技术第10章半导体传感器

湿度上升RH下降VT3截止，VT4导通，J2接通干燥设备，LED2点亮；同时VT2截止，VT1截止，J1失去电流释放，关闭增湿设备；湿度下降RH上升VT3导通，VT4截止，J2释放。湿度控制电路

传感与检测技术第10章半导体传感器RH为VT提供偏流，RH插入土壤，湿度不同传感器阻值不同，基极电流不同，使VT的Ie变化，在R2上转换为电压变化，送运放A放大；

RH放在水中湿度100%，调节RP2使增益输出满量程5V；

RH擦（吹）干湿度0%，调节RP1比较端电压，使输出0V。土壤湿度测量%RH↑RH↓Ib↑

Ie↑

→由R2转换为电压,运放输出U0↑

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.４湿敏传感器的应用

电路由检测、放大、稳压源组成

RH为硅湿敏电阻，温度25℃时响应时间小于5秒；检测土壤含水量范围RH=0～100%，RH为VT提供偏流；

RH插入土壤，湿度不同时传感器电阻值不同；

RH变化引起VT基极电流变化使Ie在R2上转换为电压，经同相放大器放大，输出VD3控制在5V电压。电路调试系统标定满量程，放RH在水中调整RP2使输出为5V/100%RH;最小调整，将RH擦干，调节RP1使输出为0V/0%RH。

传感与检测技术第10章半导体传感器电容式高分子薄膜湿度传感器变介电常数式湿敏电容传感器应用较多；这种传感器用于检测液位、料位以及两种不同介质的分解面时比较方便，而且对导电介质和非导电介质均适用。

传感与检测技术第10章半导体传感器电容式高分子薄膜湿度传感器典型应用通电后，干燥环境保持一定的电容量，当湿度增加传感器哈气，阻抗减小，回路电流增加电压表PV读数增加；VD1开关二极管检波。负半周输出，RP1调节传感器灵敏度。插入式电容Cx接入电桥，R1=R2，C0=Cx，u0=0；介质（湿度）变化电桥输出电压变化。高分子薄膜湿度传感器典型应用插入式应用

传感与检测技术第10章半导体传感器10.2.４湿敏传感器的应用工业现场采用RS485网络实现多点检测6RS232RS485PC带ComSoftV3.3每条RS485线:多达32个HygrotestHygrotest带显示器H3:RS485H4:RS485+模拟输出H5:RS485+模拟输出+继电器模拟输出+中继PLC接入RS485或避免传统的电缆只使用数字信号通过总线获得所有相关信息最容易的数据保存/记录和数据描述相对湿度温度持续时间...表面张力起始:

90%rH结束:40%rH

1吨橡木含有:500公升水份90°C=恒温.>20天精确的烘干工艺......应用于高品质木材,防止......导致变形...影响木材表面光洁度鼓风机排出冷凝水份空气冷却器隔热层待烘干木堆

最新湿度测量应用领域木材烘干...产生气孔精确的烘干工艺...用于制造

最优品质的砖块,避免......变形每一块已干的砖块含有75%的水份将砖块置于烘干房中的隔板上一次烘干处理（预干）空气加热设备起始: 95%rH 20°C结束: 40%rH 50°C二次烘干处理（主要阶段）起始: 40%rH 80°C结束: 20%rH 110°C为何选择Testo650PHT温湿度变送器?

温度量程高达180°C 涵盖所有烘干工艺所需温度

工作压力10bar(150psi) 使用范围广，性能稳定

操作简便 低维护成本每片已干燥砖块含20%的水份最终效果:烘干房顶端管道(防止冷凝物反向进入致使机械受损)最新湿度测量应用领域

砖块烘干极高湿度测量加热探头7h,Tx100%rh例如73%rh

5K后部耐热:持续高温

5K处理条件(高湿度)加热后的传感器状况Testo

湿度传感器附加Pt1000Testo探头类型04聚四氟乙烯帽探头长度标准:210mm可能:80..500mm模拟输出：4-线

(0..20mA,4..20mA,0..1V,0..10V)2,5%rh精度更快的

响应时间即使长期暴露在冷凝液中也不会腐蚀可能不需盐溶液调节

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３离子敏传感器除纯净的水外，水中总会有溶解或悬浮的其它物质。快速、准确地测出水中的某些物质含量对我们生存起着重要作用。离子敏传感器就是用来检测水中氰、钾、钠、钙、氯、溴、碘、氢等各种离子浓度（活度）的传感器。

水质检测仪器便携式微量溶解氧仪

溶解氧分析仪

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３离子敏传感器水质检测仪器笔式酸度计纯水测试仪便携式盐度计便携式浊度测定仪酸度计

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３离子敏传感器溶液中离子浓度（活度）是指含离子的多少，活度单位：

mol(摩尔）/l或ppm浓度与活度的比值为离子活度系数。氢离子浓度对化学生物反映起着支配作用，为判断水中氢离子浓度（活度）用一个特殊的量值“PH值”来表示。测量溶液（体液）中离子浓度的微型固态电化学器件，是一种对离子具有选择敏感作用的场效应晶体管。PH计

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３.１离子敏传感器结构原理离子敏传感器由离子选择电极（ISE）-氧化物-半导体（MOSFET）组成，简称ISFET-离子场效应晶体管。与普通MOSFET管结构不同之处是没有金属栅极；在绝缘栅极上制作一层敏感膜，测量时将绝缘栅膜直接与被测溶液接触。离子传感器是通过测定溶液与电极的界面电位来检测溶液中离子浓度。

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３.１离子敏传感器结构原理将普通MOSFET的金属栅去掉，让绝缘氧化层直接与溶液相接触，栅极用铂金属膜作引线，在铂膜上涂一层离子敏感膜，构成离子敏场效应管-ISFET。

敏感膜种类很多，不同敏感膜检测离子种类不同，具有离子选择性；如：Si3N4—氮，SiO2、Al2O3（无机膜），可测H+（氢）、PH。SiO2层与栅极间无金属电极，而是待测溶液，溶液与参比电极同时接触充当栅极构成场效应管，使用方法与普通管没有区别。工作原理与场效应管相似。

传感与检测技术第10章半导体传感器10.３.２离子敏传感器测量电路用离子敏场效应管ISFET敏感器件测量PH值和离子浓度时，基本设备都是由测量电极、参考电极、测量电路组成。反馈补偿输入电路将ISFET和参考电极组成高内阻器件，接入放大器输出与输入间作为反馈电路器件，这可获得较高的闭环增益。电路中只要VS稍有变化，V0可有较大输出。调节电阻器W使电路工作在饱和区，使电路满足VD