传感器与检测技术第二章.ppt
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1、2.5 湿敏电阻传感器,Jan,2008,饱和状态,不饱和状态,空气,水,空气,湿度是什么?,湿度是空气中含有水蒸气的量。 含有水蒸气的空气是一种混合气体。水分子在气体中的客观存在的。,Jan,2008,湿度的表示方式,绝对湿度 g /m3 相对湿度 % rH 水蒸气分压 Pa 露点 td 水分含量 ppm 潮湿度 g / kg 蒸汽浓度 g / cm3 蒸汽浓度 g / kg 热含量 kJ / kg,绝对湿度:是指大气中水汽的密度,即每一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。 相对湿度:是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽压的百分比,是日常生活中常用来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%
2、时,称饱和状态。,露点,降低温度会产生结露现象。露点与农作物的生长有很大关系,结露也严重影响电子仪器的正常工作,必须予以注意。,测量露点的仪器,温度低于0时,水蒸气将结霜,又称为霜点温度。,密析尔露点传感器的工作原理非常简单,是基于水分的导电性。多孔的吸湿层如同“三明治”一样被夹在陶瓷基底上的两个导电层之间。吸收水分子后,吸湿活性层的导电特性就会发生变化。该传感器的表面导电层允许水分子自由通过进入吸湿活性层。吸湿活性层很薄,仅1微米厚(一微米=百万分之一米),而顶部的导电层厚度比1微米还要薄,这样,当周围环境的湿度发生变化的时候,传感器对湿度变化会做出极其快速的反应。,露点仪:能直接测出露点温
3、度的仪器。使一个镜面处在样品湿空气中降温,直到镜面上隐现露滴(或冰晶)的瞬间,测出镜面平均温度,即为露(霜)点温度。它测湿精度高,但需光洁度很高的镜面,精度很高的温控系统,以及灵敏度很高的露滴(冰晶)的光学探测系统。使用时必须使吸入样本空气的管道保持清洁,否则管道内的杂质将吸收或放出水分造成测量误差。,露点传感器外形,湿敏电阻的原理: 水是一种强极性的电解质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部,引起半导体的电阻值降低,因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏电阻。,2、湿度对电子元件的影响 当环境的相对湿度增大时,物体表面就会附着一层水膜,并渗入材料内部。这不仅降低了绝缘强度,
4、还会造成漏电、击穿和短路现象;潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。,湿敏电阻的阻值能随环境相对湿度的变化 而变化,所以它们能实时监控环境里的湿度变 化情况,从而减少环境对仪器设备带来各种危 害 。,湿度传感器的分类,陶瓷湿敏元件结构图,加热器能对元件进行加热清洗,排除恶劣气氛对元件的污染,1、湿敏电阻型号命名方法 湿敏电阻的型号可分为三个部分,第一 部分用字母表示主称;第二部分用字母表 示用途或特征;第三部分用数字表示序 号,各部分的含义见表2-8。,例如:MS01-A(通用型号湿敏电阻器) M敏感电阻器; S湿敏电阻器; 01-A序号,湿度量程,干湿温度系数 (温度系数),感湿特
5、性,灵敏度,响应时间,湿滞特性,主要 特性参数,老化特性 (耐久性),湿度传感器的主要参数,电子湿度计模块,封装后的外形,电子式温湿度计,机械式、电子式温湿度计对比,应用领域 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、湿敏防伪技术、洗衣干燥机的自控、磁带录像机和汽车窗玻璃的防止结露、尿布沾湿报警等行业都有广泛的应用。,应用: 半导体净化车间,农业:温室栽培,气象,玉山,文物保护: 敦煌,2.6 光敏电阻传感器,光敏电阻是采用半导体材料制作,利用内光电效 应工作的光电元件。,光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的
6、管壳里就构成光敏电阻,光敏电阻阻值对光照特别敏感,是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。 对于本征型,可用来检测可见光和近红外辐射 对于非本征型可以检测波长很长的辐射,当光敏电阻受到光照时,光生电子空穴对增加,阻值减小,电流增大。,暗电流(越小越好),用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极,然后接出引线,封装在具有透光镜的密封壳体内,以免受潮影响其灵敏度。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压,其中便有电流通过,受到适当波长的光线照射时,电流就会随光强的增加而变大,从而实现光电转换。
7、光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。,组成:它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线,封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。,结构:,光敏电阻在电路中的符号,三种形式 梳状式 玻璃基底上蒸镀梳状金属膜而制成;或在玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽,在槽内填入黄金或石墨等导电物质,在表面再敷上一层光敏材料。如图所示。,绝缘基底,光电导体膜,刻线式 在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔,将其刻划成栅状槽,然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。其结构如下图所示。,涂膜式 在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构下图。,
8、光敏二极管结构简图、符号和等效电路图,二、特性参数,1、光电流及增益,无光照时流过器件的电流称暗电流,由入射光引起的称光电流。,增益可理解为:样品中每产生一个光生载流子所构成的流入外电路的载流子数。,若G1, 即单位时间流过器件的电荷数大于器件内光激发的电荷,从而使电流得到放大。,增益电流系数:光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。,由上式可知:,、减小样品长度可以大大提高增益;,、增加载流子的寿命也可提高增益。,光敏面作成蛇形,电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面,也可以减小电极之间距离,从而既可减小极间电子渡越时间,也有利于提高灵敏度。,2.光电导灵敏度,定义为光电导 g
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