第8章 传感器
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第8章 传感器(Sensor)-App Inventor Android移动应用开发实战-范士喜
【运行结果】：
8.3 方向传感器（OrientationSensor）
方向传感器（OrientationSensor）组件用于确定手机的空间方位， 该组件为非可视组件，以角度的方式提供三个方位值： 方位角（Azimuth）: 当设备顶部指向正北方时，其值为0°，正东为 90°，正南为180°，正西为270°。 倾斜角（Pitch）: 当设备水平放置时，其值为0°；随着设备顶部向下 倾斜至竖直时，其值为90°，继续沿相同方向翻转，其值逐渐减小，直 到屏幕朝向下方的位置，其值变为0°；同样，当设备底部向下倾斜直 到指向地面时，其值为-90°，继续沿同方向翻转到屏幕朝上时，其值 为0°。 翻转角（Roll）：当设备水平放置时，其值为0°；并随着向左倾斜到 竖直位置时，其值为90°，而当向右倾斜至竖直位置时，其值为-90°。
（2-8 简易计步器
源程序：Pedometer.aia
【功能描述】：使用计步器（Pedometer）组件设 计一个简易计步器APP，实现计步、计路程、计 时等功能。
【组件设计】：
【逻辑设计1】：
【逻辑设计2】：
【运行结果】：
思考与练习：
（1）案例8-1 简易计时器为何要使用两个计时器（Clock）？ （2）加速度传感器（AccelerometerSensor）、方向传感器
【逻辑设计】：
【运行结果】：
8.4 位置传感器（LocationSensor）
（1）属性面板
（2）事件
（3）方法
（4）主要属性
案例8-4 简易定位仪
源程序：LocationSensor.aia
【功能描述】：使用位置传感器（LocationSensor） 组件设计一个APP，显示手机所在位置的纬度、 经度、海拔和当前地址。
第八章 检测技术的基础——霍尔传感器
1.开关型集成块 主要由霍尔元件,放大器,
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式，利于
抗干扰； 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路； 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚）。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器，具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出，有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比，但不是线性，必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时，霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时，VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
（1）恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端）
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途：
①维持I、a不变，则E=f(B)，在这方面的应用有：测量
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式，利于
抗干扰； 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路； 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚）。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器，具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出，有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比，但不是线性，必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时，霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时，VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
（1）恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端）
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途：
①维持I、a不变，则E=f(B)，在这方面的应用有：测量
第8章半导体光敏传感器基础
光电倍增管工作的直流电源电压在700~3000V之间，相 邻倍增极间电压为50~100V。
第8章半导体光敏传感器基础
8.2 光电器件
图8-3 光电倍增管 第8章半导体光敏传感器基(础a)结构图；(b)原理图；(c)供电电路
8.2 光电器件
8.2.2.2 光电倍增管的主要参数
1.倍增系数M
当各倍增极二次电子发射系数 i=σ时，M=n，则阳 极电流为
第8章半导体光敏传感器基础
8.2 光电器件
8.2.1 光电管
8.2.1.1 光电管的结构和工作原理
结构：真空（或充气）玻璃泡内装两个电极：光电阴极 和阳极，阳极加正电位。如图8-1所示。
原理：当光电阴极受到适当波长的光线照射时发射光电 子，在中央带正电的阳极吸引下，光电子在光电管内形成 电子流，在外电路中便产生光电流I。
式中，h=普朗克常数；c—光速；A0—物体的逸出功。
•当入射光频谱成分不变时，产生的光电子（或光电
流）与光强成正比。
•逸出光电子具有初始动能Ek=mv02/2，故外光电器件 即使没有加阳极电压，也会产生光电流，为了使光电流
为零，必须加负的截止电压。
第8章半导体光敏传感器基础
8.1 光电效应
8.1.2 内光电效应
0=hc/Eg
(8-4)
式中，h=普朗克常数；c—光速；Eg—半导体材料禁带宽度。
第8章半导体光敏传感器基础
8.1 光电效应
8.1.2.2 光生伏特效应
在光线作用下，能使物体产生一定方向电动势的现象称 为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电器件有光电池和 光敏晶体管。
1．势垒效应（结光电效应） 接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，若 光子能量大于其禁带宽度Eg，使价带电子跃迁到导带，产生 电子—空穴对，由于阻挡层内电场的作用，形成光电动势的 现象称为结光电效应。 2．侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由于载流子（光照 产生的电子—空穴对）浓度梯度的存在将会产生侧向光电效 应。光照强的部分带正电，光照弱的部分带负电。
第8章半导体光敏传感器基础
8.2 光电器件
图8-3 光电倍增管 第8章半导体光敏传感器基(础a)结构图；(b)原理图；(c)供电电路
8.2 光电器件
8.2.2.2 光电倍增管的主要参数
1.倍增系数M
当各倍增极二次电子发射系数 i=σ时，M=n，则阳 极电流为
第8章半导体光敏传感器基础
8.2 光电器件
8.2.1 光电管
8.2.1.1 光电管的结构和工作原理
结构：真空（或充气）玻璃泡内装两个电极：光电阴极 和阳极，阳极加正电位。如图8-1所示。
原理：当光电阴极受到适当波长的光线照射时发射光电 子，在中央带正电的阳极吸引下，光电子在光电管内形成 电子流，在外电路中便产生光电流I。
式中，h=普朗克常数；c—光速；A0—物体的逸出功。
•当入射光频谱成分不变时，产生的光电子（或光电
流）与光强成正比。
•逸出光电子具有初始动能Ek=mv02/2，故外光电器件 即使没有加阳极电压，也会产生光电流，为了使光电流
为零，必须加负的截止电压。
第8章半导体光敏传感器基础
8.1 光电效应
8.1.2 内光电效应
0=hc/Eg
(8-4)
式中，h=普朗克常数；c—光速；Eg—半导体材料禁带宽度。
第8章半导体光敏传感器基础
8.1 光电效应
8.1.2.2 光生伏特效应
在光线作用下，能使物体产生一定方向电动势的现象称 为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电器件有光电池和 光敏晶体管。
1．势垒效应（结光电效应） 接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，若 光子能量大于其禁带宽度Eg，使价带电子跃迁到导带，产生 电子—空穴对，由于阻挡层内电场的作用，形成光电动势的 现象称为结光电效应。 2．侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由于载流子（光照 产生的电子—空穴对）浓度梯度的存在将会产生侧向光电效 应。光照强的部分带正电，光照弱的部分带负电。
第8章霍尔传感器
下面介绍几种常见的霍尔传感器的应用实例。
1．霍尔位移传感器
霍尔位移传感器可制成如图8-16所示，在极性相反、磁场 强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个霍尔元件。
当控制电流I恒定不变 时，霍尔电势UH与外 磁感应强度成正比； 若磁场在一定范围内 沿x方向的变化
梯度 为一常数，
则当霍尔元件沿x方
向移动时，输出的霍
输出电压：50～120mV 输入电流：10mA 线性度：< 2%
工作温度：-55～125℃
磁带录像机电动机的定位等
霍尔电子接近开关
最高工作频率：>20 kHz 最大作用距离：4.8mm 重复定位精度：< 0.02mm 工作电压：5～15V 7～30V 输出电流：20，100， 200，400mA
DN834开关式霍尔集 成电路
３．霍尔计数装置
霍尔开关传感器SL3501 是具有较高灵敏度的集成霍 尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色 金属零件进行计数检测。图8-1８所示的是对钢球进 行计数的工作示意图。当钢球通过霍尔开关传感器 时，传感器可输出峰值20mV 的脉冲电压，该电压 经运算放大器放大后，可接计数器进行计数，并由 显示器显示检测数值。
4．霍尔式无刷电动机
传统的直流电动机使用换向器来改变转子（或定子）的电 枢电流的方向，以维持电动机的持续运转。霍尔式无刷电 动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和 定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电 子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运 转。霍尔式无刷电动机的结构如图8-19所示。
第8章 霍尔传感器
8.1霍尔元件
8.1.1基本结构 8.1.2霍尔效应 8.1.3主要技术参数
8.2 霍尔元件的使用
1．霍尔位移传感器
霍尔位移传感器可制成如图8-16所示，在极性相反、磁场 强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个霍尔元件。
当控制电流I恒定不变 时，霍尔电势UH与外 磁感应强度成正比； 若磁场在一定范围内 沿x方向的变化
梯度 为一常数，
则当霍尔元件沿x方
向移动时，输出的霍
输出电压：50～120mV 输入电流：10mA 线性度：< 2%
工作温度：-55～125℃
磁带录像机电动机的定位等
霍尔电子接近开关
最高工作频率：>20 kHz 最大作用距离：4.8mm 重复定位精度：< 0.02mm 工作电压：5～15V 7～30V 输出电流：20，100， 200，400mA
DN834开关式霍尔集 成电路
３．霍尔计数装置
霍尔开关传感器SL3501 是具有较高灵敏度的集成霍 尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色 金属零件进行计数检测。图8-1８所示的是对钢球进 行计数的工作示意图。当钢球通过霍尔开关传感器 时，传感器可输出峰值20mV 的脉冲电压，该电压 经运算放大器放大后，可接计数器进行计数，并由 显示器显示检测数值。
4．霍尔式无刷电动机
传统的直流电动机使用换向器来改变转子（或定子）的电 枢电流的方向，以维持电动机的持续运转。霍尔式无刷电 动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和 定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电 子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运 转。霍尔式无刷电动机的结构如图8-19所示。
第8章 霍尔传感器
8.1霍尔元件
8.1.1基本结构 8.1.2霍尔效应 8.1.3主要技术参数
8.2 霍尔元件的使用
第8章波式传感器课件
8 波式传感器
8.1 超声波传感器 8.1.3超声波传感器应用实例 2.超声波无损探伤
传感器与智能检测技术
超声波无损探伤有穿透法探伤和 反射法探伤两种方法。穿透法探伤根 据超声波穿透工件后能量的变化情况 来判断工件内部质量，其工作原理如 图8-6所示。反射法探伤根据超声波 在工件中反射情况的不同来探测工件 内部是否有缺陷，它又分为一次脉冲 反射法探伤和多次脉冲反射法探伤两 种。
8 波式传感器
8.1 超声波传感器 8.1.3超声波传感器应用实例 1.超声波流体流量测量
传感器与智能检测技术
时间差法测量流量的原理：在被 测管道上、下游的一定距离上，分别 安装两对超声波发射和接收探头（ F1,T1)、（F2,T2），其中F1发射 到T1的超声波是顺流传播的。而F2发 射到T2的超声波是逆流传播的。由于 这两束超声波在液体中传播速度的不 同，测量两接收探头上超声波传播的 时间差，从而可以求出流体的平均速 度，再根据管道流体的截面积，便可 知道流体的流量。
8 波式传感器
8.2 多普勒传感器
传感器与智能检测技术
生活中有这样一个有趣的现象：当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音比原来 高；而车离去的时候声音的音高比原来低。你可能没有意识到，这个现象和医院使用 的彩超同属于一个原理，那就是“多普勒效应”。
多普勒效应Doppler effect是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰 ·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这 一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运 动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在 运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计 算出波源循着观测方向运动的速度。
第8章 模糊传感器
第8章 智能模糊传感器 (5) RN——数值集合中各元素x1, x2, …, xk间的关系(所谓各元素 间的关系, 是指它们可以依次递增或依次递减或线性相加等). (6) F1——Rq到RN关系的映射,记为 F1: Rq → RN 使得有关系 RN = F1(Rq) 成立.F1构成了数值符号系统的关系概念.
第8章 智能模糊传感器 2. 几种常见的隶属函数及其曲线 (1) 矩形:如图 8-4(a)所示.
0, A (x ) = 1, 0,
x<a a≤x≤b x>b
第8章 智能模糊传感器
图 8-4 三种常见隶属函数曲线示意图 (a) 矩形曲线; (b) 梯形曲线; (c) 柯西形曲线
第8章 智能模糊传感器 (2) 梯形:如图 8-4(b)所示.
A ( x ) + B ( x ) = min(1, A ( x ) + B ( x ))
A ( x ) + B ( x ), = 1,
A ( x) + B ( x) < 1 A ( x) + B ( x) ≥ 1
也就是说,隶属度A(x)与B(x)的模糊和的值是A(x)与B(x)的数值 和,而且若A(x)与B(x)的数值和大于1,则隶属度A(x)与B(x)的 模糊和的值取为1.
0.0 0.2 0.4 A ( x) = 0.6 0.8 1.0 当x = 0时 当x = 1时 当x = 2时 当x = 3时 当x = 4时 当x = 5时
第8章 智能模糊传感器 (2) 再以年龄的集合U={0, 150}为论域, "年老"和"年轻" 为两个模糊概念,可以分别用模糊集O和Y来表示.其相应的隶 属函数如下:
第8章 智能模糊传感器 (3) ——映射关系, 表示由数值域N向语言域Y映射或转换的 关系,记为 : N→Y 使得有关系 αj = (xi), α1=(x1), α2=(x2), … 成立. 就是图 8-1(a)中数值—符号转换单元转换性能的体现.
第八章霍尔传感器-PPT课件
路状态下工作时，可在输入回路中串人适当电 阻来补偿温度误差，其分析过程与结果同式
pptcn
温度误差及其补偿
温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温
度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移 率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数， 如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生 变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
pptcn
由补偿电路图知，在温度t0和t时
当温度影响完全补偿时，UH0=UHt，则 将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-8) (9-9) (9-10) (9-11)
(9-12)
(9-13,14)
pptcn
2．选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
移动距离与输出关系
pptcn
2．霍尔开关集成器件 常用的霍尔开关集成器件有UGN3000系列，
其外形与UGN3501T相同。
+
霍尔开关集成器件 (a) 内部结构框图；（b）工作特性；（c）工作电路；（d）锁定型器件工作特性
pptcn
第三节 霍尔传感器应用
霍尔电势是关于I、B、θ 三个变量的函数，即 E=kIBcosθ ，人们利用这个关系可以使其中两个变量 不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、 其余两个量都作为变量。三个变量的多种组合使得霍 尔传感器具有非常广阔的应用领域。霍尔传感器由于 结构简单、尺寸小、无触点、动态特性好、寿命长等 特点，因而得到了广泛应用。如磁感应强度、电流、 电功率等参数的检测都可以选用霍尔器件。它特别适 合于大电流、微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场 参数的测量。此外，也可用于位移、加速度、转速等 参数的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主 要有下列三个方面的用途：
pptcn
温度误差及其补偿
温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温
度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移 率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数， 如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生 变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
pptcn
由补偿电路图知，在温度t0和t时
当温度影响完全补偿时，UH0=UHt，则 将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-8) (9-9) (9-10) (9-11)
(9-12)
(9-13,14)
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2．选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
移动距离与输出关系
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2．霍尔开关集成器件 常用的霍尔开关集成器件有UGN3000系列，
其外形与UGN3501T相同。
+
霍尔开关集成器件 (a) 内部结构框图；（b）工作特性；（c）工作电路；（d）锁定型器件工作特性
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第三节 霍尔传感器应用
霍尔电势是关于I、B、θ 三个变量的函数，即 E=kIBcosθ ，人们利用这个关系可以使其中两个变量 不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、 其余两个量都作为变量。三个变量的多种组合使得霍 尔传感器具有非常广阔的应用领域。霍尔传感器由于 结构简单、尺寸小、无触点、动态特性好、寿命长等 特点，因而得到了广泛应用。如磁感应强度、电流、 电功率等参数的检测都可以选用霍尔器件。它特别适 合于大电流、微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场 参数的测量。此外，也可用于位移、加速度、转速等 参数的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主 要有下列三个方面的用途：
光电式传感器PPT课件
第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
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课堂练习
单选题
1. 能够测量大气湿度的传感器称为（ ） A．温度传感器 Ｂ．湿度传感器 Ｃ．光电器件 Ｄ．热敏元件 2. 电阻式湿度传感器最能够测量大气的 （ ） A．温度 饱和水 汽所必须降低到的温度称为（ ） A．冰点 Ｂ．湿点 Ｃ．汽点 Ｄ．露点 4. 单位大气中所含水汽的质量是指 （ ） A．温度 Ｂ．湿度 Ｃ．相对湿度 Ｄ． 绝对湿度
毛发湿度计
电容式湿度传感器之一
电容式湿度传感器之二
电容式湿度传感器之三
电容式湿度传感器之四
干湿球湿度计
第2节 电阻式湿度传感器
1.碳膜电阻式湿度传感器 工作原理：碳膜电阻式湿度传感器在
环境湿度增大时，湿敏膜吸湿而发生 膨胀，体积增大使碳颗粒的密度降低， 碳颗粒的间距增加，从而造成电阻值 增大；当环境干燥时，吸湿膜脱水收 缩，碳颗粒之间的距离缩小，从而又 使电阻值变小。
两者的材料不同
右图表示了 几种负特性 半导瓷阻值 与湿度之关 系。
右图表示 了一种正 特性半导 瓷阻值与 湿度之关 系
3） 典型半导瓷湿敏元件 MgCr2O4-TiO2湿敏元件氧化镁复合 氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制 成多孔陶瓷型“湿-电”转换器件。 它属于负特性半导瓷。 MgCr2O4为Ｐ型半导体。它的电阻 率低, 阻值温度特性好。
• 氯化锂湿敏电阻是利 用吸湿性盐类潮解, 离 子导电率发生变化而 制成的测湿元件。 • 结构如图所示,由引线、 基片、感湿层与电极 组成。
氯化锂是离子晶体。 高浓度氯化锂溶液，Li与CL以正负离子 形式存在。溶液中离子导电能力与溶液浓 度有关。溶液的电导率随着溶液浓度的增 高而下降。当溶液置于一定温湿场中, 若环 境相对湿度高, 溶液将吸收水分，使浓度降 低, 因此, 其溶液电导率增高，阻值下降。 反之, 环境相对湿度变低时, 则溶液浓度升 高,其电导率下降, 阻值升高。从而实现对湿 度的测量。
第8章 湿度传感器
08年4月25
第1节 湿度的基本概念
一、湿度概念 空气中水蒸汽的含量。 1、绝对湿度 单位体积空间内所含有水蒸汽的质量。 （密度Kg/m3），通常大气的绝对湿度 以大气压强来表示，符号为D，单位为 mmHg。
2、相对湿度H 空气中实际所含水蒸汽的分压Pw和 同温度下饱和水蒸汽分压PN的百分比。 P D H 100% W 100% （RH） DS PN
计算题 15.已知某时气温下空气的饱和 水汽压Ds＝500mmHg，此时 用湿度传感器测量得到的大气 的绝对湿度D=300mmHg，试 求此时大气的相对湿度H。
解： 由相对湿度的定义知 D H 100% Ds 将已知数据代入上式，可得 300 H 100% 60% 500
综述题 16.在《传感器技术》这门课程中讲 述了多种传感器，其中湿度传感在 实际应用中具有重要实用价值，试 论述常用湿度传感器的异同。
• 常用的湿度传感器有电阻式湿度传感 器和电容式湿度传感器; 它们的相同点 是：都可以测量大气的湿度; 它们的不 同点是：（1）工作原理不同 电阻式 湿度传感器是依据电阻值随湿度变化 的原理工作的，电容式湿度传感器是 基于电容值随湿度变化的原理工作的; （2）主要分类不同 电阻式湿度传感 器分为碳膜电阻式、陶瓷电阻式、高 分子电阻式、氯化锂、结露传感器等， 电容式湿度传感器分为陶瓷电容式和 高分子电容式两种。
3.高分子电阻式湿度传感器 工作原理：高分子感湿膜在低湿时水分 吸收少，没有电离子产生，电阻值很 高， 当相对湿度增加时吸附水凝聚呈 液态水状态，产生的电离子起导电作 用，使电阻值急剧下降。利用高分子 电解质在不同湿度条件下电离产生的 导电离子数量不等而使电阻值不同， 从而可测环境的相对湿度。
4、氯化锂湿敏电阻
9. 结露传感器可用来测量（ ） A．湿度 Ｂ．温度 Ｃ．深度 Ｄ．浓度
判断改错题 10.电阻传感器和电容传感器都可以 用于湿度的测量。
填空题 11.湿度传感器主要用来检测大气中 的 。 12.湿敏元件除对环境湿度敏感外，对 （ ）亦十分敏感。 简述题 13.简述高分子电阻式湿度传感器的工作 原理。 14.简述碳膜电阻式湿度传感器的工作原 理。
（3）半导体陶瓷湿敏电阻 半导体陶瓷湿敏电阻通常是用 两种以上的金属氧化物半导体材料 混合烧结而成的多孔陶瓷。分为负 特性湿敏半导体陶瓷，正特性湿敏 半导体陶瓷。
1）负特性湿敏半导瓷的导电机理 当水在半导瓷表面吸附时, 使表面电 阻率都随湿度的增加而下降。
2）正特性湿敏半导瓷的导电机理 当水在半导瓷表面吸附时, 使表面电 阻率都随湿度的增加而上升。
结构和特性分别如图8-1和图8-2所 示。
2.陶瓷电阻式湿度传感器 （1）工作原理：主要通过陶瓷湿敏 组件感受环境的湿度变化，电阻值 也相应变化的原理来工作的。 （2）结构如图8-3所示。
加热线圈的作用是：对器件加热清洗, 排除 恶劣气氛对器件的污染。以便减少测量误 差。
图8-3 陶瓷湿度传感器的结构
D为大气的绝对湿度（mmHg),Ds为当 时气温下的饱和水汽压（mmHg）。 水蒸气分压：湿气（体积为V，温度为T） 中的水蒸气相同V、T条件下单独存在 时的压力。
3、露点 露点就是使原来未饱和的水汽变成 饱和水汽所必须降低到的温度。大气 中未饱和水汽达到或接近饱和状态， 凝结成水滴，此时的相对湿度100％ RH，这种现象称为结露。 4、测量方式 毛发湿度计、干湿球湿度计、露点计、 半导体阻抗式湿度计。 湿度传感器用来检测大气中的湿度。 按结构分为电阻式和电容式两种。
3.1H3605集成电容式湿度传感器 工作原理：其内部由电容式湿 度传感器和电压转换电路组成，空 气中湿度的变化引起内部传感器电 容量的变化，电容量的变化在经内 部电路转换成电压的变化输出。
第4节 基本参数和特性
1.精度和长期稳定性：重要 2.温度系数：湿敏元件除对环境湿度敏 感外，对温度也十分敏感。 3.供电形式：金属氧化物陶瓷、高分子 聚合物和氯化锂等湿敏材料不能直流 供电，只能用交流。 4.互换性：差 5.湿度校正：需要线性补偿
5. 电容式湿度传感器主要包括陶瓷 电容式和（ ） A．金属电容式 Ｂ．高分子电容式 Ｃ．半导体电容式Ｄ．单晶电容式 6. 结露传感器属于（ ） A．温度传感器 Ｂ．力敏传感器 Ｃ．湿度传感器 Ｄ．磁敏传感器
7. 大气干湿程度的表示通常采用绝 对湿度和（ ） A．相对湿度 Ｂ．零点湿度 Ｃ．露点 Ｄ．结露温度 8. 在大气的相对湿度为100%RH时 发生的现象称为（ ） A．结露 Ｂ．露点 Ｃ．绝对湿度 Ｄ．敏感度
第3节 电容式湿度传感器
电容式湿度传感器主要包括陶瓷电 容式和高分子电容式两种。 1.陶瓷电容式湿度传感器 工作原理：是基于单元气孔的平行板电 容效应，利用器件的电容随环境湿度 的变化的原理制成的。低湿度时，电 容量小；高湿度时，电容量相应增大。
2、高分子电容式湿度传感器 由高分子材料组成的感湿膜吸 附环境中的水分子后，电容量发生 变化（增加）。 湿度与电容量基本呈线性变化。 由于高分子薄膜做得很薄，能迅速 吸附水分子（吸湿）和脱湿，响应 性能优良，根据电容两的变化可测 得相对湿度。
一般氯化锂湿敏电阻呈负阻特性。 氯化锂湿敏元件的优点是： （1）滞后小，不受测试环境风速影 响； （2）检测精度高达±５%； 缺点： （1）耐热性差； （2）器件性能的重复性不理想； （3）使用寿命短。
5.结露传感器 是一种高分子类湿度传感器，主要 用于结露的状态检测。 工作原理：在低湿度时，感湿膜吸收的 水分小，亲水树脂处于收缩状态，导 电微粒间距较小，阻值较低；湿度增 加时感湿膜吸收水分增多，导电微粒 间距增大，阻值相应增加，当湿度达 到结露状态时，亲水树脂吸湿量大增， 感湿膜急剧膨胀，使电阻值也急剧增 大，在结露点形成阻值的开关状态。