湿度传感器环境湿度测量试验参考指导书.doc

湿度传感器环境湿度测量试验指导书 一. 试验目标 ???? 经过本试验了解和掌握湿度传感器测量湿度基础原理和方法。 二. 传感器介绍 ???? 湿度通常是指大气中所含水蒸气量。湿度传感器是用以感受大气湿度并变换成合适电信号输出传感器。??? ?湿度有两种常见表示方法，即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定空间中水蒸气绝对含量，可用kg/m3表示。绝对湿度也可称为水汽浓度或水汽密度。 ???? 绝对湿度也可用水蒸气压来表示。设空气水汽密度为ρv，和之相对应水蒸气分压为Pv，则依据理想气体状态方程有以下关系： 式中：M--水汽摩尔质量；????? ?R--摩尔气体常数；?????? T--绝对温度。??? ?相对湿度为某一被测蒸气压和相同温度下饱和蒸气压比值百分数，常见％RH表示。这是一个无量纲值。绝对湿度给出了水分在空间具体含量，相对湿度则给出大气潮湿程度，故使用愈加广泛。 式中：Pv--待测空气水蒸气分压，?Pw--待测空气温度T同温时水饱和水汽压。???? 利用湿度传感器能够将湿度值转化为电信号。湿度传感器关键组成部分为湿度敏感器件。湿度敏感器件是基于其功效材料能发生和湿度相关物理效应或化学反应基础上制造．它含有可将湿度物理量转换成电讯号功效，这些功效能够经过和湿度相关电阻或电容改变、长度或体积胀缩、和结型器件或Mos器件一些电参数改变，诸如P-N结击穿电压、电流放大系数、反向漏电流、MOS器件沟道电阻等改变而得以实现． 三. 湿度传感器测量原理 ???? 因为敏感器件不一样，不一样湿度传感器含有不一样测量原理。下面简单介绍一下使用最广泛烧结型半导体陶瓷湿度敏感器件工作机理。蓝津信息技术生产LSD-5-A型相对湿度传感器就是采取这种敏感器件。???? 烧结型湿敏半导体陶瓷材料，通常是含有多孔结构多晶体，而且在其生产过程中应有半导体化过程。半导体陶瓷大多为金属氧化物材料，其半导体化过程通常是经过调整配方、进行渗杂、或经过控制烧结气氛造成氧元素过剩或不足而实现。半导体化结果是使晶粒中产生大量载流子--空穴或电子。这么，首先使晶粒体内电阻率降低，其次又使晶粒之间界面处形成界面势垒，使界面处载流子耗尽而出现耗尽层，从而晶体界面电阻率远大于晶粒体内电阻率，而且成为半导体陶瓷材料在通电时关键电阻。当水分子在湿敏半导体材料表面和晶粒界面吸附时，会引发表面和晶粒界面处电阻率发生改变，显示出湿敏特征。 ??? ?湿敏半导体陶瓷湿敏特征，按其电阻随所感受湿度改变而发生改变规律，通常可分负湿敏特征和正湿敏特征两类。前一类感湿特征是电阻值随被测湿度增加而降低，现在大多数湿敏半导体陶瓷全部属于这类；后一类情况恰好相反。???? 离子导电理论认为：水分子在陶瓷晶粒间界面吸附可离解出大量导电离子，这些离子在水吸附层中就如同电解质溶液中导电离子，可担负电荷输送。这就是说，这种情况下荷电载流于是离子。 ??? 在完全脱水金属氧化物半导体陶瓷晶粒表面上裸露着正金属离子和负氧离子，水分子电离后离解为正氢离子和负氢氧根离子。于是在陶瓷晶粒表面上就形成了负氢氧根离子和正金属离子，和氢离子和氧离子之间第一层吸附，即化学吸附。???? 在形成化学吸附层中，吸附水分子和由氢氧根离解出来正氢离子就以水合质子H3O＋形式组成导电载流子。水分子在已完成第一层化学吸附后，随之形成第二层、第三层物理吸附，同时使导电载流子H3O＋浓度深入增大，从而使金属氧化物半导体陶瓷总阻值下降，这就是这类材料含有湿敏性机理。??? ?金属氧化物半导体材料结构不甚致密，各晶粒之间有一定空隙，呈多孔毛细管状，所以水分子可经过细孔，在各晶粒表面和晶粒间界面上吸附，并在品粒间界面处凝聚，所以，材料细孔径越小，则水分子越轻易凝聚，其结果是引发界面处接触电阻显著下降。在被测湿度愈大，凝聚水分子愈多时，电阻值也就下降得愈多。 四.试验仪器和设备??? 1. DRVI可重组虚拟试验开发平台 1套2. 蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1套3. 开关电源（LDY-A） 1套4. LSD-5-A型湿度传感器 1个 五. 试验步骤及内容 1. 将LSD-5-A型湿度传感器和环境情况测量模块上对应湿度传感器接口连接。 2. 开启服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上联机注册图标，选择其中DRVI采集仪主卡检测进行服务器和数据采集仪之间注册。联机注册成功后，分别从DRVI工具栏和快捷工具条中开启DRVI微型Web服务器和内置Web服务器，开始监听8600和8500端口。 3. 打开用户端计算机，开启计算机上DRVI用户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上联机注册图标，选择其中DRVI局域网服务器检测，在弹