传感器第十章半导体传感器(气湿)

主要内容： 概 述 概 述纸 品 木 材 烘 干湿 度 传 感 器芯片生产要求最高的湿度稳定性 概 述气敏传感器湿敏传感器 N型 半 导 体 与 气 体 接 触时 的 氧 化 还 原 反 映 由 于 空 气 中 的 含 氧 量 大 体 上 是 恒 定 的 ， 因 此 氧 的 吸 附量 也 是 恒 定 的 ， 气 敏 器 件 阻 值 也 相 对 固 定 。 若 气 体 浓度 发 生 变 化 ， 器 件 表 面 将 产 生 吸 附 作 用 ， 其 阻 值 也 将随 气 体 浓 度 变 化 而 变 化 。 根 据 这 一 特 性 ， 可 以 从 阻 值的 变 化 得 知 吸 附 气 体 的 种 类 和 浓 度 。 SnO2系 列 气 敏 元 件 有 烧 结 型 、 薄 膜 型 和 厚 膜 型 三 种 。(a) 烧 结 型 气 敏 器 件 烧 结 型 气 敏 器 件 的 制 作 是 将 一 定 比 例 的 敏感 材 料 （ SnO2、 ZnO等 ） 和 一 些 掺 杂 剂 （ Pt、 Pb等 ）用 水 或 粘 合 剂 调 合 ， 经 研 磨 后 使 其 均 匀 混 合 ，然 后 将 混 合 好 的 膏 状 物 倒 入 模 具 ， 埋 入 加 热 丝和 测 量 电 极 ， 经 传 统 的 制 陶 方 法 烧 结 。 最 后 将加 热 丝 和 电 极 焊 在 管 座 上 ， 加 上 特 制 外 壳 就 构成 器 件 。 该 类 器 件 分 为 两 种 结 构 ： 直 热 式 和 旁 热 式 。 直 热 式 器 件 管 芯 体 积 很 小 ， 将 加 热 丝 、 测 量 丝 直 接 埋 在金 属 氧 化 物 半 导 体 粉 末 材 料 内 烧 结 而 成 。 加 热 丝 兼 做 一个 测 量 电 极 ， 工 作 时 加 热 丝 通 电 加 热 ， 测 量 丝 用 于 测 量器 件 的 阻 值 。 缺 点 ： 热 容 量 小 ， 易 受 环 境 气 流 的 影 响 ； 测 量 电 路 与 加 热 电 路 之 间 没 有 隔 离 而 相 互 干 扰 ， 影 响 其 测量 参 数 ； 加 热 丝 在 加 热 与 不 加 热 两 种 情 况 下 产 生 的 膨 胀 与 冷 缩 ， 容易 造 成 器 件 接 触 不 良 。 国 产 Q M-N5型 和 日 本 费 加 罗 TG S 812、 813型 等 气 敏 传 感器 都 采 用 这 种 结 构 。 厚 膜 型 气 敏 器 件 将 SnO2和 ZnO等 材 料 与 3 15 重 量 的 硅 凝 胶 混 合制 成 能 印 刷 的 厚 膜 胶 ， 把 厚膜 胶 用 丝 网 印 制 到 装 有 铂 电极 的 氧 化 铝 基 片 上 ， 在400 800 高 温 下 烧 结 1 2小 时 制 成 。优 点 ： 一 致 性 好 ， 机 械 强 度 高 ， 适 于 批 量 生 产 。 气体浓度检测 n酒 精 测 试 仪 防 酒 后 驾 车 汽 车 点 火 电 路 红 外 多 种 气 体 检 测 系 统 动 画 演 示 烟 气 分 析 仪 v 湿 度 是 指 空 气 中 的 水 蒸 气 含 量 ， 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） 。 相 对 湿 度 ， 被 测 气 体 中 的 水 蒸 汽 压 和 该 气 体 在相 同 温 度 下 饱 和 水 蒸 气 压 的 百 分 比 ， 一 般 用 %RH表 示 ， 无 量 纲 。 一 般 使 用 湿 度 ， 量 程 0 100%RH。 不 同 环 境 所 需 湿 度 不 同 ， 测 量 方 法 很 多 ， 但 精度 不 高 。 目 前 世 界 上 最 高 水 平 湿 度 测 量 精 度 在 0.01%左 右 ， 理 想 测 湿 量 程 应 是 0 100%RH，量 程 越 大 实 用 价 值 越 大 。 为 什 么 要 测 量 湿 度 ? 温 湿 度 变 送 器 h, T x室 内 空 气 质 量 100% rH贮 存 / 催 熟生 产 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 氯 化 锂 湿 敏 电 阻 即 电 解 质 湿 敏 电 阻 ， 利 用 物 质 吸收 水 分 子 而 导 电 率 发 生 变 化 检 测 湿 度 。 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 。 它 由 引 线 、 基片 、 感 湿 层 与 电 极 组 成 。 1 2 3 4 1引线；2基片； 3感湿层；4金电极 氯 化 锂 通 常 与 聚 乙 烯 醇 组 成混 合 体 ， 在 氯 化 锂 （ LiCl）溶 液 中 ， Li和 Cl均 以 正 负 离子 的 形 式 存 在 ， 而 Li 对 水分 子 的 吸 引 力 强 ， 离 子 水 合程 度 高 ， 其 溶 液 中 的 离 子 导电 能 力 与 浓 度 成 正 比 。 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 阻 率 增 高 。 反 之 ，环 境 相 对 湿 度 变 低 时 ， 则 溶液 浓 度 升 高 ， 其 电 阻 率 下 降 ，从 而 实 现 对 湿 度 的 测 量 。