湿度传感器环境湿度测量实验指导书模板.docx

1、湿度传感器环境湿度测量实验指导书模板湿度传感器环境湿 度测量实验指导书湿度传感器环境湿度测量实验指导书一.实验目的传感器简介经过本实验了解和掌握湿度传感器测量湿度的基本原理和方 法。湿度一般是指大气中所含的水蒸气量。湿度传感器是用以感受 大气湿度并变换成适当电信号输出的传感器。湿度有两种常见的表示方法，即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量 ，可用kg/m3表示。绝对湿度也可称为水汽浓度或水汽密度。绝对湿度也可用水的蒸气压来表示。设空气的水汽密度为 p v,与之相对应的水蒸气分压为 Pv,则根据理想气体状态方程有如下关系：Pv RT 式中：M-水汽的摩尔质量；R-摩尔气体

2、常数；T-绝对温度。相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，常见% RH表示。这是一个无量纲的值。绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出大气的潮湿程度，故 使用更加广泛。P相对湿度=(二)汕10必阳 (2)式中：Pv-待测空气水蒸气分压，Pw-待测空气温度T同温时水的 饱和水汽压。利用湿度传感器能够将湿度值转化为电信号。湿度传感器主要组成部分为湿度敏感器件。湿度敏感器件是基于其功能材料能发 生与湿度有关的物理效应或化学反应的基础上制造的.它具有可 将湿度物理量转换成电讯号的功能，这些功能能够经过与湿度有关 的电阻或电容的变化、 长度或体积的胀缩、 以及结型器

3、件或 Mos器件的某些电参数的变化，诸如P-N结击穿电压、 电流放大系.湿度传感器测量原理数、反向漏电流、MOS器件的沟道电阻等的变化而得以实现.由于敏感器件的不同，不同的湿度传感器具有不同的测量原理。下面简单介绍一下使用最广泛的烧结型半导体陶瓷湿度敏感器件的工作机理。蓝津信息技术有限公司生产的的 LSD-5-A型相对湿度传感器就是采用这种敏感器件。烧结型湿敏半导体陶瓷材料，一般是具有多孔结构的多晶体，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，其半导体化过程一般是经过调整配方、 进行渗杂、或 者经过控制烧结气氛造成氧元素的过剩或不足而实现的。半导体 化的结果是使晶

4、粒中产生大量的载流子 -空穴或电子。这样 , 一方 面使晶粒体内的电阻率降低 , 另一方面又使晶粒之间的界面处形成 界面势垒 , 使界面处的载流子耗尽而出现耗尽层 , 从而晶体界面的 电阻率远大于晶粒体内的电阻率 , 而且成为半导体陶瓷材料在通电 时的主要电阻。当水分子在湿敏半导体材料的表面和晶粒界面吸 附时, 会引起表面和晶粒界面处的电阻率发生变化 , 显示出湿敏特 性。湿敏半导体陶瓷的湿敏特性 , 按其电阻随所感受的湿度变化而 发生变化的规律 , 一般可分负湿敏特性和正湿敏特性两类。前一类 的感湿特征是电阻值随被测湿度的增加而减少 , 当前大多数湿敏半 导体陶瓷都属于此类 ; 后一类的情况

5、正好相反。离子导电理论认为 : 水分子在陶瓷晶粒间界面的吸附可离解出 大量的导电离子 , 这些离子在水吸附层中就如同电解质溶液中的导 电离子 , 可担负电荷的输送。这就是说 , 这种情况下的荷电载流于 是离子。在完全脱水的金属氧化物半导体陶瓷的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。于是在陶瓷晶粒的表面上就形成了负氢氧根离子和正金属离 子, 以及氢离子与氧离子之间的第一层吸附 , 即化学吸附。在形成的化学吸附层中 , 吸附的水分子和由氢氧根离解出来的 正氢离子就以水合质子 H30 +的形式构成导电的载流子。水分子 在已完成第一层化学吸附后 , 随

6、之形成第二层、 第三层的物理吸 附,同时使导电载流子 H30 +的浓度进一步增大，从而使金属氧化 物半导体陶瓷的总阻值下降 , 这就是这类材料具有湿敏性的机理。金属氧化物半导体材料结构不甚致密 , 各晶粒之间有一定的空 隙, 呈多孔毛细管状 , 因此水分子可经过细孔 , 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 , 因此 , 材料的细孔径越小 , 则水分子越容易凝聚 , 其结果是引起界面处接触电阻的明显下降。 在被测的湿度愈大 , 凝聚的水分子愈多时 , 电阻值也就下降得愈 多。4.实验仪器和设备1. DRVI 可重组虚拟实验开发平台 1 套2. 蓝津数据采集仪 ( LDAQ

7、-EPP2) 1 套3.开关电源 ( LDY-A) 1 套4.LSD-5-A 型湿度传感器 1 个5.实验步骤及内容1.将 LSD-5-A 型湿度传感器与环境状况测量模块上对应的湿 度传感器接口连接。2.启动服务器 , 运行 DRVI 主程序 , 开启 DRVI 数据采集仪电 源, 然后点击 DRVI 快捷工具条上的 联机注册 图标 , 选择其中的 DRVI 采集仪主卡检测 进行服务器和数据采集仪之间的注册。联 机注册成功后 , 分别从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动 DRVI 微 型Web服务器和内置的Web服务器,开始监听8600和8500端 口。3.打开客户端计算机 , 启动计算机上

8、的 DRVI 客户端程序 , 然后点击 DRVI 快捷工具条上的 联机注册 图标 , 选择其中的 DRVI 局 域网服务器检测,在弹出的对话框中输入服务器 IP地址（例如：192.168.0.1） , 点击发送 按钮, 进行客户端和服务器之间的认证 , 认证完毕即可正常运行客户端所有功能。4.本实验原理设计图如图 1 所示。5.在DRVI软件平台的地址信息栏中输入如下信息 http:/服务 器IP地址:8600/SensorLAB/index.htm,打开 WEB版实验指导书， 在实验目录中选择 湿度传感器环境湿度测量 实验, 参照实验原理 和要求设计该实验。6. 点击附录中该实验脚本文件 服

9、务器端 的链接 , 将参考的实验 脚本文件贴入 DRVI 软件平台中并运行 , 点击面板中的 开关按钮, 观察获取的信号波形及湿度值 , 服务器端实验效果示意图如图 2所 示。0IZ345 &COO BCOL 6002 6003藻说明|红线和虔线表示单变量魏据线*蓝线和实钱表示数姐型数据 塢箭头代妙据或信号在软件总线中的潇动方向图1湿度传感器环境湿度测量实验原理设计图图2环境监测-湿度实验（服务器）7.对于客户端的分析，首先设疋数据共享服务器的IP地址,然 后在确保数据共享服务器端 8500端口打开的前提下，点击开关按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端温度随外界条件变 化而变化的情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图 3所示。VUMMttFftit: ha? icsaeaJ J 2J3 * 够 11星J. 工鼻 M Ha 義伸 IA 啊塞王于制却常U门仃职需汕注価卜UMkh曲血I口 j xr UiMlRU图3环境监测-湿度实验（客户端）6.注意事项1.等波形稳定后再读数。2.湿度传感器需要预热 5分钟左右方可使用。七实验报告要求1. 根据实验内容整理实验结果 , 并分析和说明其检测原理八. 思考题 1. 分析测量误差2.应用于测湿度的传感器还有那些 ? 简述其工作原理附录:1.该实验的实验信号处理框图如图 4所示图4环境温度/湿度测量实验信号处理框图