湿度传感器环境湿度测量实验指导书9952.docx

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1、湿度传感感器环境境湿度测测量实验验指导书书一. 实实验目的的通过本本实验了了解和掌掌握湿度度传感器器测量湿湿度的基基本原理理和方法法。二. 传传感器简简介湿度通通常是指指大气中中所含的的水蒸气气量。湿湿度传感感器是用用以感受受大气湿湿度并变变换成适适当电信信号输出出的传感感器。湿度有有两种常常用的表表示方法法，即绝绝对湿度度和相对对湿度。绝绝对湿度度是指一一定空间间中水蒸蒸气的绝绝对含量量，可用用kg/m3表表示。绝绝对湿度度也可称称为水汽汽浓度或或水汽密密度。 绝对对湿度也也可用水水的蒸气气压来表表示。设设空气的的水汽密密度为v，与与之相对对应的水水蒸气分分压为PPv，则则根据理理想气体体状

2、态方方程有如如下关系系：式中：MM-水水汽的摩摩尔质量量；R-摩尔尔气体常常数；TT-绝绝对温度度。相相对湿度度为某一一被测蒸蒸气压与与相同温温度下的的饱和蒸蒸气压的的比值的的百分数数，常用用RRH表表示。这这是一个个无量纲纲的值。绝绝对湿度度给出了了水分在在空间的的具体含含量，相相对湿度度则给出出大气的的潮湿程程度，故故使用更更加广泛泛。式中：PPv-待测空空气水蒸蒸气分压压，Pww-待待测空气气温度TT同温时时水的饱饱和水汽汽压。利用湿湿度传感感器可以以将湿度度值转化化为电信信号。湿湿度传感感器主要要组成部部分为湿湿度敏感感器件。湿湿度敏感感器件是是基于其其功能材材料能发发生与湿湿度有关关

3、的物理理效应或或化学反反应的基基础上制制造的它具有有可将湿湿度物理理量转换换成电讯讯号的功功能，这这些功能能可以通通过与湿湿度有关关的电阻阻或电容容的变化化、长度度或体积积的胀缩缩、以及及结型器器件或MMos器器件的某某些电参参数的变变化，诸诸如P-N结击击穿电压压、电流流放大系系数、反反向漏电电流、MMOS器器件的沟沟道电阻阻等的变变化而得得以实现现三. 湿湿度传感感器测量量原理由于敏敏感器件件的不同同，不同同的湿度度传感器器具有不不同的测测量原理理。下面面简单介介绍一下下使用最最广泛的的烧结型型半导体体陶瓷湿湿度敏感感器件的的工作机机理。蓝蓝津信息息技术有有限公司司生产的的的LSSD-55

4、-A型型相对湿湿度传感感器就是是采用这这种敏感感器件。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通过调整配方、进行渗杂、或者通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

5、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，目前大多数湿敏半导体陶瓷都属于此类；后一类的情况正好相反。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

6、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H3O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，随之形成第二层、第三层的物理吸附，同时使导电载流子H3O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，因此水分子可通过细孔，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

7、就下降得愈多。 四.实验验仪器和和设备1. DDRVII可重组组虚拟实实验开发发平台 1套22. 蓝蓝津数据据采集仪仪（LDDAQ-EPPP2） 1套33. 开开关电源源（LDDY-AA） 11套4. LSSD-55-A型型湿度传传感器 1个五. 实实验步骤骤及内容容1. 将将LSDD-5-A型湿湿度传感感器与环环境状况况测量模模块上对对应的湿湿度传感感器接口口连接。2. 启启动服务务器，运运行DRRVI主主程序，开开启DRRVI数数据采集集仪电源源，然后后点击DDRVII快捷工工具条上上的联联机注册册图标标，选择择其中的的DRRVI采采集仪主主卡检测测进行行服务器器和数据据采集仪仪之间的的注

8、册。联联机注册册成功后后，分别别从DRRVI工工具栏和和快捷工工具条中中启动DRVVI微型型Webb服务器器和内置的的Webb服务器器，开开始监听听86000和885000端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的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/Senso

9、rLAB/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。图1 湿度传传感器环环境湿度测量量实验原原理设计计图图2 环境监监测-湿湿度实验验（服务务器）7. 对对于客户户端的分分析，首首先设定定数据共共享服务务器的IIP地址址，然后后在确保保数据共共享服务务器端885000端口打打开的前前提下，点点击开开关按按钮进行行网络数数据采集集，观察察数据共共享服务务器端温温度随外外界条件件变化而而变化的的情况，并并记录实实验结果果。客户户端实验验效果示示意图如如图3所示。图3 环境监监测-湿湿度实验验（客户户端）六. 注注意事项项1. 等等波形稳稳定后再再读数。2. 湿度传感器需要预热5分钟左右方可使用。七. 实实验报告告要求1. 根根据实验验内容整整理实验验结果，并并分析和和说明其其检测原原理。 八. 思思考题1. 分分析测量量误差。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. 该实验的的实验信信号处理理框图如如图4所示。图4 环境境温度/湿度测测量实验验信号处处理框图图