第五章湿度传感器

湿度模拟传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解湿度的概念，掌握湿度模拟传感器的工作原理；2. 学生能运用所学知识，分析湿度模拟传感器在生活中的应用；3. 学生了解传感器技术的发展趋势及其在智能化领域的地位。

技能目标：1. 学生能正确使用湿度模拟传感器，进行简单的数据采集和实验操作；2. 学生具备设计简单的湿度监测系统的能力，并能对实验数据进行初步分析；3. 学生能通过团队合作，解决实际应用中与湿度传感器相关的问题。

情感态度价值观目标：1. 学生对传感器技术产生兴趣，培养探究精神和创新意识；2. 学生认识到湿度监测在生活中的重要性，增强环保意识；3. 学生在团队合作中，学会沟通、协作，培养集体荣誉感。

本课程旨在通过湿度模拟传感器的学习，帮助学生掌握基本知识，提高实践操作能力，培养创新意识和团队合作精神。

针对初中年级学生的认知特点，课程注重理论与实践相结合，以学生为主体，激发学生的学习兴趣和探究欲望，使他们在学习过程中获得成就感，增强自信心。

通过本课程的学习，为学生今后的科学素养打下坚实基础。

二、教学内容1. 湿度基础知识：介绍湿度的概念、湿度测量方法以及湿度在生活中的重要性。

- 教材章节：第一章“传感器概述”，第三节“湿度传感器”。

2. 湿度模拟传感器原理：讲解湿度模拟传感器的工作原理、类型及特点。

- 教材章节：第二章“模拟传感器”，第四节“湿度模拟传感器”。

3. 湿度模拟传感器应用：分析湿度模拟传感器在农业、家居、环保等领域的应用案例。

- 教材章节：第三章“传感器应用实例”，第五节“湿度传感器应用”。

4. 实验操作与数据处理：指导学生进行湿度模拟传感器的安装、调试及数据采集，对实验数据进行处理和分析。

- 教材章节：第四章“实验操作”，第六节“湿度模拟传感器实验”。

5. 设计与制作湿度监测系统：引导学生运用所学知识，设计简单的湿度监测系统，并进行制作和调试。

- 教材章节：第五章“传感器系统设计”，第七节“湿度监测系统设计”。

湿度传感器的原理及应用论文范文一、引言湿度传感器是一种常见的电子传感器，用于测量空气中的湿度水分含量。

它广泛应用于气象、工业、农业等领域，在各个领域都发挥着重要的作用。

本文将介绍湿度传感器的原理以及在不同领域的应用。

二、湿度传感器的原理湿度传感器的原理基于物质吸湿性能的变化。

常见的湿度传感器有电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器两种类型。

2.1 电阻式湿度传感器原理电阻式湿度传感器使用一种湿度敏感材料作为电阻元件，该材料的电阻随湿度变化而变化。

当湿度增加时，湿度敏感材料吸湿膨胀，导致电阻增加；当湿度减少时，湿度敏感材料脱湿收缩，导致电阻减少。

通过测量电阻的变化，可以间接测量湿度的变化。

2.2 电容式湿度传感器原理电容式湿度传感器通过测量电容的变化来间接测量湿度。

传感器由两个电极和一个吸湿材料组成，当空气中的湿度变化时，吸湿材料的含水量发生变化，导致电极之间的电容值发生变化。

传感器测量电容的变化，并转换为相应的湿度值。

三、湿度传感器的应用领域湿度传感器在许多领域中具有广泛的应用。

3.1 气象领域湿度是气象学中一个重要的参数，对天气的变化和气候的研究起着至关重要的作用。

气象领域常用湿度传感器来测量大气中的湿度水分含量，从而预测天气变化、制定农业灌溉计划等。

3.2 工业领域在工业领域中，湿度传感器常用于检测生产环境中的湿度水分含量。

例如，在食品加工过程中，湿度传感器可以帮助控制空气湿度，确保产品的质量和安全性。

在纺织品和木材行业中，湿度传感器可以帮助控制材料的干燥程度，防止发霉和变形。

3.3 农业领域农业领域对于湿度的要求较高，湿度传感器被广泛用于农业自动化系统中。

例如，在温室种植中，湿度传感器可以监测温室内的湿度水分含量，调节温室的通风和灌溉系统，提供适宜的生长条件。

在农田灌溉中，湿度传感器可以测量土壤湿度，帮助合理使用水资源和制定灌溉计划。

3.4 生活领域在生活领域，湿度传感器也有很多应用。

例如，智能家居系统中的湿度传感器可以监测室内湿度，根据湿度的变化调节室内空调系统，提供舒适的生活环境。

湿度传感器引言湿度传感器是一种常见的传感器，用于测量和监测周围环境的湿度级别。

湿度传感器在许多领域中都起着重要的作用，如气象预报、农业、建筑和室内环境控制等。

本文将介绍湿度传感器的原理、类型、应用以及其在不同领域中的意义。

一、湿度传感器原理湿度传感器的工作原理基于材料的特性和湿度与环境条件之间的相互关系。

湿度传感器能够测量空气中的水分含量，并将其转换为电信号。

最常见的湿度传感器原理是电阻式湿度传感器。

它包括两个电极，它们之间有一层感湿性物质。

当湿度增加时，感湿性物质吸收水分，导致电阻值发生变化。

通过测量电阻值的变化，可以确定湿度的级别。

另一种常见的湿度传感器原理是电容式湿度传感器。

它包括两个电极和一个介电体。

当空气中的湿度发生变化时，介电体的相对湿度也会发生变化，从而导致电容值的变化。

通过测量电容值的变化，可以确定湿度的级别。

二、湿度传感器类型湿度传感器根据其工作原理和应用领域的不同，可以分为多种类型。

1. 电阻式湿度传感器：如上所述，电阻式湿度传感器利用感湿性物质吸湿引起的电阻值变化来测量湿度。

它们通常具有较低的成本和较高的灵敏度，广泛应用于室内环境控制领域。

2. 电容式湿度传感器：电容式湿度传感器利用介电体的相对湿度变化来测量湿度。

它们通常具有较高的精度和稳定性，适用于气象预报和工业应用等领域。

3. 表面声波湿度传感器：表面声波湿度传感器使用压电材料和声表面波的特性来测量湿度。

它们具有快速响应和高精度的特点，常用于气象和气候研究领域。

4. 光纤湿度传感器：光纤湿度传感器利用光学原理来测量湿度。

它们具有较高的灵敏度和稳定性，用于环境监测和农业应用等领域。

三、湿度传感器的应用湿度传感器在许多领域中都有广泛应用。

1. 气象预报：湿度传感器是气象仪器中的关键组成部分。

通过测量和监测湿度，能够更准确地预测天气情况，包括降雨量、雾霾状况等。

2. 农业：湿度传感器在农业中起着重要作用。

它们可以帮助农民控制温室和灌溉系统，确保农作物在适宜的湿度条件下生长。

湿度传感器湿度传感器湿度，表征空气中水汽含量的物理量。

湿度的单位是单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。

表示∶D=g/m3 。

人们根据这一特性，制造出了湿度传感器，在生活中也有很多地方都用到了湿度传感器。

例如燃气热水器、电烤箱（面包）、空调感湿头、空气加湿器等。

并广泛应用在于农业、气象、仓储、环保、国防、科研等部门。

一、湿度传感器的分类湿度传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。

现代工业技术要求高精度、高可靠和连续地测量湿度，因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。

湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。

利用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。

例如，利用水分子附着或浸入某些物质后，其电气性能（电阻值、介电常数等）发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；利用水分子附着后引起材料长度变化，可制成尺寸变化式湿敏元件，如毛发湿度计。

金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水性能，不仅有物理吸附，而且有化学吸附，可制成金属氧化物湿敏元件。

这类元件在应用时附着或浸入被测的水蒸气分子，与材料发生化学反应生成氢氧化物，或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以全部脱出，使重复使用时元件的特性不稳定，测量时有较大的滞后误差和较慢的反应速度。

目前应用较多的均属于这类湿敏元件。

另一类非亲和力型湿敏元件利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。

例如，利用热力学方法测量的热敏电阻式湿度传感器，利用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。

1、电解质湿敏元件利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化制成的湿敏元件。

最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。

氯化锂湿敏元件的工作原理是基于湿度变化能引起电介质离子导电状态的改变，使电阻值发生变化。

结构形式有顿蒙式和含浸式。

湿度传感器的设计与制造第一章：引言随着现代传感技术的飞速发展，生产制造行业已由过去仅注重生产成本和质量控制的传统制造，向着以传感技术为核心的高端制造业转变。

在工业、环保、医疗、能源等领域，传感器作为一种最基本和最重要的感测器件，其应用范围也越来越广泛。

湿度传感器作为传感技术行业的一种重要成员，在制造工艺和设计上都有其独特的特点和方法。

本文就湿度传感器的设计和制造这一主题展开讨论，主要包括湿度传感器的工作原理、设计要点和制造过程等方面内容。

第二章：湿度传感器的工作原理湿度传感器的本质是一种电气设备，它通过测量环境中的湿度，并将所测量的湿度量转换成电信号的形式进行输出。

在传感器本身内部，包含有传感元件和信号处理电路两部分。

传感元件负责测量环境中的湿度，其一般由传感材料和传感电极组成，而信号处理电路则负责将传感元件测得的物理量转换成易于被检测的电信号。

湿度传感器的精度和灵敏度主要由传感元件的材料和构造决定，而信号处理电路的设计及制造技术则关系到传感器的响应速度、稳定性和抗干扰能力等方面。

第三章：湿度传感器的设计要点3.1 传感元件的选择湿度传感器的传感元件通常采用的是电容式或阻抗式传感器。

东南大学机械制造领域的赵卫国教授等人研发出了一种新型的利用多孔薄膜作为传感元件的湿度传感器。

相比于传统的电容式或阻抗式传感器，这种新型的传感器具有响应速度快、稳定性好、抗污染能力强等优点。

3.2 信号处理电路的设计在信号处理电路的设计中，应根据传感器的实际应用场景、环境条件、测量精度等方面进行合理选择。

常用的信号处理电路包括简单的放大器、运算放大器、滤波器、AD转换器等。

设计时需针对具体情况进行技术参数和功能要求的综合分析，选用合适的电路结构和元件。

在制造过程中，还需注意信号处理电路和传感元件之间的电路连接问题，应该采用合适的焊接工艺，以保证传感器的可靠性和稳定性。

3.3 封装结构的设计湿度传感器在实际应用中需要长期工作，在恶劣环境下才能真正地发挥其作用。

湿度传感器原理湿度传感器是一种能够测量空气中湿度水分含量的设备。

它广泛应用于气象观测、工业制造、建筑物管理等领域，为人们提供了重要的数据参考。

本文将介绍湿度传感器的原理和工作方式。

一、湿度传感器的原理湿度传感器的原理基于湿度对材料电学或物理性质的敏感性。

最常见的湿度传感器基于两种不同的原理：电容式和电阻式。

1. 电容式电容式湿度传感器利用湿度对介质电容的影响来测量湿度。

在一个充满湿度的环境中，一层感应电极会吸收湿气，从而改变传感器内部的介电常数。

当感应电极上的介电常数发生变化时，传感器的电容值也会相应改变。

通过测量电容的变化，可以得知环境的湿度水分含量。

2. 电阻式电阻式湿度传感器主要基于湿敏电阻的特性来测量湿度。

湿敏电阻是一种能够在湿润环境下改变电阻值的材料。

当湿气与湿敏电阻接触时，湿气会渗入材料中并引起电阻变化。

通过测量电阻的变化程度，就能够得出环境的湿度水分含量。

二、湿度传感器的工作方式湿度传感器的工作方式主要分为两种类型：相对湿度传感器和绝对湿度传感器。

1. 相对湿度传感器相对湿度传感器可以测量空气中的相对湿度。

它通过将湿度传感器与温度传感器相结合，根据空气中水分含量与温度的关系，计算出相对湿度的数值。

这种传感器常用于室内环境监测、气象观测等领域。

2. 绝对湿度传感器绝对湿度传感器可以测量空气中的绝对湿度，即单位体积空气中所含水分的质量。

绝对湿度传感器通常通过化学吸附物或者薄膜传感器的方式，测量空气中水分含量的绝对值。

这种传感器常用于工业制造、冷链物流等领域，对湿度控制要求较高。

三、湿度传感器的应用湿度传感器广泛应用于各个领域，主要包括以下几个方面：1. 气象观测：湿度传感器是气象观测中不可或缺的设备，用于测量空气中的湿度水分含量，为天气预报和气候研究提供重要数据。

2. 工业制造：湿度传感器在工业制造过程中被广泛应用，例如在纺织、食品加工、涂装等行业中，控制湿度可以影响产品质量和生产效率。

湿度传感器课件α粒子带正电荷由两粒带正电荷的质子和两粒中性的中子组成相等于一个氦原子核由于带正电荷它会受电磁场影响在自然界内大部份的重元素原子序数为82或以上都会在衰变时释放它例如铀和镭由于α粒子的体积比较大又带两个正电荷很容易就可以电离其他物质因此它的能量亦散失得较快穿透能力在众多电离辐射中是最弱的人类的皮肤或一张纸已能隔阻α粒子不过如果人类吸入或进食具有α粒子放射性的物质譬如吸入了辐射烟羽α粒子就能直接破坏内脏细胞它的穿透能力虽然弱但由于它的电离能力很强它对生物所造成的危害并不下于其他辐射β粒子是高速的电子由于带负电荷会受电磁场影响它的体积比α粒子细得多穿透能力则比α粒子强需要一块几毫米厚的铝片才可以阻挡它很多放射性物质都会在衰变时放出β粒子放射性元素的半衰期长短差别很大短的远小于一秒长的可达数万年利用物质吸收水分子而导电率发生变化检测湿度潮解指的是物质在空气中吸收水分使得表面逐渐变得潮湿滑润最后物质就会从固体变为该物质的溶液反映湿度传感器温度特性的一个比较直观实用的物理量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在氯化锂LiCl溶液中Li和Cl以正负离子的形式存在锂离子Li对水分子的吸收力强离子水合成度高溶液中的离子导能力与溶液浓度成正比溶液浓度增加导电率上升当溶液置于一定湿度场中若环境RH上升溶液吸收水分子使浓度下降电阻率ρ上升反之RH下降溶液吸收水分子使浓度上升电阻率ρ下降通过测量溶液电阻R值实现对湿度测量负湿敏特性半导体瓷湿敏电阻电阻随湿度增加而下降由于水分子中氢原子具有很强的正电场当水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面俘获电子使半导体表面带负电相当表面电势变负电阻率随湿度增加而下降 7电压特性加直流电会引起感湿体内水分子的电解使电导率随时间的增加而下降用湿度传感器测量湿度时不能用直流电压采用交流电压右图表示湿度传感器的电阻与外加交流电压之间的关系测试电压小于5V时电压对阻湿特性没有影响交流电压大于15V时由于产生焦耳热对湿度传感器的阻湿特性产生了较大影响因而一般湿度传感的使用电压都小于10V Lg R Ω 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 20℃ 100Hz 11 RH 33 RH 75 RH 100 RH UV 电阻－频率特性 20℃ 5V 11 RH 33 RH 100 RH Lg f Hz 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 75 RH Lg R Ω 8频率特性湿度传感器的阻值与外加电压频率的关系在高湿时频率对阻值的影响很小当低湿高频时随着频率的增加阻值下降对这种湿度传感器当电压频率小于103Hz时阻值不随使用频率而变化所以使用频率的上限为103Hz 湿度传感器的使用频率上限由实验确定直流电压会引起水分子的电解因此测试电压频率也不能太低三电解质湿度传感器电解质是以离子形式导电的物质分为固体电解质和液体电解质若物质溶于水中在极性水分子作用下能全部或部分地离解为自由移动的正负离子称为液体电解质电解质溶液的电导率与溶液的浓度有关而溶液的浓度在一定的温度下又是环境相对湿度的函数氯化锂湿度传感器的结构 A B B 钯丝 A 涂有聚苯乙烯薄膜的圆筒电解质氯化锂湿度传感器最为典型 0 30 60 90 001 01 1 10 R108Ω相对湿度①②③④⑤④ 10 LiCl ⑤ 22LiCl ③ 05 LiCl ② 025 LiCl ① PVAC 氯化锂湿度传感器的阻湿特性组合式氯化锂的阻湿特性 0 30 60 90 001 01 1 10 相对湿度 R108Ω把不同感湿范围的单片湿度传感器组合起来可制成相对湿度工作量程为20％～90％RH的湿度传感器四陶瓷湿度传感器利用半导体陶瓷材料制成优点测湿范围宽可实现全湿范围内的湿度测量工作温度高常温型工作温度在150℃以下高温型工作温度可达800℃响应时间较短精度高抗污染能力强工艺简单成本低典型产品是烧结型陶瓷湿敏元件是MgCr2O4－TiO2此外还有TiO2-V2O5ZnO－Li2O－V2O5ZnCr2O4ZrO2－MgOFe3O4Ta2O5等这类湿度传感器的感湿特征量大多数为电阻除Fe3O4外都为负特性湿度传感器即随着环境相对湿度的增加阻值下降也有少数陶瓷湿度传感器它的感湿特性量为电容 1结构感湿体是MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷陶瓷的气孔大部分为粒间气孔气孔直径随TiO2添加量的增加而增大粒间气孔与颗粒大小无关相当于一种开口毛细管容易吸附水分材料的主晶相是MgCr2O4相此外还有TiO2相等感湿体是一个多晶多相的混合物陶瓷湿敏元件结构图护圈电极感湿陶瓷氧化钌电极加热器基板电极引线 2主要特性与性能 1电阻一湿度特性 MgCr2O4－TiO2陶瓷湿度传感器的电阻一湿度特性随着相对湿度的增加电阻值急骤下降基本按指数规律下降在单对数的坐标中电阻湿度特性近似呈线性关系当相对湿度由0变为100％RH时阻值从108Ω下降到104Ω即变化了四个数量级 20 40 60 80 100 103 104 105 106 107 108相对湿度 RΩ 2电阻温度特性在不同的温度环境下测量陶瓷湿度传感器的电阻湿度特性从图可见从20℃到80℃各条曲线的变化规律基本一致具有负温度系数感湿负温度系数为–038％RH／℃如果要求精确的湿度测量需要对湿度传感器进行温度补偿 20 40 60 80 100 103 104 105 106 107 108 相对湿度 20℃40℃ 60℃ 80℃ RΩ MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的电阻温度特性MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的时间响应特性 20 40 60 80 100 0 10 20 30 94RH 50RH 1RH 50RH t s RH 3响应时间响应时间特性如图根据响应时间的规定从图中可知响应时间小于10s 4稳定性制成的MgCr2O4-TiO2陶瓷类湿度传感器需要实验高温负荷实验大气中温度150℃交流电压5V时间104h 高温高湿负荷试验湿度大于95％RH温度60℃交流电压5V时间104h 常温常湿试验[湿度 10～90 ％RH温度–10℃～＋40℃ ] 油气循环试验油蒸气加热清洗循环25万次交流电压5V经过以上各种试验大多数陶瓷湿度传感器仍能可靠地工作说明稳定性比较好五高分子湿度传感器有机高分子材料制成的湿度传感器主要是利用其吸湿性与胀缩性电容式湿度传感器高分子电介质吸湿后介电常数明显改变电阻式湿度传感器高分子电解质吸湿后电阻明显变化利用胀缩性高分子如树脂材料和导电粒子在吸湿之后的开关特性制成结露传感器一电容式湿度传感器1结构高分子薄膜电介质电容式湿度传感器的基本结构高分子薄膜上部电极下部电极 2感湿机理与性能电容式高分子湿度传感器其上部多孔质的金电极可使水分子透过水的介电系数比较大室温时约为79感湿高分子材料的介电常数并不大当水分子被高分子薄膜吸附时介电常数发生变化随着环境湿度的提高高分子薄膜吸附的水分子增多因而湿度传感器的电容量增加根据电容的变化测得相对湿度 2响应特性高分子薄膜可以做得极薄响应时都很短一般都小于5s有的响应时间仅为1s 3电容一温度特性感湿特性受温度影响非常小在5℃～50℃范围内电容温度系数约为006％RH℃相对湿度 0 50 100 200 250 300 350 电容湿度特性 CpF f 15MHZ 1电容湿度特性电容随着环境温度的增加而增加基本上呈线性关系当测试频率为l5MHz 左右时其输出特性有良好的线性度对其它测试频率如1kHz10kHz尽管传感器的电容量变化很大但线性度欠佳可外接转换电路使电容湿度特性趋于理想直线二电阻式高分子膜湿度传感器 1结构聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的结构引线端感湿膜聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的结构梳状电极基片 2主要特性 1电阻湿度特性当环境湿度变化时传感器在吸湿和脱湿两种情况的感湿特性曲线如图在整个湿度范围内传感器均有感湿特性其阻值与相对湿度的关系在单对数坐标纸上近似为一直线吸湿和脱湿时湿度指示的最大误差值为 3～4 ％RH 1K 30 40 50 60 70 80 90 吸湿 10K 100K 1M 10M 相对湿度 R Ω脱湿Δ±3RH 电阻湿度特性 2温度特性聚苯乙烯磺酸锂的电导率随温度的变化较为明显具有负温度系数在 0～55 ℃时温度系数为–06％～–10％ RH℃ 0 40 20 104 60 80 100 50℃ 10 102 103 聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的湿度特性 25℃ 40℃ RΩ相对湿度 3其它特性聚苯乙烯磺酸锂湿度传感器的升湿响应时间比较长降湿响应时间比较短响应时间在一分钟之内有良好的稳定性存储一年后测量误差不超过2％RH可以满足器件稳定性的要求缺点含有机溶液气体的环境下测湿时器件易损坏不能用于80℃以上的高温六湿度传感器的测量电路一检测电路的选择 1电源选择电阻式湿度传感器必须使用交流电源否则性能会劣化甚至失效电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的在直流电源作用下正负离子必然向电源两极运动产生电解作用使感湿层变薄甚至被破坏在交流电源作用下正负离子往返运动不会产生电解作用感湿膜不会被破坏交流电源的频率选择在不产生正负离子定向积累情况下尽可能低一些在高频情况下测试引线的容抗明显下降会把湿敏电阻短路另外湿敏膜在高频下也会产生集肤效应阻值发生变化影响到测湿灵敏度和准确性 2．温度补偿湿度传感器具有正或负的温度系数其温度系数大小不一工作温区有宽有窄所以要考虑温度补偿问题对于半导体陶瓷传感器其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系通常其温度关系属于NTC型即 H相对湿度 T绝对温度R0在T 0℃相对湿度H 0时的阻值 A湿度常数B温度常数温度系数＝湿度系数＝湿度温度系数＝若传感器的湿度温度系数为007％RH℃工作温度差为30℃测量误差为021％RH℃则不必考虑温度补偿若湿度温度系数为04％RH℃则引起12％RH℃的误差必须进行温度补偿 3．线性化湿度传感器的感湿特征量与相对湿度之间的关系不是线性的给湿度的测量控制和补偿带来了困难需要通过一种变换使感湿特征量与相对湿度之间的关系线性化下图为湿度传感器测量电路原理框图 A2 A1 A3 A4 A5 A6 _ _ 湿敏元件 R1 R2 R3 R4 R5 R6 RT USC C1 C2 C3 W 湿度传感器测量电路原理框图 D1 振荡器放大电路传感器驱动电路整流电路对数温补电路二典型电路电阻式湿度传感器其测量电路主要有两种形式 1．电桥电路振荡器对电路提供交流电源电桥的一臂为湿度传感器湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化电桥失去平衡产生信号输出放大器可把不平衡信号加以放大整流器将交流信号变成直流信号由直流毫安表显示振荡器和放大器都由9V直流电源供给电桥法适合于氯化锂湿度传感器振荡器电桥放大器桥式整流电表指示直流电源9V 湿度传感器电桥测湿电路框图 100kΩ传感器湿度 3AX3 ╳ 2 10kΩ 100kΩ╳6 3DG6 2kΩ 2kΩ 22kΩ 9V 10μF 10μF 20μF 10μF 20μF 3kΩ╳2 U 10μF 51kΩ 51kΩ 100mA 便携式湿度计的实际电路 2．欧姆定律电路电路用于可承受较大电流的陶瓷湿度传感器由于测湿电路可以获得较强信号故可以省去电桥和放大器用市电作为电源降压变压器降压欧姆定律电路220V 22kΩ 51kΩ 3V 2AP9╳4 输入 Rd 插口 005μF╳2 3．带温度补偿的湿度测量电路在实际应用中需要同时考虑对湿度传感器进行线性处理和温度补偿常常采用运算放大器构成湿度测量电路下图为湿度测量电路中Rt是热敏电阻器 20kΩB 4100K RH为H204C湿度传感器运算放大器型号为LM2904该电路的湿度电压特性及温度特性表明在 30％～90％ RH15℃～35℃范围内输出电压表示的湿度误差不超过3％RH _ _ 1V 120HZ 51kΩ 91kΩ 22kΩ91kΩ RH 12V -12V D 20μF 47kΩ 100kΩ 100kΩ 330kΩ UOUT -VS Rt A2 A1 释义与简介声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测定位和通信的电子设备是水声学中应用最广泛最重要的一种装置它是SONAR 一词的义音两顾的译称旧译为声纳SONAR是Sound Navigationand Ranging声音导航测距的缩写声呐技术至今已有100年历史它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置主要用来侦测冰山这种技术到第一次世界大战时被应用到战场上用来侦测潜藏在水底的潜水艇目前声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术用于对水下目标进行探测分类定位和跟踪进行水下通信和导航保障舰艇反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用此外声呐技术还广泛用于鱼雷制导水雷引信以及鱼群探测海洋石油勘探船舶导航水下作业水文测量和海底地质地貌的勘测等和许多科学技术的发展一样社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展工作的原理声波是观察和测量的重要手段有趣的是英文sound一词作为名词是声的意思作为动词就有探测的意思可见声与探测关系之紧密在水中进行观察和测量具有得天独厚条件的只有声波这是由于其他探测手段的作用距离都很短光在水中的穿透能力很有限即使在最清澈的海水中人们也只能看到十几米到几十米内的物体电磁波在水中也衰减太快而且波长越短损失越大即使用大功率的低频电磁波也只能传播几十米然而声波在水中传播的衰减就小得多在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹在两万公里外还可以收到信号低频的声波还可以穿透海底几千米的地层并且得到地层中的信息在水中进行测量和观察至今还没有发现比声波更有效的手段结构与分类声呐装置一般由基阵电子机柜和辅助设备三部分组成基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成其外形通常为球形柱形平板形或线列行有接收基阵发射机阵或收发合一基阵之分电子机柜一般有发射接收显示和控制等分系统辅助设备包括电源设备连接电缆水下接线箱和增音机与声呐基阵的传动控制相配套的升降回转俯仰收放拖曳吊放投放等装置以及声呐导流罩等换能器是声呐中的重要器件它是声能与其它形式的能如机械能电能磁能等相互转换的装置它有两个用途一是在水下发射声波称为发射换能器相当于空气中的扬声器二是在水下接收声波称为接收换能器相当于空气中的传声器俗称麦克风或话筒换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波专门用于接收的换能器又称为水听器换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电效应或磁致伸缩效应声呐的分类可按其工作方式按装备对象按战术用途按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声呐例如按工作方式可分为主动声呐和被动声呐按装备对象可分为水面舰艇声呐潜艇声呐航空声呐便携式声呐和海岸声呐等主动声呐主动声呐技术是指声呐主动发射声波照射目标而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数大多数采用脉冲体制也有采用连续波体制的它由简单的回声探测仪器演变而来它主动地发射超声波然后收测回波进行计算适用于探测冰山暗礁沉船海深鱼群水雷和关闭了发动机的隐蔽的潜艇被动声呐被动声呐技术是指声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号以测定目标的方位它由简单的水听器演变而来它收听目标发出的噪声判断出目标的位置和某些特性特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇安装及运用传统上潜艇安装声呐的主要位置是在最前端的位置由于现代潜艇非常依赖被动声呐的探测效果巨大的收音装置不仅仅让潜艇的直径水涨船高原先在这个位置上的鱼雷管也得乖乖让出位置而退到两旁去其他安装在潜艇上的声呐型态还包括安装在艇身其他位置的被动声呐听音装置利用不同位置收到的同一讯号经过电脑处理和运算之后就可以迅速的进行粗浅的定位对于艇身较大的潜艇来说比较有利因为测量的基线较长准确度较高另外一种声呐称为拖曳声纳因为这种声呐装置在使用时以缆线与潜艇连接声呐的本体则远远的拖在潜艇的后面进行探测拖曳声呐的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力尤其是潜艇的尾端这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分由于水流的声音的干扰位于前方的声呐无法听到这个区域的讯号而形成一个盲区使用拖曳声呐之后就能够消除这个盲区找出躲在这个区域的目标影响的因素影响声呐工作性能的因素除声呐本身的技术状况外外界条件的影响很严重比较直接的因素有传播衰减多路径效应混响干扰海洋噪声自噪声目标反射特征或辐射噪声强度等它们大多与海洋环境因素有关例如声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面海底的影响和制约会产生折射散射反射和干涉会产生声线弯曲信号起伏和畸变造成传播途径的改变以及出现声阴区严重影响声呐的作用距离和测量精度现代声呐根据海区声速--深度变化形成的传播条件可适当选择基阵工作深度和俯仰角利用声波的不同传播途径直达声海底反射声会聚区深海声道来克服水声传播条件的不利影响提高声呐探测距离又如运载平台的自噪声主要与航速有关航速越大自噪声越大声呐作用距离就越近反之则越远目标反射本领越大被对方主动声呐发现的距离就越远目标辐射噪声强度越大被对方被动声呐发现的距离就越远从科学的角度来说电磁波是能量的一种凡是能够释出能量的物体都会释出电磁波微波能通常由直流电或50MHz交流电通过一特殊的器件来获得可以产生微波的器件有许多种但主要分为两大类半导体器件和电真空器件电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件或称之为电子管在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管多腔速战速调管微波三四极管行波管等在目前微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波是无线电波中一个有限频带的简称即波长在1米不含1米到1毫米之间的电磁波是分米波厘米波毫米波的统称微波频率比一般的无线电波频率高通常也称为超高频电磁波微波作为一种电磁波也具有波粒二象性．微波量子的能量为1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j．1946年斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员一个偶然的机会他发现微波溶化了糖果事实证明微波辐射能引起食物内部的分子振动从而产生热量1947年第一台微波炉问世顾名思义微波炉就是用微波来煮饭烧菜的微波是一种电磁波这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多而且还很有"个性"微波一碰到金属就发生反射金属根本没有办法吸收或传导它微波可以穿过玻璃陶瓷塑料等绝缘材料但不会消耗能量而含有水分的食物微波不但不能透过其能量反而会被吸收微波炉正是利用微波的这些特性制作的微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成可以阻挡微波从炉内逃出以免影响人们的身体健康装食物的容器则用绝缘材料制成微波炉的心脏是磁控管这个叫磁控管的电子管是个微波发生器它能产生每秒钟振动频率为245亿次的微波这种肉眼看不见的微波能穿透食物达5cm深并使食物中的水分子也随之运动剧烈的运动产生了大量的热能于是食物"煮"熟了这就是微波炉加热的原理用普通炉灶煮食物时热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的而用微波炉烹饪热量则是直接深入食物内部所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍热效率高达80以上目前其它各种炉灶的热效率无法与它相比而微波炉由于烹饪的时间很短能很好地保持食物中的维生素和天然风味比如用微波炉煮青豌豆几乎可以使维生素C一点都不损失另外微波还可以消毒杀菌使用微波炉时应注意不要空"烧"因为空"烧"时微波的能量无法被吸收这样很容易损坏磁控管另外人体组织是含有大量水分的一定要在磁控管停止工作后再打开炉门提取食物微波炉的基本结构微波炉的基本外形和构造微波式传感器的组成微波振荡器和微波天线二微波传感器测量原理由发射天线发出的微波遇到被测物体时将被吸收或反射使功率发生变化若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波并将它转换成电信号再由测量电路处理就实现了微波检测微波传感器可分为反射式与遮断式两种 1．反射式传感器通过检测被测物反射回来的微波或经过时间间隔来表达被测物的位置厚度等参数 2．遮断式传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数三微波传感器的应用 1．微波液位计微波发射天线微波接收天线当发射功率波长增益均恒定时只要测得接收功率就可获得被测液面的高度 2．微波物位计 1 当被测物位较低时发射天线发出的微波束全部由接收天线接收经放大器比较器后发出正常工作信号2 当被测物位升高到天线所在的高度时微波束部分被吸收部分被反射接收天线接到的功率相应减弱经放大器比较器就可给出被测物位高出设定物位的信号观察者 R S 波源 u 观察者的运动速度 u波速波源和观察者相对静止时观察者接收到的波源的频率波源的运动速度波源和观察者相对运动时观察者接收到的波源的频率 3 观察者静止波源以速率运动 a波源朝向观察者以速度运动 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了 a波源与接收者相互靠近 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了4波源及观察者同时运动 a波源与接收者相互靠近 u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率增高了 4波源及观察者同时运动 b波源与接收者相互远离u t时刻的波阵面 t1秒时刻的波阵面接收频率降低了利用多普勒效应监测车速固定波源发出频率为v 100Hz 的超声波当汽车向波源行驶时与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为已知空气中的声速为。