電阻傳感器特點(diǎn)：從類型／原理／特點(diǎn)三個(gè)方面論述溫度傳感器
原標(biāo)題：從類型/原理/特點(diǎn)三個(gè)方面論述溫度傳感器
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溫度是反應(yīng)物體冷熱狀態(tài)的參數(shù)，它與人們的生活密切相關(guān)，過高或者過低的溫度會給人體帶來不適，嚴(yán)重者甚至?xí){到生命。因此，對溫度的監(jiān)測十分重要。古時(shí)候人們就已經(jīng)為檢測溫度做出了努力，“水瓶”亦可稱“冰瓶”是古代人們用于監(jiān)測溫度的工具，通過觀察瓶中水的狀態(tài)變化判斷溫度的變化。隨著科技的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對溫度監(jiān)測的要求也越來越高，現(xiàn)如今，溫度傳感器作為監(jiān)測溫度的重要手段之一，為人民的生活帶來了極大的方便。本文就主要從類型、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用這四個(gè)方面來論述溫度傳感器。
1、溫度傳感器
許多人可能聽過溫度傳感器，知道它是測量溫度的，但具體的定義并不清楚。溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器品種繁多，主要分為四類，分別是熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、電阻溫度檢測器以及IC溫度傳感器，其中IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種。溫度的測量及控制對提高工作效率、保證生產(chǎn)品質(zhì)以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。
由于溫度傳感器是通過感知物體隨溫度變化而某種特性發(fā)生變化測得的，因而能當(dāng)作溫度傳感器的材料有很多，如電阻的阻值可以隨著溫度的變化而變化，物質(zhì)的熱脹冷縮等，因而隨著科技的發(fā)展，越來越多的溫度傳感器會不斷出現(xiàn)在人們的身邊。下面我們主要介紹四大類溫度傳感器。
2、熱電偶傳感器
兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，熱電勢EAB（T，T0）是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。熱電偶測溫度的基本原理是當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端，另一端溫度為TO，稱為自由端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動(dòng)勢稱為熱電動(dòng)勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。根據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)系可以求得溫度。
圖1熱電偶傳感器
熱電偶傳感器裝配簡單，更換方便，是壓簧式感溫元件，抗震性好。它的測量范圍大，一般是-200℃~1300℃，特殊情況下最低測量溫度可達(dá)-270℃，最高測量溫度達(dá)2800℃。除此之外，熱電偶傳感器機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性好，制作工藝簡單，價(jià)格便宜，在許多領(lǐng)域都能見識到它的身影。
根據(jù)熱電偶傳感器的特性要求熱電偶的材料溫度測量范圍廣，溫度線性度好，測量準(zhǔn)確度高，輸出熱電動(dòng)勢大，熱電性能穩(wěn)定，物理化學(xué)性能好，不蒸發(fā)抗氧化等等。我國標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有六種，分別是銅-康銅，鎳鉻-考銅，鎳鉻-鎳硅，鎳鉻-鎳鋁，鉑銠10-鉑，鉑銠30-鉑銠6。
3、熱敏電阻傳感器
熱敏電阻是敏感元件的一類，熱敏電阻的電阻值會隨著溫度的變化而改變，與一般的固定電阻不同，屬于可變電阻的一類，廣泛應(yīng)用于各種電子元器件中。不同于電阻溫度計(jì)使用純金屬，在熱敏電阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。正溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。熱敏電阻通常在有限的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的精度，通常是-90℃?130℃。
圖2熱敏電阻傳感器
熱敏電阻的主要特點(diǎn)是靈敏度高，電阻溫度系數(shù)比金屬大十倍以上，工作范圍廣，目前最高能測2000℃，最低能測-273℃。且熱敏電阻體積小，使用方便，易加工成復(fù)雜形狀，可大批量生產(chǎn)。
4、電阻溫度檢測器
一種物質(zhì)材料做成的電阻，它會隨溫度的上升而改變電阻值，如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù)，如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù)。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
電阻式溫度檢測器是最準(zhǔn)確的溫度傳感器之一，它不僅提供良好的精度，也提供了出色的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。大多OMEGA的標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度檢測器都符合DIN-IECB類標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，電阻溫度檢測器還相對防止電氣噪聲，因此非常適合在工業(yè)環(huán)境中的溫度測量，特別是在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)及其他高壓設(shè)備的周圍使用。
圖3電阻溫度檢測器
5、IC溫度傳感器
-模擬溫度傳感器
圖4模擬溫度傳感器
常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、AD電壓輸出型、AD590電流輸出型等。AD590是電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍是3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，R兩端的電壓可作為輸出電壓注意R的阻值不能取太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。
-數(shù)字式溫度傳感器
輸出為占空比的數(shù)字溫度傳感器采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。PTAT的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0.32+0.0047*t，t為攝氏度。輸出數(shù)字信號故與微處理器MCU兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于0.005K。測量溫度范圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場合。
圖5數(shù)字式溫度傳感器
若是采用數(shù)字式接口的溫度傳感器，則可通過單線和微處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送，輸出的方波信號具有正比于絕對溫度的周期，利用微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器測出周期后就可計(jì)算出溫度。
可多點(diǎn)檢測、直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器一般在芯片上分別設(shè)置了一個(gè)振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器和一個(gè)溫度系數(shù)較小的振蕩器。在溫度較低時(shí)，由于溫度系數(shù)較小的振蕩器開門時(shí)間較短，因此溫度測量值較小，當(dāng)溫度較高時(shí)，其計(jì)數(shù)值增大，上述計(jì)數(shù)值基礎(chǔ)上再加上一個(gè)同實(shí)際溫度差的校正數(shù)據(jù)構(gòu)成了精密的數(shù)字式溫度傳感器。
/ 產(chǎn)品特點(diǎn) /
采用LED數(shù)碼顯示表頭
精度等級：0.2級 0.5級 1.0級
獨(dú)創(chuàng)的非線性校正電路
內(nèi)帶漂移自校正系統(tǒng)
/ 應(yīng)用案例 /
應(yīng)用于動(dòng)圈儀表、數(shù)顯儀表、記錄儀表、計(jì)算機(jī)等配套使用，組成各種溫度測量控制系統(tǒng)。
/ 性能指標(biāo) /
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它的缺點(diǎn)是對于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測試和控制技術(shù)中。
2018-08-24 17:02:03
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2018-08-24 09:03:57
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把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應(yīng)變式傳感器、電位器式傳感器（見位移傳感器）和錳銅壓阻傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進(jìn)行自動(dòng)稱重、過程檢測和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化不可缺少的工具之一。
中文名
電阻式傳感器
外文名
resistance type transducer
電阻絲
康銅絲、鉑銥合金及卡瑪絲等
電 刷
常用銀、鉑銥、鉑銠等金屬
目錄
1
工作原理
2
分類
3
結(jié)構(gòu)
4
應(yīng)用
5
優(yōu)缺點(diǎn)
?
優(yōu)點(diǎn)
?
缺點(diǎn)
6
其他種類
?
光敏
?
熱敏
7
發(fā)展前景
電阻式傳感器工作原理
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語音
金屬體都有一定的電阻，電阻值因金屬的種類而異。同樣的材料，越細(xì)或越薄，則電阻值越大。當(dāng)加有外力時(shí)，金屬若變細(xì)變長，則阻值增加；若變粗變短，則阻值減小。如果發(fā)生應(yīng)變的物體上安裝有金屬電阻，當(dāng)物體伸縮時(shí)，金屬體也按某一比例發(fā)生伸縮，因而電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。
[1]
電阻式傳感器分類
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語音
電阻式傳感器
[2]
按其工作原理可分為：電阻應(yīng)變式；電位計(jì)式；熱電阻式；半導(dǎo)體熱能電阻傳感器等。
電阻式傳感器結(jié)構(gòu)
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語音
結(jié)構(gòu)：由電阻元件及電刷(活動(dòng)觸點(diǎn))兩個(gè)基本部分組成。電刷相對于電阻元件的運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)，因而可以將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。電位器的結(jié)構(gòu)與材料（1）電阻絲: 康銅絲、鉑銥合金及卡瑪絲等（2）電刷: 常用銀、鉑銥、鉑銠等金屬（3）骨架:常用材料為陶瓷、酚醛樹脂、夾布膠木等絕緣材料，骨架的結(jié)構(gòu)形式很多,常用矩形。
電阻式傳感器應(yīng)用
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語音
電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進(jìn)行自動(dòng)稱重、過程檢測和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化不可缺少的工具之一。
[3]
電阻式傳感器優(yōu)缺點(diǎn)
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語音
電阻式傳感器優(yōu)點(diǎn)
(1) 有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測試和控制技術(shù)中。(2) 電阻應(yīng)變式傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化
電阻式傳感器缺點(diǎn)
（1）對于大應(yīng)變有較大的非線性、但輸出信號較弱。（2）隨著時(shí)間和環(huán)境的變化，構(gòu)成傳感器的材料和器件性能會發(fā)生變化。因此不適用于長期監(jiān)測，因?yàn)闀r(shí)漂、溫漂較大，長時(shí)間測的話可能就無法取得真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。（3）易受到電場、磁場、振動(dòng)、輻射、氣壓、聲壓、氣流等的影響。
電阻式傳感器其他種類
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語音
電阻式傳感器光敏
（1）光敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)光敏電阻傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)包括光源,光學(xué)通路和光電元件三部分，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。由于光敏電阻傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來達(dá)到測量目的的，因此光敏電阻傳感器的光源扮演著很重要的角色，光敏電阻傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種：發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。（2）光敏電阻傳感器工作原理由于光敏電池即使在強(qiáng)光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無光照時(shí)承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個(gè)電阻?；蛘呃面N[注1]二極管產(chǎn)生的正向壓降和光電池受到光照時(shí)產(chǎn)生的電壓疊加，使硅管e、b極間電壓大于0.7V，而導(dǎo)通工作。半導(dǎo)體光電元件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運(yùn)算放大器。硅光敏二極管通過集成運(yùn)放可得到較大輸出幅度，當(dāng)光照產(chǎn)生的光電流為時(shí)，輸出電壓為了保證光敏二極管處于反向偏置，在它的正極要加一個(gè)負(fù)電壓，由于光電池的短路電流和光照成線性關(guān)系，因此將它接在運(yùn)放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點(diǎn)，可以得到較好的效果。（3）光敏電阻傳感器特性及應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對測量精度有了更高的要求，這就促使光電傳感器不得不隨著時(shí)代步伐而更新，改善光電傳感器性能的主要手段就是應(yīng)用新材料、新技術(shù)制造性能更優(yōu)越的光電元件。例如今天光電傳感器的雛形，是一種小的金屬圓柱形設(shè)備,發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源的一種堅(jiān)固的白熾燈傳感器。由于這種傳感器存在各種缺陷，逐漸在測量領(lǐng)域銷聲匿跡。到了光纖出現(xiàn)，因?yàn)樗母鞣N優(yōu)越的性能，于是出現(xiàn)了光纖與傳感器配套使用的無源元件,另外光纖不受任何電磁信號的干擾,并且能使傳感器的電子元件與其他電的干擾相隔離。正是因?yàn)檫@樣，光電傳感器具有其他傳感器所不能取代優(yōu)越性，因此它發(fā)展前景非常好，應(yīng)用也會越來越廣泛。
電阻式傳感器熱敏
（1） 熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)普通型熱電阻由感溫元件（金屬電阻絲）、支架、引出線、保護(hù)套管及接線盒等基本部分組成。為避免電感分量，熱電阻絲常采用雙線并繞，制成無感電阻。（2）熱敏電阻傳感器工作原理在金屬中，載流子[注2]為自由電子，當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí)），但每個(gè)自由電子的動(dòng)能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運(yùn)動(dòng)就會遇到更大的阻力，導(dǎo)致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。熱電阻就要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的。熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件。半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的是載流子，由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子數(shù)目少得多，所以它的電阻率大。隨溫度的升高，半導(dǎo)體中更多的價(jià)電子受熱激發(fā)躍遷到較高能級而產(chǎn)生新的電子—空穴[注3]對，因而參加到電的載流子數(shù)目增加了，半導(dǎo)體的電阻率也就降低了（電導(dǎo)率增加）。因?yàn)檩d流子數(shù)目隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律增加，所以半導(dǎo)體的電阻率也就隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律下降。熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體這種載流子數(shù)隨溫度變化而變化的特性制成的一種溫度敏感元件。當(dāng)溫度變化1℃時(shí)，某些半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值變化將達(dá)到（3～6）%。在一定條件下，根據(jù)測量熱敏電阻值的變化得到溫度的變化（3）熱敏電阻傳感器特性及應(yīng)用熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。主要用途有測溫、溫度補(bǔ)償、過熱保護(hù)、液面的測量。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。熱電阻傳感器具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。
電阻式傳感器發(fā)展前景
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普通電阻傳感器朝向高精度、使用方便快捷、省力方向發(fā)展。而電阻傳感器是一種把應(yīng)變信號直接轉(zhuǎn)化成電信號的敏感元件 ,因此適用于制作各種傳感器 ,電阻傳感器主要用于測力、壓力 、加速度 、位移、扭矩等 。過去電阻傳感器主要用于試驗(yàn)研究工作 ,經(jīng)常用于工業(yè)檢測以及生產(chǎn)線的稱重計(jì)量和控制。而且在醫(yī)學(xué)和生物工程等方面的使用也有所增加。在使用過程中通常要求傳感器具有電信號輸出穩(wěn)定、響應(yīng)速度快以及體積小、重量輕等特性,而電阻傳感器都能滿足這樣的條件。但電阻傳感器在溫度、蠕變 、滯后、彈性模量自補(bǔ)償?shù)榷喾N功能方面還存在不足之處。但是隨著優(yōu)良的酚醛膠、環(huán)氧一酚醛膠以及聚酞亞胺膠等材料的相繼問世，性能更完善的電阻傳感器將會有更美好的前景。
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傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺_傳感器實(shí)驗(yàn)室設(shè)備_電阻式傳感器的性能實(shí)驗(yàn)
檢測與轉(zhuǎn)換（傳感器）技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法。2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法。3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能。二.、實(shí)驗(yàn)所用單元電阻應(yīng)變式傳感器、 電阻與霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換電路板...
2019-04-260
閱讀35
參考資料
1.
余瑞芬．傳感器原理：北京航空工業(yè)出版社，1995
2.
賈伯年．傳感器技術(shù)：東南大學(xué)出版社，1999
3.
電阻式傳感器的應(yīng)用
．傳感器[引用日期2013-01-01]
電阻傳感器特點(diǎn)：電阻式濕敏傳感器的基本原理以及各自的特點(diǎn)
原標(biāo)題：電阻式濕敏傳感器的基本原理以及各自的特點(diǎn)
電阻式濕敏傳感器是利用器件電阻值隨濕度變化的基本原理來進(jìn)行工作的，其感濕特征量為電阻值。根據(jù)使用感濕材料的不同,電阻式濕敏傳感器可分為電解質(zhì)式、陶瓷式和高分子式三類。
特點(diǎn):
(1)電解質(zhì)式(氯化鋰)
優(yōu)點(diǎn):滯后小:不受測試環(huán)境(如風(fēng)速)影響;檢測精度高達(dá)士5%。
缺點(diǎn):耐熱性差:不能用于露點(diǎn)以下測量:器件重復(fù)性差，使用壽命短。電流必須用交流，以免出現(xiàn)極化。
(2)陶瓷式的特點(diǎn)
a)傳感器表面與水蒸氣的接觸面積大，易于水蒸氣的吸收與脫卻;
b)陶瓷燒結(jié)體能耐高溫，物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適合采用加熱去污的方法恢復(fù)材料的濕敏特性;
c)可以通過調(diào)整燒結(jié)體表面晶粒、晶粒界和細(xì)微氣孔的構(gòu)造，改善傳感器濕敏特性。
(3)高分子式的特點(diǎn)
測量濕度范圍大,工作溫度在0~50°C,響應(yīng)時(shí)間短(<30s),測量范圍為0~ 100%RH,誤差在士5%RH左右。
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