土壤湿度传感器分类 经过半个多世纪的发展,土壤湿度传感器已经种类繁多、形式多样。湿度的测量具有一定的复杂性,人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代要求的实际需要。因此,人们研制了各种土壤湿度传感器。湿度传感器按照其测量的原理,一般可分为电容型、电阻型、离子敏型、光强型、声表面波型等。1.电容型土壤湿度传感器 电容型土壤湿度传感器的敏感元件为湿敏电
土壤湿度传感器分类

土壤湿度传感器分类

      经过半个多世纪的发展,土壤湿度传感器已经种类繁多、形式多样。湿度的测量具有一定的复杂性,人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代要求的实际需要。因此,人们研制了各种土壤湿度传感器。湿度传感器按照其测量的原理,一般可分为电容型、电阻型、离子敏型、光强型、声表面波型等。

1.电容型土壤湿度传感器

      电容型土壤湿度传感器的敏感元件为湿敏电容,主要材料一般为金属氧化物、高分子聚合物。这些材料对水分子有较强的吸附能力,吸附水分的多少随环境湿度的变化而变化。由于水分子有较大的电偶极矩,吸水后材料的电容率发生变化,电容器的电容值也就发生变化。把电容值的变化转变为电信号,就可以对湿度进行监测。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比,利用这一特性即可测量湿度。常用的电容型土壤湿度传感器的感湿介质主要有:多孔硅、聚酞亚胺,此外还有聚砜(PSF)、聚苯乙烯(PS)、PMMA(线性、交联、等离子聚合)。

2.电阻型土壤湿度传感器

      电阻型土壤湿度传感器的敏感元件为湿敏电阻,其主要的材料一般为电介质、半导体、多孔陶瓷等。这些材料对水的吸附较强,吸附水分后电阻率/电导率会随湿度的变化而变化,这样湿度的变化可导致湿敏电阻阻值的变化,电阻值的变化就可以转化为需要的电信号。例如,氯化锂的水溶液在基板上形成薄膜,随着空气中水蒸气含量的增减,薄膜吸湿脱湿,溶液中的盐的浓度减小、增大,电阻率随之增大、减小,两级间电阻也就增大、减小。又如多孔陶瓷湿敏电阻,陶瓷本身是由许多小晶颗粒构成的,其中的气孔多与外界相通,通过毛孔可以吸附水分子,引起离子浓度的变化,从而导致两极间的电阻变化。

3.离子型土壤湿度传感器

      离子敏场效应晶体管(ISFET)属于半导体生物传感器,是上个世纪七十年代由P.Bergeld发明的。ISFET通过栅极上不同敏感薄膜材料直接与被测溶液中离子缓冲溶液接触,进而可以测出溶液中的离子浓度。

      离子敏型土壤湿度传感器结构模型示意图如下图所示。离子敏感器件由。离子选择膜(敏感膜)和转换器两部分组成,敏感膜用以识别离子的种类和浓度,转换器则将敏感膜感知的信息转换为电信号。离子敏场效应管在绝缘栅上制作一层敏感膜,不同的敏感膜所检测的离子种类也不同,从而具有离子选择性。

离子型土壤湿度传感器结构示意图:

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