湿度传感器原理与使用常识

1、电解质湿敏元件

运用潮解性盐类受潮后电阻发作改动制成的湿敏元件。最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。从1938年顿蒙创造这种元件以来，在较长的运用实践中，对氯化锂的载体及元件尺度作了许多改善，提高了呼应速度和扩展测湿规模。氯化锂湿敏元件的作业原理是依据湿度改动能引起电介质离子导电状况的改动，使电阻值发作改动。结构方式有顿蒙式和含浸式。顿蒙式氯化锂湿敏元件是在聚苯乙烯圆筒上平行地绕上钯丝电极，然后把皂化聚乙烯醋酸酯与氯化锂水溶液混合液均匀地涂在圆筒外表上制成，测湿规模约为相对湿度30%。含浸式氯化锂湿敏元件是由天然树皮基板用氯化锂水溶液浸泡制成的。植物的髓脉具有细密的网状结构，有利于水分子的吸入和放出。70年代研发成功玻璃基板含浸式湿敏元件，选用两种不同浓度的氯化锂水溶液浸泡多孔无碱玻璃基板（孔径均匀500埃），可制成测湿规模为相对湿度20～80%的元件。

氯化锂元件具有滞后差错较小，不受测验环境的风速影响，不影响和损坏被测湿度环境等长处，但因其基本原理是运用潮解盐的湿敏特性，经重复吸湿、脱湿后，会引起电解质膜变形和功能变劣，特别遇到高湿及结露环境时，会构成电解质潮解而丢失，导致元件损坏。

2、高分子资料湿敏元件

运用有机高分子资料的吸湿功能与膨润功能制成的湿敏元件。吸湿后，介电常数发作明显改动的高分子电介质，可做成电容式湿敏元件。吸湿后电阻值改动的高分子资料，可做成电阻改动式湿敏元件。常用的高分子资料是醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等。高分子湿敏元件的薄膜做得极薄，一般约5000埃，使元件易于很快的吸湿与脱湿,减少了滞后差错，呼应速度快。这种湿敏元件的缺陷是不宜用于含有机溶媒气体的环境，元件也不本领80℃以上的高温。

3、金属氧化物膜湿敏元件

许多金属氧化物如氧化铝、四氧化三铁、钽氧化物等都有较强的吸脱水功能，将它们制成烧结薄膜或涂布薄膜可制造多种湿敏元件。把铝基片置于草酸、硫酸或铬酸电解槽中进行阳极氧化，构成氧化铝多孔薄膜，经过真空蒸发或溅射工艺，在薄膜上构成透气性电极。这种多孔质的氧化铝湿敏元件交换性好，低湿规模测湿的时刻呼应速度较快，滞后差错小，常用于高空气球上测湿。四氧化三铁胶体的长处是固有电阻低，长时间置于大气环境外表状况不会改动，胶体粒子间彼此招引粘结严密等。它是一种价廉物美，较早投入批量生产的湿敏元件，在湿度丈量和湿度操控方面都有许多运用。

4、金属氧化物陶瓷湿敏元件

将极端微细的金属氧化物颗粒在高温1300℃下烧结，可制成多孔体的金属氧化物陶瓷，在这种多孔体外表加上电极，引出接线端子就可做成陶瓷湿敏元件。湿敏元件运用时有必要暴露于测验环境中，故油垢、尘土和有害于元件的物质（气、固体）都会使其物理吸赞同化学吸附功能发作改动，引起元件特性变坏。而金属氧化物陶瓷湿敏元件的陶瓷烧结体物理和化学状况安稳，能够用加热去污办法康复元件的湿敏特性，并且烧结体的外表结构极大地扩展元件外表与水蒸气的触摸面积，使水蒸气易于吸着和脱去，还可经过操控元件的纤细结构使物理性吸附占主导地位，取得最佳的湿敏特性。因此陶瓷湿敏元件的运用寿命长、元件特性安稳，是现在最有或许成为工程运用的首要湿敏元件之一。陶瓷湿敏元件的运用温度为0～160℃。

在许多的金属氧化物陶瓷资料中，由铬酸镁－二氧化钛固溶体组成的多孔性半导体陶瓷是功能较好的湿敏资料，它的外表电阻率能在很宽的规模内跟着湿度的改动而改动，并且能在高温条件下进行重复的热清洗，功能仍坚持不变。

5、热敏电阻式湿度传感器

运用热敏电阻作湿敏元件。传感器中有组成桥式电路的珠状热敏电阻R1和R2,电源供应的电流使R1、R2坚持在200℃左右的温度。其间R2装在密封的金属盒内，内部封装着枯燥空气，R1置于与大气相触摸的开孔金属盒内。将R1先置于枯燥空气中，调理电桥平衡，使输出端A、B间电压为零，当R1触摸待测含湿空气时，含湿空气与枯燥空气发作热传导差，使R1受冷却，电阻值增高，A、B间发作输出电压，其值与湿度改动有关。热敏电阻式湿敏传感器的输出电压与肯定湿度成份额，因此可用于丈量大气的肯定湿度。传感器是运用湿度与大气导热率之间的联系作为丈量原理的，当大气中混入其他特种气体或气压改动时，丈量成果会有程度不同的影响。此外，热敏电阻的方位对丈量也有很大影响。但这种传感器从牢靠性、安稳性和不用特别保护等方面来看，很有特征，现已用于空调机湿度操控，或制成便携式肯定湿度表、直读式露点计、相对湿度计、水分计等。

6、红外线吸收式湿度传感器

运用水蒸气能吸收某波段的红外线制成的湿度传感器。60年代中期，美国气象局以波长为1.37微米和1.25微米的红外光别离作灵敏光束和参阅光束，研发成红外线吸收式湿度传感器。这种传感器选用装有λ0滤光片和λ 滤光片的旋转滤光片，当光源经过旋转滤光片时，轮番地挑选波长为λ0和λ 的红外光束,两条光束经过被测湿度的样气抵达光敏元件,因为波长为λ0的光束不被水蒸气吸收，其光强仍为I0，波长为λ的光束被水蒸气部分吸收，光强衰减为I。选用朗伯－贝尔法丈量：

式中I0为光源光强度，I为光敏元件处的光强度，ε为吸收系数,c为待测含水蒸气的浓度,l为光路长度。依据光强度的改动，将光敏元件上的信号处理后可取得正比于水蒸气浓度 c的电信号。红外线吸收式湿度传感器属非水分子亲和力型湿敏元件，丈量精度和灵敏度较高，能够丈量高温或密封场所的气体湿度，也能处理其他湿度传感器不能处理的大风速或通风孔道环境中的湿度丈量问题。缺陷是结构杂乱，光路体系存在温度漂移现象。

7、微波式湿度传感器

运用微波电介质共振体系的品质因数随湿度改动的机理制成的传感器。微波共振器选用氧化镁-氧化钙-二氧化钛陶瓷体，共振器与耦合环构成共振体系，含水蒸气的气体进入传感器腔体后改动原共振体系的品质因数，其微波丢失量与湿度成线性联系。这种传感器的测湿规模为相对湿度40～95%，在温度0～50℃时，精度可达±2%。微波式湿度传感用具有非水分子亲和力型湿敏元件的长处，又因为选用陶瓷资料作共振体系，故可加热清洗，且坚固耐用。缺陷是对微波电路安稳性要求甚高。

8、超声波式湿度传感器

超声波在空气中的传播速度与温度、湿度有关，运用这一特性可制成超声波式湿度传感器。传感器由超声波气温计和铂丝电阻测温计组成，前者的丈量数据与湿度有关，后者的丈量数据只与温度有关，依照超声波在枯燥空气和含湿空气中的传播速度可计算出空气的肯定湿度。超声波湿度传感器有许多长处，它的测湿数据比较精确，呼应速度快，能够测出某一极小规模的肯定湿度而不受辐射热的影响。这种传感器尚处于研发阶段。

二、湿度传感器的选型

国内外各厂家的湿度传感器产品水平纷歧，质量价格都相差较大，用户怎么挑选功能价格比最优的抱负产品确有必定难度，需求在这方面作深化的了解。湿度传感用具有如下特色：

1、精度和长时间安稳性

湿度传感器的精度应到达±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量用具运用，湿度传感器要到达±2%~±3%RH的精度是比较困难的，一般产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中丈量的。在实际运用中，因为尘土、油污及有害气体的影响，运用时刻一长，会发作老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长时间安稳性去判别，一般说来，长时间安稳性和运用寿命是影响湿度传感器质量的头号问题，年漂移量操控在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，乃至更高。

2、湿度传感器的温度系数

湿敏元件除对环境湿度灵敏外，对温度亦十分灵敏，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃规模内，并且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有不同。温漂非线性，这需求在电路上加温度补偿式。选用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是确保不了全温规模的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的作用，非线性的温漂往往补偿不出较好的作用，只要选用硬件温度跟从性补偿才会取得实在的补偿作用。湿度传感器作业的温度规模也是重要参数。大都湿敏元件难以在40℃以上正常作业。

3、湿度传感器的供电

金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏资料施加直流电压时，会导致功能改动，乃至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的沟通电压。有必要是沟通电供电。

4、交换性

现在，湿度传感器遍及存在着交换性差的现象，同一类型的传感器不能交换，严重影响了运用作用，给修理、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种尽力，取得了较好作用。

5、湿度校对