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湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其使用

湿度传感器的原理、分类、特点特性、参数及其应用-人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的发展,很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同,对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看,同是湿度传感器,材料、结构不同,工艺不同.其性能和技术指标(像精度方面)有很大差异,因而价格也相差甚远。

  人类的生计和社会活动与湿度密切相关。跟着现代化的开展,很难找出一个与湿度无关的范畴来。因为运用范畴不同,对湿度传感器的技能要求也不同。从制造视点看,同是湿度传感器,资料、结构不同,工艺不同.其功能和技能指标(像精度方面)有很大差异,因此价格也相差甚远。对运用者来说,挑选湿度传感器时,首先要搞清楚需求什么样的传感器;在自己的财力答应的情况下选购何种层次的产品,权衡好“需求与或许”的联络,不至于盲目行事。从咱们与用户的交游来看,觉得有以下几个问题值得注意。

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  湿度传感器的原理

  水分子亲和力型湿度传感器,是运用水分子有较大的偶极矩,因此易于吸附在固体外表并渗透到固体内部的特性(成为水分子亲和力)制成的湿度传感器,其丈量原理在于感湿资料吸湿或脱湿进程改动其本身的功能然后构成不同类型的湿度传感器。

  非水分子亲和力型湿度传感器,首要的丈量原理有:运用湿润空气和枯燥空气的热传导之差来测定湿度;运用微波在含水蒸汽的空气中传达,水蒸汽吸收微波使其发生必定的能量损耗,传输损耗的能量与环境空气中的湿度有关以此来测定湿度;运用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  湿度包括气体的湿度和固体的湿度。气体的湿度是指大气中水蒸气的含量,衡量办法有绝对湿度,即每立方米气体在标况下(0℃,1大气压)所含有的水蒸气的分量,即水蒸气密度;相对湿度,即必定体积气体中实践含有的水蒸气分压与相同温度下该气体所能包括的最大水蒸气分压之比;或含湿量,即每㎏干空气中所含水蒸气的质量。其间相对湿度是最常用的。固体的湿度是物质中所含水分的百分数,即物质中所含水分的质量与其总质量之比。

  运用水分子有较大的偶极矩,因此易于吸附在固体外表并渗透到固体内部的特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器,其丈量原理在于感湿资料吸湿或脱湿进程改动其本身的功能然后构成不同类型的湿度传感器;把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器,其首要的丈量原理有:运用湿润空气和枯燥空气的热传导之差来测定湿度;运用微波在含水蒸汽的空气中传达,水蒸汽吸收微波使其发生必定的能量损耗,传输损耗的能量与环境空气中的湿度有关以此来测定湿度;运用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。

  湿度传感器的分类与特色

  根据灵敏计划是否根据水分子的极性吸附特性,可以把湿度传感器分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型。根据湿敏资料的不同可以对水分子亲和力型湿度传感器进一步分类;根据丈量原理的不同可以对非水分子亲和力型湿度传感器进一步分类,如表1所示。

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  1.水分子亲和力型湿度传感器

  根据运用资料的不同,水分子亲和力型湿度传感器分为以下四类

  (1) 电解质型:以氯化锂为例,它在绝缘基板上制造一对电极,涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解,并发生离子导电,随湿度升高而电阻减小。

  (2) 陶瓷型:一般以金属氧化物为质料,经过陶瓷工艺,制成一种多孔陶瓷。运用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的灵敏特性而制成。

  (3) 高分子型:先在玻璃等绝缘基板上蒸腾梳状电极,经过浸渍或涂覆,使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的资料品种也许多,作业原理也各不相同。

  (4) 单晶半导体型:所用资料首要是硅单晶,运用半导体工艺制成。制成二极管湿敏器材和MOSFET湿度灵敏器材等。其特色是易于和半导体电路集成在一起。

  一种典型的水分子亲和力型湿度传感器——氯化锂电阻湿度传感器介绍:

  氯化锂是一种在大气中不分化、不蒸发,也不蜕变而具有安稳的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿度成必定函数联络,跟着空气相对湿度的增减改变,氯化锂吸湿量也随之改变。当氯化锂溶液吸收水汽后,使导电的离子数添加,因此导致电阻的下降;反之,则使电阻添加。这种将空气相对湿度转换为其电阻值的丈量办法称为吸湿法湿度丈量。氯化锂电阻湿度计的传感器便是根据这一原理作业的。其结构和阻—湿特性别离如图1,图2所示。

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  氯化锂传感器的测湿规模与所涂氯化锂浓度及其它成分有关。选用某一浓度制造的元件在其有用的感湿规模内,其电阻值随周围空气相对湿度的改变契合指数联络。当湿度低于其有用的感湿规模时,其阻值敏捷添加,趋于无限大;而当高于该规模时,其阻值变得十分小,甚至趋于零。每一传感器的丈量规模较窄,故应按照丈量规模的要求,选用相应的量程。为扩展丈量规模,可选用多片组合传感器。组合式氯化锂湿度传感器的结构和阻-湿特性如图3,图4所示。

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  2.非水分子亲和力型湿度传感器

  运用湿润空气和枯燥空气的热传导之差来测定湿度,可以制成热敏电阻式湿度传感器;运用微波或超声波在含水蒸汽的空气中传达时,传输损耗的能量与环境空气中的湿度的相关性来测定湿度,可以制成微波或超声波湿度传感器;运用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度,可以制成红外吸收式湿度传感器。一种典型的红外吸收式湿度传感器的结构和作业原理如图1所示。

  湿度传感器的特性参数

  湿度传感器的特性参数首要有:湿衡量程、灵敏度、温度系数、呼应时刻、湿滞回差、感湿特征量-相对湿度特性曲线等。 ?

  (1) 湿衡量程:它是指湿度传感器可以较准确丈量的环境湿度的最大规模。因为各种湿度传感器所运用的资料及根据的作业原理不同,其特性并不都能适用于0~100%RH的整个相对湿度规模。

  (2) 感湿特征量-相对湿度特性曲线: 湿度传感器的输出变量称为其感湿特征量, 如电阻、电容等。 湿度传感器的感湿特征量随环境湿度的改变曲线, 称为传感器的感湿特征量-环境湿度特性曲线, 简称为感湿特性曲线。 功能杰出的湿度灵敏器材的感湿特性曲线, 应有宽的线性规模和适中的灵敏度。

  (3) 灵敏度:湿度传感器的灵敏度即其感湿特性曲线的斜率。大多数湿度灵敏器材的感湿特性曲线对错线性的, 因此尚无一致的表明办法。 较遍及选用的办法是用器材在不同环境湿度下的感湿特征量之比来表明。

  (4) 湿度温度系数: 它界说为在器材感湿特征量稳定的条件下,该感湿特征量值所表明的环境相对湿度随环境温度的改变率, 即

  湿度传感器的原理、分类、特色特性、参数及其运用

  因此,环境温度将形成测湿差错。 例如,α=0.3%RH/℃时, 环境的温度改变20℃,将引起6%RH的测湿差错。

  (5) 呼应时刻: 它表明当环境湿度发生改变时, 传感器完结吸湿或脱湿以及动态平衡进程所需时刻的特性参数。 呼应时刻用时刻常数τ来界说, 即感湿特征量由起始值改变到停止值的0.632倍所需的时刻。可见, 呼应时刻是与环境相对湿度的起、止值密切相关。

  (6) 湿滞回线和湿滞回差:一个湿度传感器在吸湿和脱湿两种情况下的感湿特性曲线不相重复,一般可形成为一回线,这种特性称为湿滞特性; 其曲线称为湿滞回线。

  湿度传感器的运用

  任何职业的作业都离不开空气,而空气的湿度又与作业、日子、出产有直接联络,使湿度的监测与操控越来越显得重要。湿度传感器的运用首要有如下几个方面:

  (1) 气候监测 气候丈量和预告对工农业出产、军事及人民日子和科学实验等方面都有重要意义,因此湿度传感器是必不可少的测湿设备,如树脂膨散式湿度传感器已用于气候气球测湿仪器上。

  (2) 温室饲养 现代农林畜牧各工业都有适当数量的温室,温室的湿度操控与温度操控相同重要,把湿度操控在农作物、树木、畜禽等成长适合的规模,是削减病虫害、进步产值的条件之一。

  (3) 工业出产 在纺织、电子、精密机器、陶瓷工业等部分,空气湿度直接影响产品的质量和产值,有必要有用地进行监测调控。

  (4) 物品贮藏 各种物品对环境均有必定的适应性。湿度过高过低均会使物品损失原有功能。如在高湿度区域,电子产品在库房的危害严峻,非金属零件会发霉蜕变,金属零件会腐蚀生锈。

  (5) 精密仪器的运用维护 许多精密仪器、设备对作业环境要求较高。环境湿度有必要操控在必定规模内,以确保它们的正常作业,进步作业效率及可靠性。如电话程控交换机作业湿度在55 % ±10 %较好。温度过高会影响绝缘功能,过低易发生静电,影响正常作业。

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