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湿敏传感器

什么是湿敏传感器?


湿敏传感器是基于某些材料能产生与湿度有关的物理效应与化学反应,将湿度的变化转换成某个电量的变化的器件。
 

湿敏传感器的分类


按输出电量可以分为电阻型、电容型和频率型等;按敏感材料的性质可分为电解质型、陶瓷型、有机高分子型、半导体型等。

1.氯化锂湿敏电阻
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解,离子导电率发生变化而制成的测湿元件。氯化锂是典型的离子晶体。其湿敏机理可如下解释:高浓度的氯化锂溶液中,Li和Cl仍以正、负离子形式存在;而溶液中的离子导电能力与溶液的浓度有关。实践证明,溶液的当量电导随着溶液的增加而下降。当溶液置于一定温度的环境中时、若环境的相对湿度高,溶液将因吸收水份而浓度降低;反之,环境的相对湿度低,则溶液的浓度就高。因此,氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化,从而实现了湿度的测量。

2.高分子薄膜电容湿敏传感器
高分子介质吸湿后,其介电常数发生变化,电容值变化(增加)。由于高分子薄膜做的很薄,能迅速吸附水分子(吸湿)和脱湿,响应性能优良,根据电容量的变化可测得相对湿度。

3.半导体陶瓷湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。。分为负特性湿敏半导体陶瓷,正特性湿敏半导体陶瓷。
 

湿敏传感器的使用


1. 电源选择
湿敏电阻必须工作在交流回路中。若用直流供电,会引起多孔陶瓷表面结构改变,湿敏特性变劣;若用交流电源频率过高,由于元件的附加容抗而影响测湿灵敏度和准确性。因此应以不产生正、负离子积聚为原则,使电源频率尽可能低。对于离子导电型湿敏元件,电源频率一般以1khz为宜。对于电子导电型湿敏元件,电源频率应低于50hz。

2. 线性化处理
一般湿敏元件的特性均为非线性,为准确地获得湿度值,要加入线性化电路,使输出信号正比于湿度的变化。

3. 测量湿度范围
电阻式湿敏元件在湿度超过95%RH时,湿敏膜因湿润溶解,厚度会发生变化,若反复结露与潮解,特性将变坏而不能复原。
电容式湿敏元件在80%RH以上高湿及100%RH以上结露或潮解状态下,也难以检测。另外,不能将湿敏电容直接浸入水中或长期用于结露状态,也不能用手摸或用嘴吹其表面。

4. 温度补偿
通常氧化物半导体陶瓷湿敏电阻温度系数为0.1~0.3,在测湿精度要求高的情况下必须进行温度补偿。
 

湿敏传感器在汽车工程领域的应用


1.用于测量车厢内空气湿度,将空气调节到人体感觉舒适的范围内;

2.用于防止车窗和挡风玻璃结露。通过湿度传感器和温度传感器共同测量,获得车厢内空气的相对湿度和挡风玻璃的温度,就可以计算出车内空气是否处于露点附近。如果接近空气露点,传感器就会输出信号,打开车内空调系统的除湿功能,避免在挡风玻璃上发生结露现象。

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