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什么是湿度传感器?

发布时间:2013-06-12

湿度传感器的简介

湿度传感器
湿度传感器
 
人类的生存和社会活动与湿度密切相关这是众所周知的,随着现代化的实现,社会的迅猛发展,如今很难找出一个与湿度无关的领域来了。今天我将会为大家讲解湿度传感器的相关内容,并重点说明湿度传感器的特点。

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿度传感器是指湿度的敏感元件,现在泛指各种不能直接在现场使用的湿度传感器件或电路板。通常其输出不是标准的0~5V或4~20mA信号,无电源保护,无外围电路。

湿度传感器的分类

湿度传感器,分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化,从而制成湿敏元件。

湿敏电阻

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。

湿敏电容

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。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。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%~99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当相对湿度从0变化到100%时,电容量的变化范围是163pF~202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,响应时间为5s。

除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

湿度传感器
湿度传感器
 
湿度传感器的特点

1、精度和长期稳定性

湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH,达不到这个水平很难作为计量器具使用,湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的,通常产品资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。在实际使用中,由于尘土、油污及有害气体的影响,使用时间一长,会产生老化,精度下降,湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断,一般说来,长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题,年漂移量控制在1%RH水平的产品很少,一般都在±2%左右,甚至更高。

2、湿度传感器的温度系数

湿敏元件除对环境湿度敏感外,对温度亦十分敏感,其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内,而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下,其温度系数又有差别。温漂非线性,这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿,或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的,湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果,非线性的温漂往往补偿不出较好的效果,只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。

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材料施加直流电压时,会导致性能变化,甚至失效,所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。

4、互换性

目前,湿度传感器普遍存在着互换性差的现象,同一型号的传感器不能互换,严重影响了使用效果,给维修、调试增加了困难,有些厂家在这方面作出了种种努力,(但互换性仍很差)取得了较好效果。

5、湿度校正

校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可,而湿度的标定标准较难实现,干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的,精度无法保证,因其要求环境条件非常严格,一般情况,(最好在湿度环境适合的条件下)在缺乏完善的检定设备时,通常用简单的饱和盐溶液检定法,并测量其温度。

湿度传感器的应用
   
(一)在湿度测量系统中的应用

(1)在70℃以下(通常在-40℃以上)时,若环境较干净,则使用高分子传感器,污染严重的使用陶瓷传感器(加热清洗再生型)。由于它存在加热清洗过程,不能连续测量,且耗能较大(1~10W)。但寿命长,使用时可选加热清周期较长的传感器,如氯氧基磷灰石陶瓷传感器,2~3个月洗一次,此外,内热式比外热型耗能低。

(2)在70~100℃范围内测湿度,使用具有加热清洗的陶瓷传感器,为提高精度可进行线性及温度补偿。为了实现更高精度则要配以微机.在高温高湿时需频繁地加热清洗,如80% RH以上时,需30S清冼一次,最好装有自动加热清洗装置。

(3)在100~150℃范围内测湿度,在国际上,大都采用陶瓷湿度传感器制作高温湿度仪。

(二)在工业过程自动控制中的应用

为了改善产品的质量和节能,通常在产品干燥系统、反应堆的湿度控制、锅炉水蒸气的漏泄检测、集成电路或磁头加工厂的空调等大都使用陶瓷湿度传感器进行控制;各种空调系统、医疗系统的湿度控制可采用高分子或陶瓷湿度传感器进行。

(三)在蒸汽检漏系统中的应用

在火力发电站、原子能电站、蒸汽机车、锅炉等高温高压设备中,为了预防漏气,防止人身事故,可使用湿度传感器进行检漏。

(四)在其他系统中的应用

在家电中结露传感器可用作磁带录像机结露检测,汽车车窗结露、结霜检测等。

湿度传感器的应用推动了对微电子电路封装故障机制的分析,因集成电路失效与湿度有很大关系。美国麻省理工学院把微湿传感器装在芯片上,对其失效进行早期报警实验成功。为了确保军用器件的高可靠性,Panamclrics公司把微湿传感器封装在集成电路壳体内,检测其早期失效。

综上所述,我们知道了湿敏元件是最简单的湿度传感器。本文还重点讲解了湿度传感器有精度和长期稳定性、湿度传感器的温度系数、湿度传感器的供电、互换性等特点。希望大家都能好好阅览一下本章的内容,充实自己的知识宝库。

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