一、 濕度傳感器的分類及感濕特點(diǎn)

    濕度傳感器，分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏件。

    濕度傳感器具有如下特點(diǎn)：

    1、精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性

    濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

    2、濕度傳感器的溫度系數(shù)

    濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч蔷�性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

    3、濕度傳感器的供電

    金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。

    4、互換性

    目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用 效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。

    5、濕度校正

    校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見(jiàn)的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)作標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，（ 好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。

    二、對(duì)濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法

    在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過(guò)一些簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。

    1、一致性判定，同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品 好一次購(gòu)買兩支以上，越多越說(shuō)明問(wèn)題，放在一起通電比較檢測(cè)輸出值，在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，觀察測(cè)試的一致性。若進(jìn)一步檢測(cè)，可在24h內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。

    2、用嘴呵氣或利用其它加濕手段對(duì)傳感器加濕，觀察其靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的 高量程等。

    3、對(duì)產(chǎn)品作開(kāi)盒和關(guān)盒兩種情況的測(cè)試。比較是否一致，觀察其熱效應(yīng)情況。

    4、對(duì)產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說(shuō)明書(shū)標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行測(cè)試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。

    產(chǎn)品的性能 終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測(cè)手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對(duì)檢測(cè)，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期使用過(guò)程中的長(zhǎng)期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。

    三、對(duì)市場(chǎng)上濕度傳感器產(chǎn)品的幾點(diǎn)分析

    國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少國(guó)內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見(jiàn)，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國(guó)外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國(guó)外名牌，價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)"階躍"性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無(wú)論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級(jí)，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。

    電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn)，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來(lái)處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無(wú)法克服其表面結(jié)構(gòu)"天然老化"的弱點(diǎn)，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)。

    氯化鋰濕敏電阻，具有 突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此通過(guò)嚴(yán)格的工藝制作，制成的和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，長(zhǎng)期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性其它感濕材料尚無(wú)法取代。

    濕敏元件是 簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。

    下面對(duì)各種濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

    1、氯化鋰濕度傳感器

    （1）電阻式氯化鋰濕度計(jì)  第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來(lái)的。這種元件具有較高的精度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。  氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是（60～80）%RH 等。由此可見(jiàn)，要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí)，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。可用于全量程測(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè)，采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為（15～100）%RH，國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱其測(cè)量范圍可達(dá)（2 ～100）%RH 。

    （2）***式氯化鋰濕度計(jì)  ***式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro 公司首先研制出來(lái)的，其后我國(guó)和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似，但工作原理卻完全不同。簡(jiǎn)而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。

    2、碳濕敏元件

    碳濕敏元件是美國(guó)的 E.K.Carver 和 C.W.BreasefiELD 于1942年首先提出來(lái)的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn)，因之令人矚目。我國(guó)氣象部門于70年代初開(kāi)展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測(cè)量不確定度不超過(guò)±5%RH ，時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。

    3、氧化鋁濕度計(jì)  氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是，體積可以非常小（例如用于探空儀的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測(cè)量下限達(dá)-110℃***），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測(cè)量信號(hào)直接以電參量的形式輸出，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測(cè)量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測(cè)量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測(cè)可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國(guó)家的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問(wèn)題.  上始終未能取得重大的突破。因此，到目前為止，傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來(lái)，這種方法在工業(yè)中的低霜點(diǎn)測(cè)量方面開(kāi)始嶄露頭角。

    4、陶瓷濕度傳感器  在濕度測(cè)量領(lǐng)域中，對(duì)于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測(cè)量，到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測(cè)量技術(shù) 為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問(wèn)題，無(wú)法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，要求在高溫下測(cè)量濕度的場(chǎng)合越來(lái)越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過(guò)程的濕度測(cè)量與控制。因此，自60年代起，許多國(guó)家開(kāi)始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無(wú)機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測(cè)控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣，主要用于食品加工方面。

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