湿度传移器 水分子亲和力型湿度传感器，是利用水分子有较大的属极矩。因而号于吸附在 固体表面并渗透到因体内部的特性（成为水分子柔和力）制成的混度传感器，其测 量源理在于感混材料吸湿成脱程过程改变其自身的性能从而构成不同莞型的混度传 感荐。 丰水分子亲和力型湿度传感器，主要的测量原理有：利用海湿空气和干燥空气 的热传导之差来测定湿度：利用微波在含水燕汽的空气中传播，水满汽吸收微波使 其产生一定的能量规耗，传输损耗的能量与环境空气中的湿度有关以此米测定提度： 利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线米测定空气中的湿度。 REGULATED LED SUPPLY AMP GAS SAMPLE POWER SUPPLY 222℃ 图1红外吸收式湿度传感器 @湿度传感透介绍 浮度包括气体的混度和四体的得度。气体的浮度是指大气中水满气的含量，度 量方法有绝对淫度，即每立方米气体在标况下(0℃，1大气压)所含有的水蒸气的 重量.即水燕气密度：相对湿度，即一定体积气体中实际含有的水蒸气分压与相同盟 度下该气体所能但含的最大水蒸气分压之比：或含涅量，即每g干空气中所含水蒸 气的质量。其中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： 利用水分子有较大的偶极矩，因而易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的特性制
湿度传感器 水分子亲和力型湿度传感器，是利用水分子有较大的偶极矩，因而易于吸附在 固体表面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，其测 量原理在于感湿材料吸湿或脱湿过程改变其自身的性能从而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，主要的测量原理有：利用潮湿空气和干燥空气 的热传导之差来测定湿度；利用微波在含水蒸汽的空气中传播，水蒸汽吸收微波使 其产生一定的能量损耗，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； 利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。 图 1 红外吸收式湿度传感器 ① 湿度传感器介绍 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，度 量方法有绝对湿度，即每立方米气体在标况下（0℃，1 大气压）所含有的水蒸气的 重量,即水蒸气密度；相对湿度，即一定体积气体中实际含有的水蒸气分压与相同温 度下该气体所能包含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。其中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。 利用水分子有较大的偶极矩，因而易于吸附在固体表面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，其测量原理在于感湿材料吸涅成 脱湿过程改变其自身的性旋从而构成不同类型的湿度传感器：把与水分子亲和力无 关的混度传感器称为非水分子亲和力型传移器，其主要的测量？理有，利用海混空 气和干操空气的格传导之差米测定湿度：利用微波在含水蒸汽的空气中传播，水蒸 汽吸收微波使其产生一定的修量损耗。传输损耗的能量与环境空气中的混度有关以 此米测定湿度，利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线米测定空气中的湿度。 ②湿皮传感器的应用 任何行业的工作都离不开空气而空气的程度又与工作，生活，生产有直接联系， 使湿度的监测与控制越来感显得重要。湿度传够器的应用主要有如下几个方面： (1)气候魔测天气测量和预报对工农业生产、军事及人民生活和科学实验等 方面都有重要意义，因而程度传感器是必不可少的测程设备，如树脂膨敏数式程度传感 墨己用于气象气球测湿仪器上。 (2)温室养激现代农林畜牧各产业有相当数量的温室，温室的湿度控制与 温度拉制同样重要，把提度控制在农作物、树木、畜禽等生长适宜的范围，是减少病 虫害、提高产量的条件之一： (3)工业生产在纺织、电子，精密机器、陶瓷工业等部门，空气湿度直接影 利产品的顺量和产量。必须有效地进行监测调控。 (④)物品绪囊各种物品对环境均有一定的适应性。湿度过高过低均会使物品 丧失原有性能。如在高涩度地区，电子产品在仓库的帽害严重，非金属零件会发霉 变预，金属零件会偏蚀生锈： (份精密仪器的使用保护许多精密仅器、段备对工作环境要求较高。环境湿 度必筑控制在一定范围内，以保证它们的正常工作，提高工作效率及可靠性，如电话 程控交换机工作湿度在55%士10较好。温度过高会影响绝缘性能，过低易产生静 电，影响正常工作。 @湿度传感器的分类与种点 恨据敏感方案是否基于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。根据程敏材料的不同可以对水分子亲和力型程度传
成的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器，其测量原理在于感湿材料吸湿或 脱湿过程改变其自身的性能从而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，其主要的测量原理有：利用潮湿空 气和干燥空气的热传导之差来测定湿度；利用微波在含水蒸汽的空气中传播，水蒸 汽吸收微波使其产生一定的能量损耗，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；利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。 ② 湿度传感器的应用 任何行业的工作都离不开空气,而空气的湿度又与工作、生活、生产有直接联系, 使湿度的监测与控制越来越显得重要。湿度传感器的应用主要有如下几个方面: (1) 气候监测 天气测量和预报对工农业生产、军事及人民生活和科学实验等 方面都有重要意义,因而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 器已用于气象气球测湿仪器上。 (2) 温室养殖 现代农林畜牧各产业都有相当数量的温室，温室的湿度控制与 温度控制同样重要，把湿度控制在农作物、树木、畜禽等生长适宜的范围,是减少病 虫害、提高产量的条件之一。 (3) 工业生产 在纺织、电子、精密机器、陶瓷工业等部门,空气湿度直接影 响产品的质量和产量,必须有效地进行监测调控。 (4) 物品储藏 各种物品对环境均有一定的适应性。湿度过高过低均会使物品 丧失原有性能。如在高湿度地区，电子产品在仓库的损害严重，非金属零件会发霉 变质，金属零件会腐蚀生锈。 (5) 精密仪器的使用保护 许多精密仪器、设备对工作环境要求较高。环境湿 度必须控制在一定范围内,以保证它们的正常工作,提高工作效率及可靠性。如电话 程控交换机工作湿度在 55 % ±10 %较好。温度过高会影响绝缘性能,过低易产生静 电,影响正常工作。 ③ 湿度传感器的分类与特点 根据敏感方案是否基于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。根据湿敏材料的不同可以对水分子亲和力型湿度传
感器进一步分类：根据测量原理的不同可以对非水分子来和力型湿度传感器进一步 分类，如表1所示。 表1湿度传感器的分类与特点 类别 常见类型 特点 水分子素和型 电解质湿度传感器 响应速度低、可靠性差，不能根好 D6购瓷程度传感器 地满足工业生产和日常生活的使用 S膜式裎度传感器 要求。 高分子捏度传感器 丰水分子亲和 热傲电阳式湿度传感器 响应速度快、灵敏度高， 正在得到 型 红外吸收式混度传感图 迅猛发展和越来越广泛的应用。 微波式湿度传感器 超声波湿度传感器 3.1水分子亲和力型湿度传感操 根据使用材料的不同，水分子亲和力重程度传感器分为以下四类 (》电解质型：以氧化鲤为例，它在绝缘基板上制作一对电极，涂上氧化健盐 胶膜。氯化望极易湘解，并产生离子导电，随湿度升高而电阳减小。 (2则瓷亚：一般以金属氧化物为原料，通过测整工艺，制成一种多孔则瓷。 利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。 3)高分子型：先在玻璃等绝缘基板上蒸发植状电极通过浸渍或徐厦，使其在 基板上附着一层有机高分子感湿限，有机高分子的材料种类也很多，工作原理也各不 相同。 (4)单品竿导体型：所用材料主要是硅单品，利用半导体工艺制成。制成二极 管湿敏器件和E订湿度傲感器件等。其特点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混度传感器一一氯化银电阻湿度传感器介绍： 氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质面具有稳定的离子型无机盐 类。其吸湿量与空气相湿度成一定函数关系，随着空气相对混度的增减变化，氧 化锂吸湿量也随之变化。当氯化望溶液吸收水汽后。使导电的离子数增加，因此导
感器进一步分类；根据测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。 表 1 湿度传感器的分类与特点 类别 常见类型 特点 水分子亲和型 电解质湿度传感器 响应速度低、可靠性差，不能很好 地满足工业生产和日常生活的使用 要求。 MOS 陶瓷湿度传感器 MOS 膜式湿度传感器 高分子湿度传感器 非水分子亲和 型 热敏电阻式湿度传感器 响应速度快、灵敏度高，正在得到 红外吸收式湿度传感器 迅猛发展和越来越广泛的应用。 微波式湿度传感器 超声波湿度传感器 3.1 水分子亲和力型湿度传感器 根据使用材料的不同，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，它在绝缘基板上制作一对电极，涂上氯化锂盐 胶膜。氯化锂极易潮解，并产生离子导电，随湿度升高而电阻减小。 (2) 陶瓷型：一般以金属氧化物为原料，通过陶瓷工艺，制成一种多孔陶瓷。 利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。 (3) 高分子型：先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极,通过浸渍或涂覆,使其在 基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的材料种类也很多,工作原理也各不 相同。 (4) 单晶半导体型：所用材料主要是硅单晶，利用半导体工艺制成。制成二极 管湿敏器件和 MOSFET 湿度敏感器件等。其特点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解、不挥发，也不变质而具有稳定的离子型无机盐 类。其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯 化锂吸湿量也随之变化。当氯化锂溶液吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导
致电阻的降低：反之，则使电阻增加。这种将空气相树湿度转换为其电阻值的测量 方法称为吸湿法湿度测量。氯化裡电阻湿度计的传感器线是根据这一原理工作的。 其结构和阻一湿特性分别如图2，图3所示。 A涂有聚苯乙烯薄膜的圆简， B钯丝 图2氯化鞋湿度传感器的结构 22 10. 2 ①PVAC ②0.25%LC1 ③0.56L,C1 0.1 ④1.0%LC1 0.01 ⑤2.2%LiC1 0. 3060.90. 相对湿度。 图3氯化锂混度传感器的图一湿特性 氯化钾传感器的测湿范围与所涂氯化饵浓度及其它成分有美。采用某一浓度制 作的元件在其有效的感湿范围内，其电阳值随网围空气相对湿度的变化符合指数关 系。当湿度低于其有效的感湿范围时，其阻值迅速增加，趋于无限大：而当高于该 范围时，其阻值变得套常小，乃至趋于零。每一传感露的测量范围较窄。故应按照
致电阻的降低；反之，则使电阻增加。这种将空气相对湿度转换为其电阻值的测量 方法称为吸湿法湿度测量。氯化锂电阻湿度计的传感器就是根据这一原理工作的。 其结构和阻—湿特性分别如图 2，图 3 所示。 图 2 氯化锂湿度传感器的结构 图 3 氯化锂湿度传感器的阻—湿特性 氯化锂传感器的测湿范围与所涂氯化锂浓度及其它成分有关。采用某一浓度制 作的元件在其有效的感湿范围内，其电阻值随周围空气相对湿度的变化符合指数关 系。当湿度低于其有效的感湿范围时，其阻值迅速增加，趋于无限大；而当高于该 范围时，其阻值变得非常小，乃至趋于零。每一传感器的测量范围较窄，故应按照
测量范围的要求。选用相应的量程。为扩大测量范围，可采用多片组合传感器，组 合式氯化里湿度传感器的结构和阳-湿特性如图4，图5所示。 目 B R 75950655-750635-5506w1535% 图4组合式氯亿根温度传感器结构图 10 Q 0 0.01 0.30.60.90. 图5组合式氧化健的阳一湿特性 3.2非水分子亲和力型湿度传感器 利用潮湿空气和干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：利用微波或超声波在含水蒸汽的空气中传择时，传输提耗的能量与环境空 气中的湿度的相关性米测定湿度，可以制成微波或超声波湿度传感器：利用水蒸汽 能吸收特定波长的红外线来测定空气中的浮度，可以制成红外吸收式浮度传感器。 一种典型的红外吸收式湿度传感器的结构和工作原理如图1所示
测量范围的要求，选用相应的量程。为扩大测量范围，可采用多片组合传感器。组 合式氯化锂湿度传感器的结构和阻-湿特性如图 4，图 5 所示。 图 4 组合式氯化锂温度传感器结构图 图 5 组合式氯化锂的阻—湿特性 3.2 非水分子亲和力型湿度传感器 利用潮湿空气和干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；利用微波或超声波在含水蒸汽的空气中传播时，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；利用水蒸汽 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工作原理如图 1 所示
④湿度传感摆的特性参数 湿度传感器的特性参数主要有：湿度量程、灵敏度、温度系数、响应时间、湿 潜回差、感湿特任量一相对混度特性曲线等。 ()深度量程：它是指浮度传感器能够较精确测量的环境混度的最大微围。由 于各种混度传感器所使用的材料及依据的工作原理不同，其特性并不都能适用于 0一100%测阳的整个相对湿度范围. (②感湿特征量-相对湿度特性曲线：涅度传感签的输出变量称为其感湿特狂 量，如电阻、电容等。湿度传感器的感涩特征量面环境湿度的变化曲线，称为传 感器的感湿特征量一环境混度特性由线。简称为感混特性曲线。性能良好的湿度敏 感整件的感混特性由线。应有宽的线性范围和适中的灵敏度， (3粉灵敏度：湿度传感器的灵敏度即其感湿特性曲找的斜率。大多数湿度敏感 器件的感湿特性曲战是非线性的，因此岗无统一的表示方法。较普遍采用的方法 是用器件在不同环境湿度下的感湿特征量之比米表示。 (4)涩度温度系数：它定义为在器件感混特征量恒定的条件下，该感湿特征量 值所表示的环境相对混度随环境温度的变化率，即 d(RH) T 上-草为 因此，环境温度将造成测湿误差，例如，：0,3%/℃时，环境的温度变化 20℃，将引起6%圈的测程误差。 )响应时间：它表示当环境湿度发生变化时，传感器完成瑕湿域脱湿以及 动态平街过程所需时间的特性参数。响应时何用时问常数T来定义，即感湿特征 量由起始值变化到终止值的Q.632倍所需的时间。可见，响应时间是与环境相对湿 度的起、止值密切相关。 (6)涩蒲目线和混滑回差，一个湿度传感器在吸涩和脱湿两种情况下的感湿特 性曲线不相重复，一般可形成为一日线，这种特性称为湿海特性：其曲线称为混沛 回线： @常见测涩度的方法比较
④ 湿度传感器的特性参数 湿度传感器的特性参数主要有：湿度量程、灵敏度、温度系数、响应时间、湿 滞回差、感湿特征量-相对湿度特性曲线等。 (1) 湿度量程：它是指湿度传感器能够较精确测量的环境湿度的最大范围。由 于各种湿度传感器所使用的材料及依据的工作原理不同，其特性并不都能适用于 0～100%RH 的整个相对湿度范围。 (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变化曲线， 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。 性能良好的湿度敏 感器件的感湿特性曲线， 应有宽的线性范围和适中的灵敏度。 (3) 灵敏度：湿度传感器的灵敏度即其感湿特性曲线的斜率。大多数湿度敏感 器件的感湿特性曲线是非线性的， 因此尚无统一的表示方法。 较普遍采用的方法 是用器件在不同环境湿度下的感湿特征量之比来表示。 (4) 湿度温度系数： 它定义为在器件感湿特征量恒定的条件下，该感湿特征量 值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率， 即 因此，环境温度将造成测湿误差。 例如，α=0.3％RH/℃时， 环境的温度变化 20℃，将引起 6％RH 的测湿误差。 (5) 响应时间： 它表示当环境湿度发生变化时， 传感器完成吸湿或脱湿以及 动态平衡过程所需时间的特性参数。 响应时间用时间常数 τ 来定义， 即感湿特征 量由起始值变化到终止值的 0.632 倍所需的时间。可见， 响应时间是与环境相对湿 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。 ⑤ 常见测湿度的方法比较
温度范围 湿度范围 精度 响应时间（动 阿斯曼 660 695% 25M 根长 氯化慢电阻式 550 1595A 25 10,50 高分子电容式 5'50 1595% 25 (10 金属陶登电阳式 060 59% 25 (=3 露点计 -40100 0100% 较短 团湿敏传感卷的应用注意事项 (1)电源选择 湿敏电阳必湖工作于交流回路中。若用直流债电，会引起多孔陶瓷表面结构改 变，湿敏特性变劣。深用交流电源顿率过高，将由于元件的阳加容抗南影响测混灵 敏度和准确性，因此应以不产生正，负离子积聚为原测，使电源频率尽可能低。 对离子导电型混傲元件，电源频率应大于动：，一般以1000位为宜。对电子导 电显，电题频率应低于50。 2)线性化 一般湿嫩元件的特性均为非线性。为便于测量，应将其线性化。 (3)温度补怪 通常氧化物半导体啊隐得敏电阻湿度温度系数为0.1一0.3，故在测混精度要求 高的情况下必须进行温度补偿。 (4)测湿范围 电阻式湿敏元件在温度箱过95%出时，得敏服因河溶解，厚度会发生变化， 若反复结露与潮解，特性会变坏而不能复原。电容式传感器在8即%阳以上高湿及 10%阳以上结露成湘解状态下，也难以检测。另外，切勿将湿敏电容直接浸入 水中或长期用于结露状态，也不要用手摸或嘴吹其表面。 @产品图片
温度范围 湿度范围 精度 响应时间(s) 阿斯曼 5~50 5~95% 2~5% 很长 氯化锂电阻式 5~50 15~95% 2~5% 10，50 高分子电容式 5~50 15~95% 2~5% <10 金属陶瓷电阻式 0~60 5~90% 2~5% <=3 露点计 -40~100 0~100% 1 较短 ⑥ 湿敏传感器的应用注意事项 (1) 电源选择 湿敏电阻必须工作于交流回路中，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。采用交流电源频率过高，将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。 对离子导电型湿敏元件，电源频率应大于 50 Hz，一般以 1000 Hz 为宜。对电子导 电型，电源频率应低于 50 Hz。 (2) 线性化 一般湿敏元件的特性均为非线性， 为便于测量， 应将其线性化。 (3) 温度补偿 通常氧化物半导体陶瓷湿敏电阻湿度温度系数为 0.1～0.3，故在测湿精度要求 高的情况下必须进行温度补偿。 (4) 测湿范围 电阻式湿敏元件在温度超过 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， 特性会变坏而不能复原。 电容式传感器在 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， 切勿将湿敏电容直接浸入 水中或长期用于结露状态， 也不要用手摸或嘴吹其表面。 ⑦ 产品图片
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