湿敏传感器综述
湿敏传感器特点及应用
作者 704 班级 电科1401 学号 c7
在国家经济发展越来越快速的时代中，人们生活质量明显提高，对环境的温度与湿度标准越来越关注与重视。随之，我国相关部门针对温度测量以及湿度测量更进一步研究，并结合多次试验研发出新型的湿度传感器，并已经被广泛应用于各领域中。由于环境湿度参数测量难度较高，要想达到一定的精标准要求，必须要做到合理湿度控制。本文对湿度表示方法进行了一定的概括和总结，指出不同湿度测量方式各自的优缺点。并对电阻式湿敏传感器，陶瓷湿敏传感器，电容式湿敏传感器进行了论述，以说明其各自的特性，让使用者可以更加准确的使用湿敏传感器。
2016年3月，根据Narimani 和Nayeri 在关于传感器和执行机构的文献中描述，基于氧化锌纳米材料的电容式湿度传感器在高温高湿条件下取得较为稳定和快速的湿度检测效果[1]。2016年6月，根据Guo 在关于传感器和材料科学的文献中描述，以石墨烯氧化物为原材料的电容式湿度传感器在恒温密闭仓储环境中取得较为稳定和灵敏的湿度检测效果[2]。本文在上述研究的基础上，针对人体所处的普通室内环境，利用直流电源、可变电阻、湿敏电容和时基电路等器件设计通用小型高精度湿度传感器系统，并在通风环境下（T=25℃），对室内湿度变化进行快速和高精度的检测，从而达到有效调节室内温湿度的控制目的。
章丹等人[3]2017年提出了一种新型柔性电容式湿度传感器。该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP )作为衬底,金属铜(Cu )作为叉指电极,聚酰亚胺(PI )作为湿度传感器的湿敏介质。LCP 衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性。该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点。最后说明HS1101湿度传感器[4]在实际生活中的使用方法，并分析它的工作原理，最终绘出工作电路。
1 湿度及其表示
湿度是表示空气中水蒸气的含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。
1.绝对湿度
所谓绝对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。一般用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示，即为
/V Ha m V (1)
式中，m V 为待测空气中水蒸气质量，V 为待测空气的总体积。单位为g/m 3。
2.相对湿度
相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压（Pw ）和同温度下饱和水蒸气的分压（P N ）的百分比，即
/)100%T w N x H H P P T R （ (2)
通常，用R H ％表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气
体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。目前应用最多的是相对湿度。
3.露点温度
温度高的气体，含水蒸气越多。若将其气体冷却，即使其中所含水蒸气量不变，相对湿度将逐渐增加，增到某一个温度时，相对湿度达100% ，呈饱和状态，再冷却时，蒸气的一部分凝聚生成露，把这个温度称为露点温度。即空气在气压不变下为了使其所含水蒸气达饱和状态时所必须冷却到的温度称为露点温度。气温和露点的差越小，表示空气越接近饱和。
2 湿敏传感器的种类
2.1 电阻式湿敏传感器
电阻式湿敏传感器是利用湿敏元件的电气特性随温度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器。湿敏元件一般是在绝缘基底上浸渍吸湿性物质，或者通过蒸发、涂覆等工艺在表面上制备一层湿敏物质而制成的。在湿敏元件的吸湿和脱湿过程中，水分子分解出的离子的传导状态发生变化，从而使元件的电阻值随湿度而变化。
常用的电阻式湿敏传感器为在玻璃带上浸有氯化锂溶液的湿敏元件。它的基片材料为无碱玻璃带。元件的电阻值随湿气的吸附与脱附过程而变化。这种通过测定电阻，便可知道相对湿度。由于电阻与湿度的变化只在一定的湿度范围内成线性关系。为了扩大湿度测量范围，可以将几支浸渍不同浓度氯化锂的湿敏元件组合起来使用。
氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点，氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史，有着多种多样的产品型式和制作方法，都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性最强。
2.2 陶瓷湿敏传感器
陶瓷湿敏传感器是一种新型传感器。金属氧化物陶瓷构成的湿敏传感器有离子型和电子型两类。
在离子型湿敏元件中，由绝缘材料制成的多孔陶瓷元件由于水分子在微孔中的物理吸附作用而呈现出H +，是元件的电导率增加。这类传感器组要有两种：一种以Fe 2O 3及K 2CO 3为主要成分，另一种以ZnO 、V 2O 5、Li 2O 为主要成分。
电子型湿敏元件是利用分子在氧化物表面上的化学吸附导致元件电导率改变的原理制成。元件的电导率增加还是减少，取决于氧化物半导体是N 型还是P 型。
陶瓷湿敏传感器的优点有：耐高温，湿度滞后小，响应速度快，体积小，便于批量生产，但由于多孔型材质，对尘埃影响很大，日常维护频繁，时常需要电加热加以清洗易影响产品质量，易受湿度影响，在低湿高温环境下线性度差，特别是使用寿命短，长期可靠性差。
2.3 电容式湿敏传感器
电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。这类湿敏元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电常数随湿度变化而变化的薄片状电容器。由吸湿性电介质材料构成的薄片状电容式湿敏传感器具有线性较好、温度系数小、响应时间快;与传统IC、半导体以及硅工艺相兼容等特点,从而受到生产者与使用者的青睐。
电容式湿度传感器结构,即电容平行板上下电极中间加一层感湿薄膜,其电极材料可为铝、金、铬等金属、感湿膜可为半导体氧化物或者高分子材料等制作而成,电极形状与感湿膜形状的不同选择使得此类电容式湿度传感器性能各异。由于高分子聚合物具有较小的介电常数，如聚酰亚胺在低湿时介电常数为3.0一3.8。而水分子介电常数是高分子ε的几十倍。因此高分子介质在吸湿后，由于水分子偶极距的存在，大大提高了吸水异质层的介电常数，这是多相介质的复合介电常数具有加和性决定的。由于ε的变化，使湿敏电容元件的电容量C与相对湿度成正比，但在设计和制作工艺中很难做到感湿特性全湿程线性。
电容式湿度传感器还与环境温度有关，它的温度特性受多种因素支配，在不同的湿度范围温漂不同；在不同的温区呈不同的温度系数；不同的感湿材料温度特性不同。总之，高分子湿度传感器的温度系数并非常数，而是个变量。因此要精确的测量湿度还要考虑温度对传感器的影响，必要时需要对传感器进行温度补偿。
电容式湿度传感器的优缺点：它的测湿性能还算可以但其耐温性、耐腐蚀性都不太理想，在工业领域使用，寿命、耐温性和稳定性、抗腐蚀能力都有待于进一步提高。
除电阻式、陶瓷型、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。
3 一种湿度传感器的应用
HS1101是一款电容式相对湿度传感器。该传感器可广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室、和工业过程控制系统等，对空气湿度进行检测。与其他产品相比，有着显著的优点:
(1)无需校准的完全互换性；
(2)长期饱和状态，瞬间脱湿；
(3)适应自动装配过程，包括波峰焊接、回流焊接等；
(4)具有高可靠性和长期稳定性：
(5)特有的固态聚合物结构；
(6)适用于线性电压输出和线性频率输出两种电路；
3.1 湿敏电容HS1101的输入输出特性分析
如图2所示，经试验测定，当环境湿度RH（t）∈[0%,99%]时，湿敏电容HS1101的电容值CRH（t）∈[163pF,199pF]，显然CRH（t）与RH（t）成正比。湿敏电容HS1101作为湿度传感器RHS01的核心器件，其具有湿度测量范围较宽、温漂效应较小、平均灵敏度较高和反应快速等优点[5]。
（1）HS1101具有较宽的测湿范围，即：测湿范围WRH∈[0%,99%]；
（2）当环境温度T∈[-10℃,60℃]时，HS1101能正常工作，且其温漂效应Tcc∈[0.02pF/℃,0.06pF/℃]，即：当环境温度T上升或下降1℃时，HS1101的电容值平均飘移0.04pF；
（3）当环境温度T∈[-10℃,60℃]，且湿度RH（t）∈[30%,80%]时，HS1101的平均灵敏度△C/%RH∈[0.28pF/%RH,0.44pF/%RH]，即：当环境湿度RH（t）上升或下降1%时，HS1101电容值平均变化0.36pF，实际上当环境相对湿度RH（t）高于80%时，HS1101的灵敏度会有所下降。以上试验测定的参数说明传感部件HS1101具有较高的灵敏度和较快的反应速度，适合用作温湿度控制系统的传感器使用。
图1：HS1101湿度与电容曲线图
图2：HS1101湿度传感器电路图
3.2 测量原理与方法
HS1101湿度传感器是一种基于电容原理的湿度传感器，相对湿度的变化和电容值呈线性规律。在自动测试系统中．电容值随着空气湿度的变化而变化，因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化，才能进行有效地数据采集。用555集成电路组成振荡电路，HS1101湿度传感器充当振荡电容，从而完成湿度到频率的转换。
HS1101湿敏传感器是采用侧面开放式封装，只有两个引脚．有线性电压输出和线性频率输出两种电路。在使用时，将2脚接地，这里选用频率输出电路。该传感器采用电容构成材料，不允许直流方式供电．所以我们使用555定时器电路组成单稳态电路。具体电路结构如图。
测湿电路利用一片CMOS 定时器TLC555，配上HS1101和电阻R 2、R 4构成单稳态电路．将相对湿度值变化转换成频率信号输出。输出频率范围是7351～6033Hz ，所对应的相对湿度为0～100％。当RH=55％时，f=6660Hz 。输出的频率信号可送至数字频率计或控制系统，经处理后送显示。通电后．电流沿着Ucc →R 4→R 2→C 对HS1101充电．经过t1时间后湿敏电容的电压Uc 就被充电到TLC555的高触发电平，使内部比较器翻转。OUT 端的输出变成低电平。然后C 开始放电，放电回路为C →R 2→D →内部放电管→地。经过t 2时间后，Uc 降到低触
发电平(U1=O.33Ucc)，内部比较器再次翻转，使OUT 端的输出变成高电平。这样周而复始的进行充、放电，形成了振荡。充电、放电时间计算公式分别为：
1242()t C R R ln =+ (3)
222t C R ln = (4)
输出波形的频率(f )和占空比(D )的计算公式如下：
1224()1/1/1/2()2f T t t C R R ln ==+=+ (5)
1112//()D t T t t t ==+ (6)
湿度传感器只是保证传感探头的精度，在实际使用中，综合精度除了与湿度传感器本身元件有关，还与外围电路的器件选择相关。为了与HS1101温度系数相匹配，R 1数值应取为1％精度，且最大温漂不超过100ppm (ppm ：百万分之一，表示当温度变化1℃．所对应的电阻相对变化量)。
3.2 RHS01的信号检测与变换过程
湿度传感器RHS01的信号检测与变换过程如图3所示，RHS01的输入信号为环境相对湿度RH （t ）∈[0%,99%]。由于湿敏电容HS1101的电容值CRH （t ）与相对湿度RH （t ）成正比，因此将CRH （t ）视为湿度传感器RHS01电路的中间变量。RHS01的输出信号为U 0（t ）的频率F （t ）∈[7365Hz,6033Hz]，并且F （t ）与电容值CRH （t ）成反比[6]。
图3 湿度传感器RHS01的信号检测与变换过程
3.3 软件设计功能
软件设计主要完成对HS1101在单位时间内的频率测量。软件设计采用端口扫描方式，间隔8S开始测量．测量时间为1S。统计单位时间内脉冲的个数，与湿度表对照，确定湿度值的范围，并将湿度值通过LCD显示。为了保证测量精度，可以取3次以上测量数据，求平均值后，作为最终送显示数据。
由于HS1101采用独特的电容式单元设计，具有响应速度快、体积小、线性度好、较稳定等优点，我们将HS1101用在智能家居控制系统中，完成对空气湿度的测量，经长期应用，性能达到了稳定可靠，同时也实现了对低成本的要求。
4 总结
近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能产品化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。但是目前湿度传感器在长期稳定性方面还存在一些问题[7]，为此人们为了研制出有长期可靠性的传感器，而宁可在测量精度、湿度和温度特性、响应时间、形状和尺寸等方面作出一些牺牲。
总之，随着科学技术的发展，要求湿度传感器向微型化和集成化方向发展，同时要求传感器抗污染、长寿命，对环境湿度的控制将更加精确。因此，随着工业、农业、国防、科技及整个国民经济的迅猛发展，对环境湿度的控制和检测越来越受到人们的重视，市场需求也越来越大。
参考文献：
[1]Narimani K, Nayeri F D, et al. Fabrication, modeling and simulation of high sensitivity capacitive humidity sensors based on ZnO nanorods[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2016, 224(3): 338-343.
[2]Guo R, Tang W, et al. High sensitivity and fast response graphene oxide capacitive humidity sensor with computer-aided [J]. Computational Materials Science, 2016, 111(1): 289- 293
[3]章丹,黄见秋,王立峰.基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究（英文）[J].传感技术学报,2017,30(10):1478-1482.
[4]冷芳,裴洲奇.基于湿敏电容HS1101的环境湿度传感器RHS01的设计[J].焦作大学学报,2017,31(02):73-75.
[5]A s corbe J, Corres J M, et al. High sensitivity humidity sensor based on cladding-etched optical fiber and lossy mode resonances [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2016, 233(10): 7-16.
[6]汤辰,万衡,王凯凯.高分子电容型湿度传感器研制[J].电子器件,2016(3):571-575.
[7]李志全,王禄娜,李欣，等.基于U型波导耦合单微环结构的高灵敏度湿度传感器[J].光谱学与光谱分析,2015(2):563-567
湿度传感器实验
湿敏传感器实验 一、实验目的：了解湿敏传感器的原理及特性。 二、基本原理：湿度是指空气中所含有的水蒸气量。空气的潮湿程度，一般多用相对湿度概念，即在一定温度下，空气中实际水蒸气压与饱和水蒸气压的比值(用百分比表示)，称为相对湿度(用RH表示)。其单位为％RH。湿敏传感器种类较多，根据水分子易于吸附在固体表面渗透到固体内部的这种特性（称水分子亲和力），湿敏传感器可以分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本实验采用的是集成湿度传感器。该传感器的敏感元件采用的属水分子亲和力型中的高分子材料湿敏元件(湿敏电阻)。它的原理是采用具有感湿功能的高分子聚合物(高分子膜)涂敷在带有导电电极的陶瓷衬底上，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件。由于湿敏元件阻抗随相对湿度变化成对数变化，一般应用时都经放大转换电路处理将对数变化转换成相应的线性电压信号输出以制成湿度传感器模块形式。湿敏传感器实物、原理框图如下图所示。当传感器的工作电源为+5V±5％时，湿度与传感器输出电压对应曲线如图所示。 湿敏传感器实物、原理框图
湿度—输出电压曲线 三、需用器件与单元：主机箱电压表、+5V直流稳压电源；湿敏传感器、湿敏座、潮湿小棉球(自备)、干燥剂(自备)。 四、实验步骤： 1、按下图示意接线(湿敏座中不放任何东西)，注意传感器的引线号码。 湿敏传器实验接线示意图 2、将电压表量程切换到20V档，检查接线无误后，合上主机箱电源开关，传感器通电先预热5分钟以上，待电压表显示稳定后即为环境湿度所对应的电压值(查湿度—输出电压曲线得环境湿度)。 3、往湿敏座中加入若干量干燥剂(不放干燥剂为环境湿度)，放上传感器，观察电压表显示值的变化。 1、倒出湿敏座中的干燥剂加入潮湿小棉球，放上传感器，等到电压表显示值稳定后记录显示值，查湿度—输出电压曲线得到相应湿度值。实验完毕，关闭所有电源。
传感器电容式湿度传感器的应用重点
题目传感器电容式湿度传感器的应用 姓名 学号 系（院）_电子电气工程学院_ 班级 目录 前言 (3) 1. 绪论 (1) 1.1电容式传感器的工作原理 (1)
1.2电容式传感器的特点 . (4) 2. 系统设计 (6) 2.1硬件电路设计 (6) 2.2 湿敏电容器的特性 (8) 2.3 电容式传感器数据处理 (8) 2.4测试结果 (8) 结论 (10) 参考文献 (11) 淄博职业学院 前言 人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防、科研、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。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。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度
测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。 1. 绪论 1.1电容式传感器的工作原理 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。
湿度传感器的应用.
湿度传感器工作原理及应用 人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，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．其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。对使用者来说，选择湿度传感器时，首先要搞清楚需要什么样的传感器；自己的财力允许选购什么档次的产品，权衡好“需要与可能”的关系，不致于盲目行事。我们从与用户的来往中，觉得有以下几个问题值得注意。 1．选择测量范围 和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100％RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。下面列举一些应用领域对湿度传感器使用温度、湿度的不同要求，供使用者参考(见表1)。用户根据需要向传感器生产厂提出测量范围，生产厂优先保证用户在使用范围内传感器的性能稳定一致，求得合理的性能价格比，对双方来讲是一件相得益彰的事情。2、选择测量精度 和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。 生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0一80％RH)为±2％RH，而高湿段(80—100％RH)为±4％RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5％RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。 多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3％ RH 以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器．其测温精度须足±0.3℃以上，起码是±0.5℃的。而精度高于±2％RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在20—25℃下，要达到2％RH的准确度仍是很困难的。” 3、考虑时漂和温漂 几乎所有的传感器都存在时漂和温漂。由于湿度传感器必须和大气中的水汽相接触，所以不能密封。这就决定了它的稳定性和寿命是有限的。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期负责重新标定。请使用者在选择传感器时考虑好日后重新标定的渠道，不要贪图便宜或迷信洋货而忽略了售后服务问属。 温漂在上1节已经提到。选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数α是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的，而温度系数α又主要取决于水和感湿材料的介电系数，所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数。电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计。但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或订正。
陶瓷湿敏传感器的应用
湿敏电阻器的应用 湿敏电阻器广泛应用于洗衣机、空调器、录像机、微波炉等家用电器及工业、农业等方面作湿度检测、湿度控制用。 湿敏传感器已经广泛地用于工业制造、医疗卫生、林业和畜牧业等各个领域。在家用电器中用于生活区的环境条件监控、食品烹调器具和干燥机的控制等等。表8.1中列出了陶瓷湿敏传感器的主要应用领域，以及它们的工作温度和可测控的湿度范围。 陶瓷湿敏传感器的有潜力的应用对象是家用空调器、微波炉、防止视频录像机的受潮以及一些其他家用电器。在种植业的暖房中，最佳的蔬菜生长条件不仅使植物的生长和成熟周期缩短了，而且通过湿度的调节可以防止有害病变的发生。在许多工业领域中需要进行干燥处理，通过控制相对湿度的方法，可以保持最佳的干燥条件，因而可以在节约能耗的条件下，确保被干燥产品的质量一致性。 食品味道的改变在很大程度上与其中水份含量有关，控制水份含量就能保持所生产食品的质量。在食品制造工业中，对生产线的在线过程全都需要对水份含量进行监测。 湿敏传感器同样也用于电子工业。在生产工艺过程中必须对静电事故给予特别的关注。静电电荷的数量与湿度有直接关系，出于这个原因，在电子工业中必须将湿度调控在一个特定的范围内。 表8.1陶瓷湿敏传感器的应用
在广泛使用湿度传感器时，也必须考虑到，传感器需要和测量电路连接使用，所以，对电路也要求能在足够宽的湿度和环境温度范围内保持高精度和高稳定性。 8.1.1 连接陶瓷湿敏传感器的测量电路 利用陶瓷传感器来测量湿度的方法有以下特点。传感器在低湿度时电阻很大，并与湿度是一种指数关系。此外，在相对湿度从0%～100%的区间内，电阻可能变化3～6个数量级。由于大多数陶瓷湿敏传感器具有极化现象，所以还需要对电源频率有一定的要求。直流电桥电路虽然可以保证高精度，并且可以补偿一些干扰因素，但在这里是不适用的。为消除极化效应，必须要用交流电源测量，所以陶瓷湿敏传感器的测量只能选用适当的交流电桥，并且必须同时一起考虑传感器的二个参数——阻抗和容抗的变化，因为正如在第三章中已阐明的那样，传感器的等效电路是由并联的电阻和电容构成的。这使对随后的被测信号的分析处理工作复杂化。在有些应用领域中，湿度变化可以只用电阻或电容变化来表征，因而允许在经相应的电桥平衡后只测量其中一个参数的变化。基于这里所讨论的陶瓷湿敏传感器的特性，现实中应用最广的电路是下列二种： 模拟输出的AC测量电路； 具有频率/时间(PWM——脉冲宽度调制)输出的转换电路。 8.1.2 陶瓷湿敏传感器的实际应用 陶瓷湿敏传感器已广泛应用于各类机具中，例如湿度计、空调器、增湿机、去湿机、微波炉等。 8.1.2.1 湿度计 湿度计是测量各种介质中含湿量的仪器。基于陶瓷湿敏传感器，已制成一系列不同的湿度计。介绍一种名为“Chichidu湿度计CH-1”的数字式湿度计，生产者是Chichidu Cement公司。它有下列工作特性： 湿度测量范围15%～１００％RH 测量精度±4%RH 湿度计的工作温度范围0～４０℃
湿度传感器原理及其应用
湿度传感器的原理及其应用 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类及感湿特点 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。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点： 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 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。 二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法 在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。
自动检测课程设计报告--湿度传感器及应用
课程设计报告湿度传感器及应用
摘要 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，湿度传感器是指检测外界环境湿度的传感器，它将所测环境湿度转换为便于处理、显示、记录的电(频率)信号等。它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。它是一类重要的化学传感器，在仓贮、工业生产、过程控制、环境监测、家用电器、气象等方面有着广泛的应用。 测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。 应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的范围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。 本次设计的是湿度传感器，主要对湿度传感器的工作原理、组成结构加以论述，并对其测量原理图进行分析，进而使我们能够更深层的对湿度传感器进行理解；除此之外，在本次设计中也简要介绍了湿度传感器的相关特性以及参数如何选择，以便于用户能够正确选用相应的种类和型号。 另外，我又结合了实际案例对湿度传感器的应用技术和应用领域加以分析，并概括了其日后的发展趋势。 关键词：工作原理；组成结构；测量原理图；特性及参数选择；应用；发展趋势
传感器的种类有哪些湿度传感器的原理
传感器的种类有哪些？湿度传感器的原理？ 传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器的分类方法很多．主要有如下几种： （1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。这种分类有利于选择传感器、应用传感器 （2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。 （3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传
感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。这种分类法可分出很多种类。 （4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。传感器数字化是今后的发展趋势。 （5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。（6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。 主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。 湿度传感器的工作原理 1.湿度传感器，英文名称为humidity transducer，是一种能感受气体中水蒸气含量，并转换成可用输出信号的传感器。主要应用于机械工程、传感器、气体及湿度传感器等方面。多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的±5%RH的精度就够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3%RH。
气敏传感器
2.3 气敏、湿敏电阻传感器 2.3.1气敏电阻 在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测 和控制。比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情 况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等等。气敏电阻传感器就是一种将 检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。 1.气敏电阻的工作原理及其特性 气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变 化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。 以SnO2气敏元件为例，它是由0.1～10μm的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导 体而工作的。在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子 的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导 率增加。而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位 状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。 气敏电阻的温度特性如图2.26所示，图中纵坐标为 灵敏度，即由于电导率的变化所引起在负载上所得到的值 号电压。由曲线可以看出，SnO2在室温下虽能吸附气体， 但其电导率变化不大。但当温度增加后，电导率就发生较 大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。此外，在气 敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一 些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度，也可增强对 图2.26 气敏电阻灵敏度与温度的关系气体种类的选择性。 2.常用的气敏电阻 气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种，直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少。旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网 防爆，因此安全可靠，其应用面较广。 （1）氧化锌系气敏电阻 ZnO是属于N型金属氧化物半导体，也是一种应用较广泛的气敏器件。通过掺杂而获 得不同气体的选择性，如掺铂可对异丁烷、丙烷、乙烷等气体有较高的灵敏度，而掺钯则对氢、一氧化碳、甲烷，烟雾等有较高的灵敏度。ZnO气敏电阻的结构如图2.27所示。这种 气敏元件的结构特点是：在圆形基板上涂敷ZnO主体成分，当中加以隔膜层与催化剂分成 两层而制成。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促， 脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳 检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过对颗粒超微细化和掺杂工艺 制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成 旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。
湿度传感器原理与应用知识
湿度传感器原理与应用知识 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类 湿度传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。有关湿度测量，早在16世纪就有记载。许多古老的测量方法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今仍被广泛采用。现代工业技术要求高精度、高可靠和连续地测量湿度，因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。 湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。利用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如，利用水分子附着或浸入某些物质后，其电气性能（电阻值、介电常数等）发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；利用水分子附着后引起材料长度变化，可制成尺寸变化式湿敏元件，如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水性能，不仅有物理吸附，而且有化学吸附，可制成金属氧化物湿敏元件。这类元件在应用时附着或浸入被测的水蒸气分子，与材料发生化学反应生成氢氧化物，或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以全部脱出，使重复使用时元件的特性不稳定，测量时有较大的滞后误差和较慢的反应速度。目前应用较多的均属于这类湿敏元件。另一类非亲和力型湿敏元件利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。例如，利用热力学方法测量的热敏电阻式湿度传感器，利用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。 1、电解质湿敏元件 利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化制成的湿敏元件。最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。从1938年顿蒙发明这种元件以来，在较长的使用实践
《传感器原理及工程应用》(郁有文)复习题2016
第二章传感器概述 1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？ 2.什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些性能指标的含义。 3.什么是传感器的动态特性？有哪几种分析方法？它们各有哪些性能指标？ 4. 当被测介质温度为t1，测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立： 当被测介质温度从25℃突然变化到300℃，测温传感器的时间常数τ0=120s ，试确定经过350s 后的动态误差。 5. 已知某传感器属于一阶环节，现用于测量100Hz 的正弦信号。如幅值误差限制在5%以内，则时间常数τ应取多少？若用该传感器测量50Hz 的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多少？ 第三章 应变式传感器 1.什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2.试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。 3.什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4．拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问： （1） 四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ （2） 画出相应的电桥电路图。 5. 图示为一直流应变电桥。图中E=4V ，====，试求： ττd dt t t 2021+=1R 2R 3R 4R Ω120
（1） 为金属应变片，其余为外接电阻。当的增量为时，电桥输出电压 （2） ，都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压 （3） 题（2）中，如果与感受应变的极性相反，且，电桥输出电压 6.一个量程为10kN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为20mm ，内径为18mm ，在其表面粘贴八个应变片，四个沿轴向粘贴，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量Pa E 11101.2?=。要求： ① 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路； ② 计算传感器在满量程时各应变片的电阻； ③ 当桥路的供电电压为10V 时，计算电桥负载开路时的输出。 第四章电感式传感器 1. 说明差动变隙电压传感器的主要组成，工作原理和基本特性。 2. 变隙试电感传感器的输入特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？ 3. 差动变压器式传感器有几种结构形式？各有什么特点？ 4. 差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数？各自的含义是什么？ 5. 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？ 6. 已知变气隙电感传感器的铁芯截面积cm 2，磁路长度1R 1R Ω=?2.11R ?0=U 1R 2R ?0=U 2R 1R Ω=?=?2.121R R ?0=U 5.1=S 20=L
湿敏传感器
湿敏传感器 一、湿度的表示方法 定义：湿度是指大气中所含的水蒸气量，常用绝对湿度和相对湿度表示。 1、绝对湿度 绝对湿度表示单位体积空气里所含水蒸气的质量。 定义式为 M v V ρ= 式中，M v —待测空气的水蒸气的质量； V —待测空气的体积； ρ—待测空气的绝对湿度，单位为3/g m 或3/mg m 。 2、相对湿度 相对湿度表示空气中所含水蒸气分压和相同温度下的饱和水蒸气分压的百分比，是一个无量纲的值，常用%RH 表示（RH 为相对湿度）。 即 P v =()100%RH P w ?相对湿度 式中，P v —空气温度为t C ?时空气水蒸气分压； P w —空气温度为t C ?时饱和水蒸气分压。 二、湿敏传感器特性参数 湿敏传感器将湿度转换为与其成一定比例关系的电量输出，其特性参数主要有湿度量程、感湿特征量、灵敏度、湿度、温度系数、响应时间、湿滞回差等。 1、湿度量程 在规定的精度内能够测量的最大范围，成为湿度量程。由于各种湿敏传感器的敏感元件所使用的功能材料不同，以及所依据的物理效应或化学反应不同，导致不是所有的敏感元件都能在整个相对湿度范围内（0100%RH ）具有可用的湿度敏感特性。某些湿度敏感元件就只能适用于某一段相对湿度范围，因此有时需要使用多片组合。 2、感湿特性 感湿特性表示湿敏传感器的感湿特征量（电阻）随被测相对湿度变化的规律。一般可从感湿特性曲线上确定湿敏传感器的灵敏度及最佳使用范围。性能良好的市民传感器感湿特曲线，应当在整个相对湿度范围内连续变化，其斜率保持不变， 3、灵敏度 灵敏度是指湿敏传感器输出增量与输入增量之比，它反映被测湿度作单位变化时所引起感湿特征量的变化程度。因此，它对应干事特征曲线的斜率。但是，一般湿敏传感器的特性是非线性的，即在不同的被测湿度下，传感器的灵敏度是不同的。 4、湿度温度系数 湿敏传感器的湿度温度系数是表示感湿特性曲线随环境温度变化而改变的特性参数。在
湿敏传感器在各方面的应用
湿敏传感器在各方面的应用 【引言】ROTRONIC暖通净化工程用温湿度传感器：罗卓尼克公司自1967年开始研发湿度传感器，产品经过多年来的经验积累和技术改进，已经成为全球领先的湿度测量专家。产品具有高精度和高可靠性等特点，具有竞争力的价格及灵活的组合式解决方案，深受诸多用户喜爱，在各种场合得以广泛应用。 ROTRONIC全部产品都在瑞士总部进行研发和制造，工厂拥有一流的校准实验室，ISO9001-2000质量认证。在全球有很多分公司和有丰富经验的代理商。 ROTRONIC自1965年一直致力于温湿度测量产品的研发制造。为了能在多种应用中，以最具竞争力的价格为客户提供更高精度、更灵活的产品，从传感器进入市场以来，ROTRONIC从未间断过对它的改进，并一直采用最佳质材料和最先进的生产技术。ROTRONIC 全部产品都在瑞士总部研发制造(ISO9001:2000)。ROTRONIC公司具备瑞士国家级校准服务SCS实验室(SCS065)和世界顶级的传感器设计专家和团队。直到今天，在市场上所有可以测量和 200°C环境的湿度传感器中，传感器仍有着最为广泛的应用。作为具有多年经验的湿度测量专家，ROTRONIC为客户提供最佳性能的OEM产品和最高性价比的温湿度解决方案，同时也为客户提供维修和校准服务。同时ROTRONIC正为未来的传感器市场份额奋斗、打拼。 【工作原理介绍】一、工作原理 湿敏随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 1 湿度传感器的分类及感湿特点湿度传感器，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。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。 湿度传感器具有如下特点： 1.1 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。 1.2 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。 1.3 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。 1.4 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
几种土壤湿度传感器
悬赏分：20 - 解决时间：2010-5-25 22:13 湿度传感器原理 提问者：YLQ - 二级 最佳答案 湿度传感器原理 湿度传感器 2009-04-29 20:50:36 阅读991 评论0 字号：大中小 湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。 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、酪酸醋酸纤维等。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。 电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。 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。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。 1、氯化锂湿度传感器 （1）电阻式氯化锂湿度计 第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。 氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。例如％的浓度对应的感湿范围约为（80～100）％RH ，％的浓度对应范围是（60～80）％RH 等。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2 ～100）%RH 。 （2）露点式氯化锂湿度计 露点式氯化锂湿度计是由美国的 Forboro 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。 2、碳湿敏元件 碳湿敏元件是美国的和于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点，因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5％RH ，时间常数在正温时为2～3s，滞差一般在7％左右，比阻稳定性亦较好。 3、氧化铝湿度计
传感器原理及工程应用——气敏传感器原理及应用
传感器原理及工程应用 题目：气敏传感器 系部： 专业： 班级： 姓名： 学号： 年月日
摘要 气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。 它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。 一、气敏传感器工作原理 气体传感器的测试原理如图1所示。将气体传感器RS和固定采样电阻R1 进行串联分压,测得总回路电压Ui、采集R1两端电压Uo,并通过公式RS=(Ui/Uo-1)*R1 就可以计算出气体传感器的电阻值。当气体传 感器检测不同浓度的待测气体时,其电阻值会 发生一定的变化,通过动态检测这一变化,就可 以获得响应时间、恢复时间、感应前后的电阻 值、灵敏度等参数。其中,RH是加热电阻。 二、所用到的气敏元件 气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
1、半导体气敏元件的特性参数 （1）气敏元件的电阻值 将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ra。一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围。 测定固有电阻值Ra时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。 （2）气敏元件的灵敏度 是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种 （a）电阻比灵敏度K （b）气体分离度 RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值： RC2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1>C2 （c）输出电压比灵敏度KV Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出； Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出 （3）气敏元件的分辨率 表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。 气敏元件分辨率S表示为 Va—气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压 Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压 （4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63%时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。 （5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用PH表示。一般在(0.5～2.0)W范围。 （6）气敏元件的恢复时间 表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63%时所需时间。 2、烧结型SnO2气敏元件 SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径≤1μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。
湿度传感器原理及其应用
湿度传感器的原理及其应用随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90 年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类及感湿特点 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。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点： 1、精度和长期稳定性 湿度传感器的精度应达到戈％± 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（20C ±10C）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 0.2~0.8%RH/ C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 C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。 二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。 1、一致性判定，同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h 内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低 3 种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。