湿 敏 传 感 器
湿敏传感器的工作原理和应用
湿敏传感器的工作原理和应用湿敏传感器是一种能够感知空气中湿度的电子传感器，通常被广泛应用于湿度监测、空气质量检测、自动化控制以及制造业等领域。
在本文中，我们将会探讨湿敏传感器的工作原理、种类以及应用。
工作原理湿敏传感器是基于一种叫做“湿度电阻效应”的物理现象工作。
这种物理现象描述了在潮湿的环境中，湿度会使存在于传感器的电极之间的电阻值发生变化。
具体来说，当湿度升高时，介电常数会增加，电容也会随之增加，电阻值也会降低。
不同的湿敏传感器在感知湿度方面会使用不同的电化学材料和技术。
最常见的湿敏传感器类型是基于陶瓷材料的。
这种传感器通过将一些特定的陶瓷材料制成颗粒或薄膜电阻，然后将其部署在传感器的指定位置上，来展现湿度电阻效应。
种类目前市场上有许多不同种类的湿敏传感器，可以分为几大类：1.电容式湿敏传感器：这种传感器通常较为精准，可以在 3-5% RH 的范围内测量湿度。
其测量范围一般在 0-100% RH 之间。
2.电阻式湿敏传感器：这种传感器通常采用硬度、易加工、低成本和优良的温度稳定性的陶瓷材质。
其测量范围一般在 0-100% RH 之间。
3.表面声波湿敏传感器：这种传感器通过振荡表面上含水的粒子，来感知相对湿度。
它可以精确测量相对湿度，范围在 0-100% RH 之间。
4.纳米湿敏传感器：这种传感器基于纳米技术，可以使用非常小的电极和材料来感知湿度。
它通常应用在需要精确度、运行速度快以及对设备体积要求严格的场景中。
应用湿敏传感器广泛应用于多个行业和应用领域。
例如：1.室内空气质量管理：湿敏传感器可以使用在室内环境监测系统中，感知当前的空气湿度，从而优化空气处理系统的运作。
2.制造业和工程：湿敏传感器可以应用在制造过程和工程中，帮助检测和控制相对湿度。
这对于涂装、贮存等行业来说尤为重要。
3.医疗监测：湿敏传感器可以应用在医疗监测设备中，帮助记录患者面对的不同湿度条件。
这对于鼓励康复和提高治疗效果十分重要。
第八章 气敏湿敏传感器(讲)
（1）电容—湿度特性
其电容随着环境温度的增加而增加,基本 上呈线性关系。当测试频率为l.5MHz左右 时,其输出特性有良好的线性度。对其它测 试频率,如1kHz、10kHz，尽管传感器的 电容量变化很大,但线性度欠佳。可外接转 换电路,使电容—湿度特性趋于理想直线。
C/pF 350 （f=1.5MHZ） 300 250 200 0 100 50 相对湿度/% 电容—湿度特性
(3)厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一 定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。把厚膜胶 用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝（Al2O3） 基片上，在400~800℃的温度下烧结1—2小时便制 成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性 较好，机械强度高，适于批量生产。 ◆以上三种气敏器件都附有加热器，在实际应用时， 加热器能使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉， 同时加速气体氧化还原反应，从而提高器件的灵敏 度和响应速度。
1）电容式湿度传感器
（a)、结构
高分子薄膜电介质电容式湿度传 感器的基本结构。
(b)、感湿机理与性能 电容式高分子湿度传感器，其上部多孔质的金电 极可使水分子透过，水的介电系数比较大，室温时 约为79。感湿高分子材料的介电常数并不大，当水 分子被高分子薄膜吸附时，介电常数发生变化。随 着环境湿度的提高，高分子薄膜吸附的水分子增多 ，因而湿度传感器的电容量增加。所以根据电容量 的变化可测得相对湿度。
氧化钌电极 感湿陶瓷
1）、结构
加热器
护圈电极
基板
电极引线
陶瓷湿敏元件结构图
2）、主要特性与性能 （a）电阻一湿度特性
MgCr2O4－TiO2系陶瓷湿度传感器的电阻一湿度特性，随 着相对湿度的增加，电阻值急骤下降，基本按指数规律下降。在 单对数的坐标中，电阻—湿度特性近似呈线性关系。当相对湿度 由0变为100％RH时，阻值从107Ω下降到104Ω，即变化了三个数 量级。
湿敏传感器工作原理
湿敏传感器工作原理
湿敏传感器是一种用于检测环境湿度的传感器。
其工作原理基于湿度对特定材料的电学性质的影响。
湿敏传感器一般由两个电极、一个或多个感湿材料以及一个外壳组成。
感湿材料通常是一种亲水性高的聚合物，如改性聚醚硅橡胶。
当环境中的湿度变化时，感湿材料会吸湿或释湿，导致其电阻值发生变化。
具体来说，湿敏传感器的两个电极与感湿材料在电的连接上并行排列。
当环境湿度低时，感湿材料中的水分含量较低，电阻较大。
而当环境湿度增加时，感湿材料中的水分含量增加，导致材料的电导率增加，电阻减小。
通过测量电阻的变化，就可以反映出环境湿度的变化。
一般来说，湿敏传感器的电阻与湿度之间存在着一定的线性关系。
因此，可以通过校准传感器并使用一定的算法来将电阻值转换成湿度值。
湿敏传感器可广泛应用于气候监测、室内湿度调节控制、农业、仓储、电子设备和医疗设备等领域。
湿敏传感器
2、微波炉湿度检测控制系统
高频电子食 品加热器 排气口 水蒸汽流
微波
食品
湿敏传感器
3.烹调设备湿度控制的应用实例 湿敏传感器安装在烹调设备的排气口，根据湿度 变化控制烹调过程的进行。
电热器 （用于清洗湿敏元件） 振荡器
电源
RH 交-直流 变换器 RO
示波器
线性电路 A
烹调设备 加热器
Ur
4、汽车玻璃挡板结露控制电路
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。
（1）. 负特性湿敏半导瓷的导电机理
当水在半导瓷表面吸附时, 氢原子从半导瓷表面俘获电子, 使半导瓷表面带负电。如果该半导瓷是Ｐ型半导体, 则由于 水分子吸附使表面电势下降。吸引更多的空穴到表面，表面 层的电阻下降。
•
金电极与引出线烧结在一起, 为了减少测量 误差, 在陶瓷片外设置由镍铬丝制成的加热线圈, 以便对器件加热清洗, 排除恶劣气氛对器件的污染。 整个器件安装在陶瓷基片上, 电极引线一般采用铂 -铱合金。
• MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器的相对湿度与电 阻值之间的关系, 见图9-8所示。传感器的电阻值 既随所处环境的相对湿度的增加而减少, 又随周围 环境温度的变化而有所变化。
• 湿敏传感器的定义
就是一种能将被测环境湿度转换成电信号 的装置。 主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路， 除此之外还包括一些辅助元件，如辅助电源、 温度补偿、输出显示设备等。
二 湿敏传感器的分类
湿敏传感器的分类
电解质式 电阻式 陶瓷式 高分子式 陶瓷式
湿敏传感器
电容式 高分子式 光纤湿敏传感器 其它 界限电流式湿敏传感器
湿敏传感器
湿度：是指大气中的水蒸气含量。
表示方法：
1： 绝对湿度 含义：是指一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体 所 含水蒸气的质量。 单位：g/m3
符号：AH
2：相对湿度 含义：是指气体绝对湿度与同一温度下达到 饱和状态的绝对湿度之比。
符号：%RH 注意：它是指大气的潮湿程度，是一 个无量纲的量 在实际生活中多用相对湿度这一概念
理想、
半导体陶瓷湿敏电阻
用两种以上金属氧化物半导体材料混合烧结 而成为多孔陶瓷
分类：
1负特性湿敏半导瓷的导电机理 ZnO—LiO2—V2O5系、 Si—Na2O—V2O5系、 Ti O2—MgO—Cr2O3系， 几种材料的电阻率随湿 度增加而下降。 2正特性湿敏半导瓷的导电机理 Fe3O4的电阻率随湿度 增加而增大，湿敏器件 由基片、电 极和感湿膜组成，
湿敏传感器：是能够感受外界温度变化，并通过器件 材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号 的器件。
应用：工业（纺纱厂、织布厂） 农业（良种培育、人工大棚） 国防（通讯 电子半导体） 科技（制药厂） 生活（家庭加湿器）
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。
特性曲线如下图所示：
特性曲线如下图所示：
典型半导瓷湿敏元件
（3） 四氧化三铁湿敏元 件 构成：基片、电极、感湿膜
工作原理：
当空气湿度增大时，四氧化三铁胶膜吸湿2由于水分子的附 着，强化颗粒之间的接触，降低颗粒间的电阻和增加更多 的导流通路。所以元件阻值减小。 当处于干燥环境中时，胶膜脱湿，颗粒间接触面积减小， 遇见阻值增大。 优点：在常温、常湿下性能比较稳定，有较强的抗结露能力测 湿范围广，有较一致的湿敏特性和较好的温度—湿度特性。 缺点：其有较明显的湿滞现象，响应时间长。 湿滞现象：湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间各不相同， 它们的特性曲线也不相同，一般总是，脱湿比吸湿迟后， 我们称这一特性为湿滞现象。
湿敏传感器用途
湿敏传感器用途湿敏传感器是一种能够检测和测量环境湿度的装置，被广泛应用于各个领域中。
它通过感知湿度的变化，将湿度信号转化为电信号，从而实现对湿度的监测和控制。
湿敏传感器具有灵敏度高、响应速度快、精度高等特点，因此在许多行业中都有重要的用途。
在气象领域中，湿敏传感器被广泛应用于气象站和气象观测设备中。
通过监测湿度的变化，可以获取到空气中的水分含量信息，从而预测天气状况、气候变化等。
湿敏传感器的高精度和快速响应能力，可以提供准确的湿度数据，为气象预测和气候研究提供重要的参考依据。
在农业领域中，湿敏传感器被广泛应用于农作物的生长环境监测和控制中。
湿敏传感器可以实时监测土壤湿度，从而帮助农民合理安排灌溉和施肥。
通过合理控制土壤湿度，可以提高农作物的产量和品质，减少水资源的浪费，实现农业的可持续发展。
在工业生产中，湿敏传感器也发挥着重要的作用。
许多工业生产过程中需要控制湿度，以保证产品的质量和生产效率。
湿敏传感器可以实时监测生产环境中的湿度变化，并通过自动控制系统进行湿度调节，从而确保产品的质量和稳定性。
例如，在电子产品的生产中，湿敏传感器可以监测生产车间中的湿度，以避免湿度过高导致电子元件的损坏。
在生活中，湿敏传感器也有一些实用的应用。
例如，在室内环境监测中，湿敏传感器可以监测室内的湿度变化，帮助人们判断室内空气的湿度是否适宜，从而调节空调和加湿器的工作状态，提供舒适的生活环境。
湿敏传感器作为一种能够检测和测量环境湿度的装置，在各个领域中发挥着重要的作用。
无论是气象预测、农业生产、工业生产还是日常生活，湿敏传感器都能够提供准确的湿度数据，帮助人们实现对湿度的监测和控制。
随着科技的不断发展，湿敏传感器的应用领域将会越来越广泛，为我们的生活带来更多的便利和舒适。
湿敏传感器
• 四、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。
• 决策与计划 • 粮食含水量不同，电导率也不同。 检测粮食含水量是将两根金属探头插入 粮食中，当粮食含水量越高时，电导率 越大，两根金属探头间的阻值就越小； 反之，阻值就越大。通过检测两根金属 探头间阻值的变化，就能测出粮食含水 量的大小。 • 由于粮仓环境洁净，水分检测 连续，结合湿敏传感器相关知识，这里 选用高分子电容湿敏传感器作为环境湿 度检测传感器。
• 3.后续电路：
• 150V电压加在RAB上，产生以内的电流，经运放输出 小于2V的电压，由7106模数转换器转换为数字量后在 显示器上显示。 • 4.校正：
• （1）零点校正：将A、B开路，即两金属棒完全分开， 此时RAB无穷大，调节RP1使显示值为零；
• （2）满度校正：将A、B短路，即两金属棒连接在一 起，相当于粮食完全浸泡在水中，此时RAB阻值为零， 调整RP2使显示值为100• 一、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。
• 1.检测电路： • 图中A、B为两根金属探头，插入粮 食中，来检测两探头间粮食的阻值RAB。 由于阻值很大，因此间距要小，一般设 置为2毫米。 • 2.高压电源： • 由于RAB通常在几十兆欧～几百兆 欧之间，因此供电电源要用高压才能流 过电流。图中由时基电路7555组成无稳 自激振荡器，产生矩形脉冲，经升压变 压器Tr提高振幅20倍，然后通过整流电 路输出约150V电压。
湿敏传感器工作原理
湿敏传感器工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠湿敏传感器的工作原理。
你说这湿敏传感器啊，就像是一个特别敏感的“湿度小精灵”。
它呀，对周围环境的湿度变化那叫一个敏感哟！就好像我们人对天气的冷热有感觉一样。
想象一下，湿敏传感器就像是一个小小的侦探，时刻在监测着空气中的水分含量。
它里面有一些特别的材料，这些材料会根据湿度的不同而发生变化。
比如说，湿度变高了，这些材料可能就会膨胀或者电阻发生改变；要是湿度降低了，它们又会有不一样的反应呢。
这不就跟咱人一样嘛，热了会出汗，冷了会打哆嗦。
湿敏传感器就是通过这些细微的变化来感知湿度的。
而且啊，它的反应速度还挺快的，一旦湿度有了一点点波动，它马上就能察觉到，真的特别厉害呀！你想想看，在我们的日常生活中，湿敏传感器的作用可大了呢！比如在一些需要控制湿度的地方，像仓库啦、温室啦，它就能派上大用场。
它能告诉人们湿度是不是合适，需不需要调整。
这就好像你有一个贴心的小助手，时刻帮你留意着周围的情况。
还有啊，在一些对湿度要求很高的设备里，湿敏传感器也是不可或缺的。
要是没有它，说不定那些设备就不能正常工作啦！它就像是一个默默无闻的守护者，虽然我们平时可能不太注意到它，但它却一直在那里发挥着重要的作用呢。
湿敏传感器的种类也有不少呢！有的很简单，有的就比较复杂啦。
但不管是哪种，它们的目的都是一样的，就是要准确地检测出湿度的变化。
这就像是不同的人有不同的性格，但大家都在为了生活努力奋斗一样。
哎呀，说了这么多，你是不是对湿敏传感器的工作原理有了更清楚的了解啦？反正我是觉得它真的很神奇呢！它能让我们更好地掌握周围环境的湿度情况，让我们的生活变得更加舒适和便利。
所以说啊，科技的力量真的是不容小觑呀！湿敏传感器虽然看起来小小的，但它却有着大大的能量。
它让我们的生活变得更加美好，难道不是吗？你们说呢？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
3.3湿敏传感器
一、湿度表示法 空气中含有水蒸气的量称为湿度，含有水蒸气的空气是一 种混合气体。主要有质量百分比和体积百分比、相对湿度和 绝对湿度、露点（霜点）等表示法。 1、质量百分比和体积百分比 质量为M的混合气体中，若含水蒸气的质量为m，则质量百 分比为：
m 100% M v 100% V
在体积为V的混合气体中，若含水蒸气的体积为v，则体积百 分比为：
电容—湿度特性 其电容随着环境温度的增加而增 加，基本上呈线性关系。
C/pF 350 （f=1.5MHZ）
300
250 200
0
50
100
相对湿度/%
电容—湿度特性
湿敏电容外形
现了湿度的测量。
2、半导瓷湿敏电阻 利用半导体陶瓷材料制成的陶瓷湿度传感器。具有许多优 点：测湿范围宽；工作温度高；响应时间较短；精度高；抗 污染能力强，工艺简单，成本低廉。
1－ZnO-LiO2-V2O5系 2－Si-Na2O-V2O5系 3－TiO2-MgO-Cr2O3系
2、半导瓷湿敏电阻 利用半导体陶瓷材料制成的陶瓷湿度传感器。具有许多优 点：测湿范围宽；工作温度高；响应时间较短；精度高；抗 污染能力强，工艺简单，成本低廉。 （1）结构
108 107
106
105 104
103
0
R(Ω)
RH(%) 20 40 60 80 100 120
3、湿敏电容
电容式高分子湿度传感器，其上部多孔质的金电极可使 水分子透过，水的介电系数比较大。感湿高分子材料的介
电常数并不大，当水分子被高分子薄膜吸附时，介电常数 发生变化。所以根据电容量的变化可测得相对湿度。
绝对湿度表示单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其定 义为： m ——待测空气中水蒸气质量； m v V ——待测空气的总体积； V ρv——待测空气的绝对湿度。
湿敏传感器的原理和应用
湿敏传感器的原理和应用简介湿敏传感器（Humidity Sensor）是一种用来感测环境湿度变化的传感器。
它可以将湿度信息转换成电信号，常见的应用包括气象观测、室内环境监测和工业控制等领域。
本文将介绍湿敏传感器的工作原理和常见的应用场景。
工作原理湿敏传感器根据材料在不同湿度下的电学特性变化原理来进行湿度测量。
一般来说，湿敏传感器由感湿元件和信号处理电路两部分组成。
感湿元件感湿元件通常采用一种特殊的湿敏材料，它的电阻或电容随着湿度的变化而发生改变。
最常见的湿敏材料包括聚合物、陶瓷和纳米材料等。
当湿敏材料吸湿或失湿时，其内部结构会发生变化，导致电阻或电容的变化。
信号处理电路湿敏传感器的信号处理电路主要负责将感湿元件产生的变化信号转换成相应的湿度数值。
一般来说，信号处理电路会将传感器输出的电信号进行放大、滤波和可视化处理。
最终得到的数据可以通过数字或模拟接口输出。
应用场景湿敏传感器在各个领域有广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用场景：1.气象观测：湿敏传感器可以被用于测量空气中的相对湿度，这对于气象观测和天气预报非常重要。
通过配合其他传感器，可以得到更准确的气象数据。
2.室内环境监测：湿敏传感器可以被用于室内环境监测系统中，实时监测室内湿度的变化。
这对于维持室内舒适度、防止霉菌生长以及保护物品有重要作用。
3.农业领域：湿敏传感器可以被用于农田灌溉系统中，根据土壤湿度的变化来自动进行灌溉控制。
这可以提高农作物的生长效果，同时节省水资源。
4.智能家居：湿敏传感器可以被用于智能家居系统中，监测居住环境中的湿度变化。
通过智能家居控制中心，可以实现对加湿器、抽湿机等设备的智能控制。
5.工业应用：湿敏传感器可以被用于工业过程控制中，监测生产环境的湿度变化。
这对于某些工艺过程的稳定性和质量控制非常重要。
总结湿敏传感器是一种广泛应用于各个领域的传感器，其工作原理基于湿敏材料的电学特性变化。
通过信号处理电路的处理，可以将湿度信息转换成相应的数字或模拟信号输出。
湿敏传感器概述
三、浴室环境湿度检测实现
浴室中的水蒸气很大，会使其中的镜子功能丧失，当浴 室的湿度达到一定程度时，镜面会结露，表面一层雾气，市 场上没有所谓的不结露镜面，而是都要安装镜面水汽清除器。
一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选用高分子湿 度传感器，这类精度高，稳定性好。在高温恶劣环境，应选 用加热清洗的陶瓷湿度传感器，这类传感器耐高温，通过定 期清洗能除去吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物， 使性能恢复。
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。
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《传感器技术》
水混合物）
露点会影响农作物的生长，
测量露点的仪器
结露也严重影响电子仪器的正常工作。 第11页/共25页
电子湿度计模块
第12页/共25页
封装后的 外形
电子式温湿度计
机械式湿度计
第13页/共25页
陶瓷湿度传感器特性曲线
在右图所示的陶瓷 湿度传感器特性曲 线中，纵坐标的标 度有何特点？ 其电阻率变化约有 多少个数量级？
相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽 压的百分比，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法 当相对湿度达100%时，称饱和状态。
湿度检测方法：毛发湿度计法，干湿球湿度计法，露 点计法和阻容式湿度计法。
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《传感器技术》
第6页/共25页
• 湿敏传感器：就是一种能将被测环境湿度转换成电信号
器J 线圈通电，它的常开触点Ⅱ接通加热电源Ec，
湿敏传感器
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《传感器技术》
二、湿敏传感器的使用
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。
露点（温度）
露点温度是指空气在水汽含量和气
压都不改变的条件下，冷却到饱和 时的温度。 形象地说，就是空气中的水蒸气变 为露珠时候的温度叫露点温度。露 点温度本是个温度值，可为什么用 它来表示湿度呢？这是因为，当空 气中水汽已达到饱和时，气温与露 点温度相同；当水汽未达到饱和时， 气温一定高于露点温度。（例如冰 水混合物）
用干湿球湿度计测量相对湿度 风
玻璃酒精 温度计
棉球 水槽
上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉 球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸发 ，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低于干 球。查对应的湿度表就可知道空气的相对湿度。 虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现在还经常用 它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。
任务主要内容
（1）、湿度传感器的检测原理 （2）、湿敏电容的使用 （3）、浴室环境湿度检测的实现
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《传感器技术》
- 5-
一、湿度传感器的检测原理
常用湿敏电阻外形图
常 用 湿 敏 电 容
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一、湿度传感器的检测原理
绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气 中所含水汽的质量(克数)。 相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽 压的百分比，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法 当相对湿度达100%时，称饱和状态。 湿度检测方法：毛发湿度计法，干湿球湿度计法，露 点计法和阻容式湿度计法。
电气二班02张洪瑞半导体传感器（湿敏传感器）
湿敏传感器湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，将环境湿度变换为电信号的装置，在工业、农业、气象、医疗以及日常生活等方面都得到了广泛的应用，特别是随着科学技术的发展，对于湿度的检测和控制越来越受到人们的重视并进行了大量的研制工作。
湿敏传感器的背景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。
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Ha=mV / V ，式中，mV 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 / m3 。
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（PN ）的百分比，即HT=（Pw / PN ) Tx100 % RH。
通常，用RH ％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。
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。
相关概念一、湿度的表示方法和单位- 正确地测知湿度非常困难，长期以来人们只是从不同侧面，采用多种二次湿度参数来表征湿度的大小。
- 1．水蒸气分压- 水蒸气分压是将含湿空气看作理想气体混合物时水蒸气压数值。
- 水蒸气分压是一个现在还不能直接测出的量。
但因换算相对湿度、饱和差等湿度参数时又常常用到它，可由“湿度与饱和水蒸气压”查出。
- 2．绝对湿度（AH）- 绝对湿度表示单位体积内含水蒸质量。
绝对湿度单位一般采用g/m 3 。
- 温度t℃时，绝对湿度AH与该种含湿空气体所含水蒸气分压。
12-湿敏传感器及其应用
第12章 湿敏传感器及其应用
利用金属硒蒸发膜或无定型硒蒸发膜都可以做湿敏 器件。一般来说,硒蒸发膜的湿敏器件的电阻值比锗蒸 发膜的湿敏器件电阻值低,被测湿度范围较大,但它也有 和锗膜湿敏器件同样的需要较长老化时间的缺点。
16
第12章 湿敏传感器及其应用
图 为硒蒸发膜湿度传感器的结构,在绝缘瓷管表面 上镀一层铂膜,然后以细螺距将铂膜刻成宽约0.1cm的螺 旋状,以此作为两个电极。在两个电极之间蒸发上硒,A 为铂电极,B为硒蒸发膜层。图8.34为硒蒸发膜湿度传感 器的电阻-湿度特性。由于这种传感器不使用吸湿性盐 和固定剂,所以能够在高温下长期连续使用。
电阻温度系数（%/°C）
R2 R1 R1T
100
8
第12章 湿敏传感器及其应用
感湿温度系数（%RH/°C） H2 H1 T
式中,ΔT为一个温度(25°C)与另一规定环境温度之 差;H1为温度为25°C时湿度传感器的某一电阻值对应 的相对湿度值;H2为另一规定环境温度下,湿度传感器的 同一电阻值对应的另一相对湿度值。
第12章 湿敏传感器及其应用
第12章 湿敏传感器及其应用
12.1 湿敏传感器概述
一、湿度及其表示
湿度是指大气中的水蒸气含量.
在物理学和气象学中,对大气（空气）湿度的表征通常使用绝
对湿度、相对湿度和露（霜）点湿度。在一定温度和压力条
件下,单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度:
PV
mV V
mV为待测混合气体中所含水蒸气的质量；V为待测混合 气体的总体积；PV为待测混合气体的绝对湿度，其单位 为g/m3
1
第12章 湿敏传感器及其应用
相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状 态的绝对湿度PS的百分比,即满足如下关系:
湿敏传感器
★ 相对湿度----
空气中所含水蒸气分压和在相同温 度下饱和水蒸气分压之比。
其定义为： 相对湿度=
( Pv ) 100 %RH Pw
Pv 为空气温度为t℃时的空气水蒸气分压；
Pw 为空气温度为t℃时的饱和水蒸气分压．
1.2 湿敏传感器特性参数
☆ 湿度量程:在规定的精度内能够测量的最大范围。
☆ 感湿特性:表示感湿特征量 （电阻）随被测相对湿度
1.3 半导体陶瓷湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻是由不同类型的金属氧化物 材料烧结而成。有负湿敏特性和正湿敏特性两类。
1 半导体陶瓷湿敏电阻工作机理
(1) 负湿敏特性的半导体陶瓷导电机理
当水分子在半导体表面吸附时，将从半导体陶瓷 表面俘获电子，使其表面带负电。
半导体若为Ｐ型，由于表面电势下降，从而有更 多的空穴到达其表面，使表面层的电阻下降。
图8.14 烧结型半导体陶瓷湿敏元件结构
（2）涂覆膜型Fe3O4湿敏元件 ,由金属氧化 物微粒经过堆积、粘结而成的材料;
（3）ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件，其结构是将 多孔材料的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两 表面上，并焊上铂引线，然后将敏感元件 装在有网眼过滤的方形塑料盒中并用树脂 固定。
传感器技术及应用
传感器技术及应用
湿敏传感器
1.1 湿度表示方法
★ 湿度------是指大气中所含的水蒸气量, 常用 绝对湿度、相对湿度表示。
★ 绝对湿度：单位体积空气里所含水蒸气质量
定义式为
Mv
V
Mv为待测空气的水蒸气质量； V为待测空气的总体积；ρ 为待测空气的绝对湿度其单位为 g m3 或 mg m3
半导体若为Ｎ型，水分子的吸附同样使表面电势下 降，使表面层电子耗尽，并吸引更多的空穴到达其 表面，这也使Ｎ型半导体表面电阻下降。
湿敏传感器实训报告
一、引言湿敏传感器是一种能够检测和响应环境湿度变化的传感器。
随着电子技术的不断发展，湿敏传感器在工业、农业、气象、医疗等领域得到了广泛的应用。
为了提高我们对湿敏传感器的了解和实际操作能力，我们进行了为期一周的湿敏传感器实训。
本文将详细记录实训过程，分析实训结果，并对实训进行总结。
二、实训目的1. 理解湿敏传感器的工作原理和结构特点；2. 掌握湿敏传感器的安装、调试和测试方法；3. 了解湿敏传感器在实际应用中的优缺点；4. 培养团队协作和动手实践能力。
三、实训内容1. 湿敏传感器原理及结构（1）原理：湿敏传感器基于湿度对电阻值的影响，通过检测电阻值的变化来感知环境湿度。
（2）结构：湿敏传感器主要由感湿元件、测量电路和信号处理电路组成。
2. 湿敏传感器的安装与调试（1）安装：根据实际需求，将湿敏传感器安装在合适的位置，确保传感器能够正常感知环境湿度。
（2）调试：调整测量电路参数，使传感器输出信号稳定可靠。
3. 湿敏传感器的测试（1）测试环境：搭建测试平台，包括温湿度控制器、数据采集器和计算机。
（2）测试方法：在测试平台上，分别设置不同的湿度环境，观察湿敏传感器的输出信号变化，分析传感器的性能。
4. 湿敏传感器在实际应用中的优缺点（1）优点：湿敏传感器具有体积小、响应速度快、成本低等优点。
（2）缺点：湿敏传感器受温度、湿度等因素影响较大，易受污染，稳定性较差。
四、实训过程及结果1. 湿敏传感器原理及结构学习通过查阅资料和课堂讲解，我们了解了湿敏传感器的工作原理和结构特点。
2. 湿敏传感器的安装与调试在指导老师的带领下，我们学会了湿敏传感器的安装和调试方法。
在安装过程中，我们注意了以下几点：（1）选择合适的安装位置，确保传感器能够正常感知环境湿度；（2）连接测量电路，调整参数，使传感器输出信号稳定可靠。
3. 湿敏传感器的测试我们搭建了测试平台，对湿敏传感器进行了测试。
在测试过程中，我们观察到以下现象：（1）在干燥环境下，湿敏传感器的输出信号较低；（2）在潮湿环境下，湿敏传感器的输出信号较高；（3）湿敏传感器的响应速度较快，能够在短时间内感知环境湿度变化。
湿敏电容传感器工作原理
湿敏电容传感器工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊湿敏电容传感器的工作原理，这可有意思啦！你看啊，湿敏电容传感器就像是一个特别敏感的“湿度探测小精灵”。
它主要是由一个电容器组成的，就好像是一个小仓库，可以储存电荷呢。
当周围环境的湿度发生变化的时候，这个“小精灵”可就开始忙活啦！湿度的变化会影响到它里面的电介质，就像是天气变化会影响我们的心情一样。
电介质的特性会随着湿度的不同而改变，就好比我们在不同的心情下会有不同的表现。
比如说，湿度变高了，电介质就好像吸饱了水的海绵，变得不一样了。
这时候，电容器的电容值也就跟着发生了变化。
这就像是我们吃饱了饭会觉得肚子鼓鼓的一样明显呀！那这个电容值的变化又是怎么被我们知道的呢？嘿嘿，这就有专门的电路和设备来检测啦！这些电路和设备就像是小精灵的“眼睛”和“耳朵”，能敏锐地察觉到它的变化，然后把这个变化转化成我们能看懂的信号，告诉我们现在的湿度情况呢。
你想想看，这多神奇呀！一个小小的湿敏电容传感器，就能这么准确地感知到湿度的变化。
它就像是一个默默工作的小卫士，时刻守护着我们周围的湿度环境。
我们在日常生活中其实也经常能用到它呢！比如在一些需要控制湿度的地方，像仓库啦、温室啦，湿敏电容传感器就能大显身手啦。
它能告诉人们什么时候该加湿，什么时候该除湿，是不是很厉害？而且啊，湿敏电容传感器的应用可不止这些呢！在很多高科技领域，它也是不可或缺的一部分。
它就像一个无名英雄，虽然我们可能平时不太注意到它，但它却在默默地为我们服务呢！难道你不觉得这很神奇吗？一个小小的东西，却有着这么大的作用。
它就像是隐藏在我们生活中的小魔法，悄悄地发挥着自己的力量。
所以啊，可别小看了这些看似普通的科技玩意儿，它们可都是人类智慧的结晶呢！湿敏电容传感器就是这样一个有趣又有用的东西，让我们的生活变得更加舒适和便利。
怎么样，现在你对湿敏电容传感器的工作原理是不是有了更清楚的认识啦？。
第六章 化学传感器(离子敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器)
化学传感器
化学传感器
二、MOSFET气敏传感器 1.原理与结构
用能溶于氢气(H2)的金属钯(Pd)或铂(Pt)代替Al 作为MOS管的金属栅，即得到催化金属场效应气敏传 感器。 显然，催化金属栅场效应气敏传感器可以检测氢 气、含有氢原子、能与氢发生反应的气体，例如氨气 (NH3)、硫化氢(H2S)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)等。 用的最多的是检测氢气。
COxW
L
/ [(U GS U T )U DS
2 2 U DS COxW U DS ] [(U GS U T )U DS ] 2 L 2
饱和区： CoxW
ID 2L
(U GS U T )
2
CoxW
2L
(U GS U T ) 2
其中，U T 为等效阈值电压
21
化学传感器
氢气敏N沟MOS晶体管的结构如图所示
氢气敏N沟MOS晶体管采用P型单晶硅，S区、D区为重掺杂 N+型扩散区，加热电阻也在N+区，绝缘栅氧化膜用氯化氢 干氧氧化，膜厚为100nm，金属Pd栅的厚度为100nm。 当氢气吸附于Pd栅膜表面时，氢分子在栅膜表面迅速分解 为氢原子，氢原子迅速向栅膜内扩散，其中一部分氢原子 被吸附于Pd栅膜与氧化物(SiO2)界面，并在此界面形成氢 原子层，导致界面金属的电子功函数减小，影响到SiO2 – Si界面的表面态密度，MOSFET的阈值电压UT也会因此变化。
通过对ISFET的漏电流ID的大小的测量，就可以 检测出溶液中离子的浓度。
11
化学传感器
四、离子敏场效应管的特性
具有场效应管的优良特性，如转移特性、输出特性、 击穿特性等。而作为离子敏器件，它还应满足敏感管的一 些基本特性要求，例如响应特性、离子选择性、输出稳定 性等。 1. 线性度：器件在特定的测量范围内的输出电流ID随溶液 中离子浓度的变化而变化的特性。 2. 动态响应： 溶液中的离子活度阶跃变化或周期性变
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7 .0 6 .5 6 .0 5 .5 5 .0 4 .5 4 .0 40
吸附 脱附 1 5℃
电阻值的对数 /
50 60 70 80 相对 湿度 / %RH
90
半导体陶瓷湿敏电阻
• 电阻率随湿度增加而下降，称为负特性湿 敏半导体陶瓷，电阻率随湿度增加而增大， 称为正特性湿敏半导体陶瓷
塑料外壳 滤网 陶瓷烧结元件
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。它由引线、
基片、感湿层与电极组成， 如图所示。
氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，环境相对
湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，因此， 其溶液电阻率增高。
1 4
2 3 1 —引线 ；2 —基片 ； 3 —感湿 层；4 —金电 极
＋
RP 100 k
C1 10
＋
47 k
* R2
A
多孔金电极
引线
树脂固封
MCS型Fe3O4湿敏器件
电阻 / a b c d e 5℃ 1 5℃ 2 5℃ 3 5℃ 4 5℃
6 10
a b c d e5 104 103 10 2040
60
80
相对湿度 / %RH
直读式湿度计
• 直读式湿度计电路，其中RH为氯化锂湿 度传感器。 由V1、V2、T1等组成测湿电 桥的电源，其振荡频率为250～1000 Hz。 电桥输出经变压器T2, C3耦合到V3，经V3 放大后的信号， 由VD1～VD4桥式整流后， 输入给微安表，指示出由于相对湿度的 变化引起电流的改变，经标定并把湿度 刻划在微安表盘上， 就成为一个简单而 实用的直读式湿度计了。
(6) 湿 敏 传 感 器
相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱
和状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。相对
湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在
实际使用中多使用相对湿度这一概念。
湿敏传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件 材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号 （R C）的器件。
直读式湿度计电路图
＋9 V C2 50 ＋ R6 560 R7 51 k R9 2k
＋
V1 3AX31
T1
C4 20 VD1～VD4 2AP9
V2 3AX31
R3 10 k R1 5.1 k R5 100 k
RH
＋
R4 100 k
V3 3DG6
C3 10 T2 R8 5.1 k C5 20 100 A