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℃

传感器的输出信号幅度变化为0～１０Ｖ

最大电源消耗22W(包括加热器加热功率15W)

湿度计显示出有很高的灵敏度和可靠性。采用了热敏电阻对陶瓷传感器的特性进行温度补偿。

8.1.2.2 空调器

空气调节系统需要多种传感器，例如温度、湿度和空气成分等的监控。空调器中装备了带有微处理器的传感器之后，可以大幅度降低能源消耗，提高系统的效率，并且能提供最合适的生活条件。

陶瓷湿敏传感器在空调器中的安装有二种方式。第一种方式是将传感器安置在进气流中，这种方式的主要优点是传感器的响应较快，但缺点是进气的湿度已经经调控了的，它可能与房间中空气的湿度不一样，而且它可能因与污染气体相接触，比较容易损坏。第二种方式是将传感器安置在进气通道的外面，例如安装在控制电路板上。这时，传感器的响应能力可能有一定的下降，不过，由于尘粒碰撞传感器表面，从而引起它失效的可能性较小，因而采用这种方式的较多。

8.1.2.3 空气增湿器和除湿器

陶瓷湿敏传感器可以用于空气增湿器和除湿器的相对湿度监控。用于这方面的目的时，传感器要么安装在风扇产生的空气流中，要么安装在控制单元上。在第一种安置方式时，为了延长传感器的工作寿命，应该在空气进入传感器的前方增设一个空气过滤器。

8.1.2.4 微波炉

在微波炉中，陶瓷湿敏传感器用于监测食品烹制成熟程度。食品原料或多、或少地含有水份，加热时它们将蒸发成水汽，因此通过测定炉中的湿度可以监控食品的加工过程。微波炉中的湿度变化范围很大，约从百分之几的相对湿度一直到百分之百。同时，温度上升很快，在几分钟之内达到100℃左右。此外，除了水蒸汽，还有大量不同的有机挥发物从食品原料中发散到微波炉中。在这种条件下，大多数湿度传感器无法正常工作。只有一定类型的陶瓷传感器才能克服这些难点。

用于微波炉的陶瓷湿敏传感器安装在食品加工过程散发的水蒸汽流经的通

风区域。由于空气中的杂质、油蒸汽、颗粒物等会粘附在陶瓷传感器上，使它的灵敏度下降。因此，为了使它能保持原有的性能，通常选用再生型(例如通过热处理)的陶瓷传感器。在食品加工开始前和结束后，对传感器进行热清洁处理，把传感器表面上的沾污物清除掉。

微波炉开关接通后，就会有一个信号执行热清洁处理，传感器性能得以复原。微波炉的烹调过程可以分为两个阶段。第一个阶段(初始加热过程)中，磁控管启

动后食品开始加热。相对湿度开始时增大，但然后开始减少，并达到某个最低值。进入第二阶段时，继续加热重又产生更多的水蒸汽，相对湿度重新增大，一直到食品最终加工完成。第二阶段包括的时间是从相对湿度的最低谷开始，一直到烹调的完成。显然，这个时间的长短与食品原料有关，因此它的设定应与初始加热时间成比例，并按不同食品原料性质调整。

采用上述微波炉的控制方法，只要通过按钮选定被加工食品的类型，而不再需要按照食品的体积、重量选择加热时间等旋钮，就可以加工任何品种的食物。

由于陶瓷湿敏传感器的这些特点、参数、特性，它们还被广泛用于不同工业领域的装备中，例如化学工业、造纸工业、食品工业等，也可用于林业，例如土壤监测、暖房种植业等，用于医学卫生例如消毒灭菌、微生物培养等，以及制药业和许多其他领域。

湿敏传感器在汽车工程领域的应用

1.用于测量车厢内空气湿度，将空气调节到人体感觉舒适的范围内；

2.用于防止车窗和挡风玻璃结露。通过湿度传感器和温度传感器共同测量，获得车厢内空气的相对湿度和挡风玻璃的温度，就可以计算出车内空气是否处于露点附近。如果接近空气露点，传感器就会输出信号，打开车内空调系统的除湿功能，避免在挡风玻璃上发生结露现象。

HR31型湿度传感器

特点

优良的线性

高性价比

功耗低

测量范围宽

响应迅速

抗污染能力强

性能稳定

HR31湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业控制系统及科研领域等广泛的应用。

技术参数