湿度传感器

❖ 相对湿度和温度一体测量 ❖ 精确露点测量 ❖ 全量程标定,无需重新标定即可互换使用 ❖ 两线制数字接口 (最简单的系统集成,较低的价格) ❖ 超小尺寸(7.5×5×2.5 mm) ❖ 高可靠性 (工业 CMOS 工艺) ❖ 优化的长期稳定性 ❖ 基于请求式检测,因此低能耗 ❖ 具有湿度传感器元件的自检测能力 ❖ 传感器元件加热应用,亦可获得极高的精度和稳定性
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七、典型的电子式湿度传感器
1. HIH-4000-002
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2. Humirel 公司的HS1101
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3.SHT11(瑞士Scnsirion)
◆将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上； ◆内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)； ◆测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质 量的露点计算功能； ◆封装尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗 模式； ◆高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可-将感测头完全浸于水中。
全量程标定.
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❖ 湿度测量范围: 0 to 100 % RH ❖ 湿度测量精度:±3% RH(20到80 % RH) ❖ 湿度测量复现性: ±0.1 % RH ❖ 湿度测量分辨率: 0.03 % RH ❖ 温度测量范围:-40~+123.8℃; ❖ 温度测量精度: ±0.4 ℃在 25℃时; ❖ 温度响应时间: ≤20 秒 ❖ 温度测量重复性: ±0.1 ℃ ❖ 温度测量分辨率: 0.01℃
第5章 湿度传感器
一、 湿度的定义及其表示方法
1.绝对湿度(V) ❖ V=mV/V (mg/m3)
2.相对湿度(RH)
mV—被测气中 水蒸气的质量
❖ RH=(V/W)T100% ❖露点也能反映相对湿度
W—同温度下的 饱和水蒸气密度
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二、 湿度传感器的分类
1.水分子亲和力型湿度传感器 ❖湿敏材料吸附（物理吸附和化学吸附）水分子 后，电气性能（电阻、介电常数、阻抗等）变 化。湿敏电阻、湿敏电容等。
2.非水分子亲和力型湿度传感器 ❖ 是利用物理效应的湿度传感器。热敏电阻式、 红外吸收式、超声波式和微波式湿度传感器。
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三、 湿敏元件的主要特性参数
1.湿度量程
❖即感湿范围。
电阻、电容、电压、 频率等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖理想情况：0~100%RH；一般情况：5~95%RH。
2.感湿特性曲线
一般要求：全量程连续、
线性、斜率适当。
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（7）高分子电阻式湿度传感器
如：聚苯乙烯磺酸锂湿敏元件。是强电解质。 感湿膜上制作多孔性梳状金电极而成——湿 敏电阻。
❖工作温度：–30~90℃；测湿范围：0~100%RH
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湿度传感器GY-HR002
电气性能：
1、工作温度：0℃—60℃； 2、工作湿度：20％—95％RH；
3、温度特性：≤0.5％RH／℃ 4、湿滞回差：≤2％RH； 5、响应时间：吸湿，≤20S；脱湿≤40S； 6、稳定性：≤2％RH／年，抗结露； 7、湿度检测精度：≤±5％RH；
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六、湿度传感器选用注意事项
❖ 量程：不需要全湿度范围(0-100％RH)的湿度测量。 ❖ 精度：不宜盲目追求“高、精、尖”。多数情况下，±5％
RH的精度就足够了。需要较高精度的场合，再选用±3％ RH以上精度的湿度传感器。 ❖ 时漂和温漂：有针对性的解决方法和措施。 ❖ 其它：避免在酸性、碱性及含有机溶剂的环境中使用；避免 粉尘较大环境，空气流通 ❖ 考虑供电，信号的长线传输措施。
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（8） 热传导式式湿度传感器
利用潮湿空气与干燥空气的热传导差异测定湿度，感湿功 能材料是热敏电阻。
热敏电阻式湿度传感器
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（9） 其他非水分子亲合力型湿度传感器
微波湿度传感器：利用微波在含水蒸汽的空气中 传播时，微波传输损耗能量与环境湿度有关的特性构 成湿度传感器。
红外湿度传感器：利用水蒸汽能吸收特定波长的 红外线的特性构成湿度传感器。
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八、 湿度传感器的应用 ❖ 湿度传感器广泛应用于气象、军事、工业
MgCr2O4-TiO2、 ZnO-Cr2O5陶瓷湿敏元件、 V2O5-TiO2陶 瓷湿敏元件、 Fe3o4等
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MgCr2O4-TiO2湿敏元件的结构和感湿特性曲线
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Fe3O4湿敏元件的结构和性能
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无需加热清洗的半导体陶瓷烧结体湿敏元件。稳定性好；响 应快：湿度变化20%时，响应时间约2s，吸湿、脱湿几乎 无滞后现象。
在印刷梳状电极的氧化铝基片上涂覆由新型树脂和碳粒组成的电阻式感 湿膜构成湿敏电阻。
v e(a/c)p
C-导电粉的浓度
Hdp-07
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(4)电解质湿度传感器 电解质是以离子形式导电的物质。LiCl湿敏元件。
感湿原理：LiCl吸湿潮解，离子导电率变化——湿敏电阻。 浓度低的湿敏传感器对高湿度敏高。
（5） 陶瓷湿度传感器 优点：工作温度范围宽；体积小；测湿范围宽 响应快；低湿测量灵敏度高。
❖感湿特征量：湿度变化所引起的传感器的输出量。
❖感湿特性曲线：感湿特征量与环境湿度关系。
3.感湿灵敏度
❖在一定湿度范围内，相对湿度变化1%RH时，其感湿特 征量的变化值或变化百分率。
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4.响应时间——湿度传感器的动态响应特
❖湿度传感器响应相对湿度变化量的63.2%所需要的时 间。分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。
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ZnO-Cr2O5陶瓷湿敏元件
（6）高分子电容式湿度传感器
常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋 酸纤维等。 利用吸湿或脱湿从而引起介电常数的改变特性，制 作成平板电容器。
醋酸纤维有机膜感湿特点：
响应速度快（1s）；重复性好； 工作温度范围：0~80℃； 测湿范围宽（0~100%RH）； 湿度温度系数 小（0.05%RH/℃）；测湿精度：（1~2）%RH。
5.湿度温度系数——感湿特性曲线随温度变化特性。
dRH
dT
k常数
R2R110% 0oC /
R1T
C2C110% 0oC /
❖湿敏元件吸湿和脱湿响应时C间1不T同，具有滞后现象
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四、工作原理
（1）伸缩式湿度传感器
毛发、纤维素等
（2）干湿球湿度传感器
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JCJ600X 干湿球湿度测控仪
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（3）结露湿度传感器