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

不同的环境温度下，湿敏传感器的感湿特性曲线是不同的，它直接给测量带来误差。湿敏传感器的湿度温度系数定义为：在感湿特征量保持不变的条件下，环境相对湿度随环境温度的变化率。

以α表示温度湿度系数，其表达式为

()()d RH K d T α=

=常数

式中，T —绝对温度；

K —感湿特征量； α—湿度温度系数，其单位为%/RH C ︒。

5、响应时间

湿敏传感器的响应时间是指在规定的环境温度下，由起始相对湿度达到稳定相对湿度时，感湿特征量由起始值变化到稳定相对湿度对应值所需要的时间。

通常情况下，被测相对湿度有()RH ∆的阶跃变化时，输出感湿特征量R ∆将按指数规律随时间变化，即

/()(1)t RH R e t τ-∆=∆-

式中，R ∆—对应于()RH ∆的输出量的稳定值。

上式中的τ称为时间常数。由上式可见，当t τ=时，()0.632RH R ∆≈∆，即此时的输出量为最终稳定值得63.2%。在实际应用中，常用时间常数τ来量度传感器的响应时间。

6、湿滞回线和湿滞回差

湿敏传感器的吸湿特性曲线与脱湿特性曲线不一致而形成的回线，称为湿滞回线。湿滞回线表示传感器在吸湿和脱湿两种情况下，对应同一数值的感湿特征量所指示相对湿度不一致，最大差值称为湿滞回差。湿敏传感器的湿滞回差应当尽可能地小。

三、应用实例及背景

随着社会的发展，科研、农业、暖通、纺织、制药、烟草、航空航天、电力等工业部门越来越需要采用温敏传感器来更好地保障产品质量。

例如，自动气象站采用耗电量小的温敏传感器，可以由蓄电池供电长期地自动工作，几乎不需要维护。

根据应用领域，要求其灵敏度要高，响应时间要短，能随时感应温度变化。由于应用于自动气象站，可能长期不去维护，所以湿滞回差要尽可能小些。

湿度量程要根据自动气象站的地理位置来确定，对于湿度可能相对稳定的地区，对此参数特性要求不高。