湿敏传感器及其应用

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第12章 湿敏传感器及其应用
6.湿滞回线 湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿和脱 湿特性曲线不重合,所构成的曲线叫湿滞回线。由于吸 湿和脱湿特性曲线不重合,对应同一感湿特征量之值,相 对湿度之差称为湿滞量。湿滞量越小越好,以免给湿度 测量带来难度和误差。
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7.电压特性 用湿度传感器测量湿度时,由于加直流测试电压引 起感湿体内水分子的电解,致使电导率随时间的增加而 下降,故测试电压应采用交流电压。湿度传感器感湿特 征量之值与外加交流电压之间的关系称为电压特性。 当交流电压较大时,由于产生焦耳热,对湿度传感器的特 性会带来较大影响。 8.频率特性 湿度传感器的阻值与外加测试电压频率有关。在 各种湿度下,当测试频率小于一定值时,阻值不随测试频 率而变化,该频率被确定为湿度传感器的使用频率上限。 当然,为防止水分子的电解,测试电压频率也不能太低。
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4.温度系数 温度系数是反映湿度传感器的感湿特征量-相对湿 度特性曲线随环境温度而变化的特征。感湿特征量随 环境温度的变化越小,环境温度变化所引起的相对湿度 的误差就越小。温度系数分为特征量温度系数和感湿 温度系数。
在环境湿度保持恒定的情况下,湿度传感器特征量 的相对变化量与对应的温度变化量之比,称为特征量温 度系数。如感湿特征量是电阻,则电阻温度系数为
电阻温度系数（%/°C）
R2 R1 R1T
100
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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。
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三、湿敏传感器分类
➢湿敏传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系 的电量输出的装置。 ➢能够用来制造湿度传感器的吸湿物质必须满足湿度-电 阻（或电容）特性可逆这一基本条件，同时应当具有良 好的重复性。 ➢常用类型：机械式湿敏传感器及电子式湿敏传感器。 ➢电子式有电介质型、陶瓷型、高分子型和半导体型等 多种。机械式的主要缺点是灵敏度和分辨率等都不够高， 而且是非电信号的湿度测量，难以同电子电路和自动控 制系统及仪器相联结。
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3.感湿灵敏度 在某一相对湿度范围内,相对湿度改变1%RH时,湿 度传感器感湿特征量的变化值或百分率称为感湿灵敏 度,简称灵敏度,又称湿度系数。感湿灵敏度表征湿度传 感器对湿度变化的敏感程度。如果湿度传感器的特性 曲线是线性的,则在整个使用范围内,灵敏度就是相同的; 如果湿度传感器的特性曲线是非线性的,则灵敏度的大 小就与其工作的相对湿度范围有关。
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二、 湿度传感器的主要参数 1.湿度量程 能保证一个湿敏器件正常工作的环境湿度的最大
变化范围称为湿度量程。湿度范围用相对湿度 （0~100）%RH表示,量程是湿度传感器工作性能的一 项重要指标。
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2. 感湿特征量-相对湿度特性曲线 每种湿度传感器都有其感湿特征量,如电阻、电容、 电压、频率等,在规定的工作温度范围内,湿度传感器的 感湿特征量随环境相对湿度变化的关系曲线,称为相对 湿度特性曲线,简称感湿特性曲线。通常希望特性曲线 应当在全量程上是连续的且呈线性关系。有的湿度传 感器的感湿特征量随湿度的增加而增大,这称为正特性 湿敏传感器;有的感湿特征量随湿度的增加而减小,这称 为负特性湿敏传感器。
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12.1 湿敏传感器概述 一、湿度概念及其表示
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
Байду номын сангаас
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
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湿度是指大气中的水蒸气含量, 通常采用绝对湿度和相对 湿度两种表示方法。 绝对湿度是指单位空间中所含水蒸气的 绝对含量或者浓度或者密度, 一般用符号AH表示。相对湿度 是指被测气体中蒸气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压 的百分比, 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。
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5.响应时间 在一定的温度下,当相对湿度发生跃变时,湿度传感 器的感湿特征量之值达到稳态变化量的规定比例所需 要的时间称为响应时间,也称为时间常数。一般是以相 应于起始和终止这一相对湿度变化区间63%的相对湿 度变化所需要的时间,叫响应时间,单位是s,也有规定从 始到终90%的相对湿度变化作为响应时间的。响应时 间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数湿度 传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间,一般以脱 湿响应时间作为湿度传感器的响应时间。
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为了更好地描述一些与湿度有关的自然现象,目前,普遍用 相对湿度（缩写为RH）来表示湿度。所谓相对湿度是 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:
H PV 100% PS
保持压力一定而降温,使混合气体中的水蒸气达到 饱和而开始结露或结霜时的温度称为露点温度,单位为℃。
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9.其它特性与参数 精度是指湿度量程内,湿度传感器测量湿度的相对 误差。 工作温度范围表示湿度传感器能连续工作的环境温 度范围,它应由极限温度来决定,即由在额定功率条件下, 能够连续工作的最高环境温度和最低环境温度所决定。 稳定性是指湿度传感器在各种使用环境中,能保持 原有性能的能力。一般用相对湿度的年变化率表示,即 ±%RH/年。 寿命是指湿度传感器能够保持原来的精度,能够连 续工作的最长时间。