湿敏传感器
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湿 敏 传 感 器
路禄
湖南铁道职业技术学院
目录
一、简介
二、湿度及湿敏传感器 三、湿敏传感器的分类
四、几种常见的湿敏传感器
湖南铁道职业技术学院
一、简介
湿度测量技术：湿度测量技术发展已有 200 多年历 史；人们对湿敏元件的认识是从1938年美国 F.W.Dummore 研制成功浸涂式 LiCl 湿敏元件才开始 的，从此以后，已有几十种湿敏元件及传感器应运 而生。
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普遍采用的灵敏度的方法 目前，虽然关于湿敏元件灵敏度的表示方法 尚未得到统一，但较为普遍采用的方法是用 元件在不同环境湿度下的感湿特征量之比来 表示灵敏度。 如日本生产的 MgCr2O4—TiO2 湿敏元件的灵敏 度，用一组电阻比 R1%／R20% ， R1%／R40% ， R1%／ R60%，R1% ／ R80% 及 R1%／R100% 表 示 ， 其 中 R1% ， R20% ， R40% ， R60%，R80% 及 R100% 分别为相对湿 度在 1 ％， 20 ％， 40 ％， 60 ％， 80 ％及 100 ％ 时湿敏元件的电阻值之比。
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三、湿敏传感器的分类
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四、几种常见的湿敏传感器
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四、几种湿敏传感器
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四、几种常见湿敏传感器
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电容湿敏元件的电容值可用下式表示： C=(εr—ε0)S/d 式中：εr—吸附水份的复合介电常数； ε0—真空时的介电常数； S—电极面积； d—高分子膜厚度；
敏器件的感湿特性曲线
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斜率应适当，因为斜率过小，灵敏度
降低；斜率过大，稳定性降低，这些 都会给测量带来困难。
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3） 灵敏度
定义：湿敏元件的灵敏度，就其物理含义而言，应当 反映相对于环境湿度的变化，元件感湿特征量的变化 程度。 表示法：直线的斜率。 因此，它应当是湿敏元件的感湿特性曲线斜率。在感 湿特性曲线是直线的情况下，用直线的斜率来表示湿 敏元件的灵敏度是恰当而可行的。 然而，大多数湿敏元件的感湿特性曲线是非线性的． 在不同的相对湿度范围内曲线具有不同的斜率。因此 ，这就造成用湿敏元件感湿特性曲线的斜率来表示灵 敏度的困难。
表示大气干湿程度的物理量。 大气湿度有两种表示方法： 绝对湿度与相 对湿度。
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1) 绝对湿度
绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的
质量，其表达式为:
V V
式中：ρ —被测空气的绝对湿度
MV一被测空气中水汽的质量
V —被测空气的体积
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2) 相对湿度
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5）响应时间
响应时间反映湿敏元件在相对湿度变化时输 出特征量随相对湿度变化的快慢程度。
一般规定：响应相对湿度变化量的63.2％时 所需要的时间为响应时间。 在标记时，应写明湿度变化区的起始与终止 状态。人们希望响应时间快一些为好。
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6）湿滞回线和湿滞回差
主要特性参数有：
①湿度量程 ②感湿特征量 ③灵敏度 ④湿度温度系数 ⑤响应时间 ⑥湿滞回线和湿滞回差
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1) 湿度量程
保证一个湿敏器件能够正常工作所允许环 境相对湿度可以变化的最大范围，称为这 个湿敏元件的湿度量程。 湿度量程越大，其实际使用价值越大。理 想的湿敏元件的使用范围应当是 0 － 100 ％ RH的全量程。
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电容式湿敏传感器
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电阻式湿敏传感器
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二、湿度及湿敏传感器
1、湿度及其表示方法
2、湿敏传感器及其特性参数
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1、湿度及其表示方法
在自然界中，凡是有水和生物的地方，在 其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。 大气中含有水汽的多少，表示大气的干、 湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是
2） 感湿特征量—相对湿度特性曲线
每一种湿敏元件都有其感湿特征量，如电 阻、电容、电压、频率等。
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感湿特性曲线
湿敏元件的感湿特征量随 环境相对湿度变化的关系 曲线，称为该元件的感湿 特征量 —相对湿度特性曲 线，简称感湿特性曲线。 人们希望特性曲线应当在 全量程上是连续的，曲线 各处斜率相等，即特性曲 线呈直线。 灵敏度 二氧化钛-五氧化二钒湿
各种湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间各不 相同，而且吸湿和脱湿的特性曲线也不相 同。一般总是脱湿比吸湿迟后，我们称这 一特性为湿滞现象。
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•湿滞回线定义：湿滞现象可以用
吸湿和脱湿特征曲线所构成的回
线来表示，我们称这一回线为湿 滞回线。
•湿滞回差定义：在湿滞回线上所
表示的最大量差值为湿滞回差。
•人们希望湿敏元件的湿滞回差越
Mn3O4- TiO2湿敏器件 在80℃时的湿滞回线
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小越好。
一个理想化的湿敏器件所应具备的性能参数：
使用寿命长，长期稳定性好 灵敏度高，感湿特性曲线的线性度好 使用范围宽，湿度温度系数小 响应时间短 湿滞回差小 能在有害气氛的恶劣环境中使用 器件的一致性和互换性好，易于批量生产 器件感湿特征量应在易测范围以内
毛发湿度计
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干湿球湿度计
湿度检测的重要性 湿度与科研、生产、人们生活、植物生长 有密切关系，环境的湿度具有与环境温度 同等的重要意义。 目前人们对湿度的重视程度远不及对温度 的重视。因此湿度测量技术的研究及其测 量仪器远不如温度测量技术与仪器那样精 确与完善。 由于对湿度监测不够精确，致使大批精密 仪器与机械装置锈蚀、谷物发霉等，每年 因此造成巨大损失。
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4）湿度温度系数
ห้องสมุดไป่ตู้
湿敏元件的湿度温度系数是表示感湿特性曲线随环境 温度而变化的特性参数。 在不同的环境温度下，湿敏元件的感湿特性曲线是不 相同的，它直接给测量带来误差。 湿敏元件的湿度温度系数定义为：在湿敏元件感湿特 征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相 对湿度随环境温度的变化率。 由湿敏元件的湿度温度系数值，即可得知湿敏元件由 于环境温度的变化所引起的测湿误差。
相对湿度是气体的绝对湿度 ( ρV) 与
在同一温度下水蒸汽已达到饱和的 气体的绝对湿度 ( ρW) 之比，常表示 为％RH．其表达式为
相对湿度= (ρV/ρW)×100%RH
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2、湿敏传感器及其特性参数
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器件式装置。
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湿敏传感器的发展方向
理想的湿敏传感器的性能要求是适于在宽温、宽湿范围内使用，测 量精度要高;使用寿命长，稳定性好;响应速度快，湿滞回差小;灵敏度高 ，线性好，温度系数小;制造工艺简单，易于批量生产、转换电路简单， 成本低;抗腐蚀，耐低温和高温等. 湿敏传感器正从简单的湿敏组件向集成化、无损化检测、多参数检 测的方向迅速发展，为开发新型湿度测控系统创造了有利条件，也将湿 度测量技术提高到新的水平. 对高温环境下的测湿，半导体传感器由于其天然的耐高温特性和容 易集成的优点，将成为高温湿度传感器的主流，而光纤高温湿度传感器 由于其非接触测量特性，将会成为另一种很有应用潜力的传感器件，但 是目前只有低温下的结果，若向高温范围应用，还要研究更有效的方法 拓展测量范围.
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一、简介
二、湿度及湿敏传感器 三、湿敏传感器的分类
四、几种常见的湿敏传感器
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一、简介
湿度测量技术：湿度测量技术发展已有 200 多年历 史；人们对湿敏元件的认识是从1938年美国 F.W.Dummore 研制成功浸涂式 LiCl 湿敏元件才开始 的，从此以后，已有几十种湿敏元件及传感器应运 而生。
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普遍采用的灵敏度的方法 目前，虽然关于湿敏元件灵敏度的表示方法 尚未得到统一，但较为普遍采用的方法是用 元件在不同环境湿度下的感湿特征量之比来 表示灵敏度。 如日本生产的 MgCr2O4—TiO2 湿敏元件的灵敏 度，用一组电阻比 R1%／R20% ， R1%／R40% ， R1%／ R60%，R1% ／ R80% 及 R1%／R100% 表 示 ， 其 中 R1% ， R20% ， R40% ， R60%，R80% 及 R100% 分别为相对湿 度在 1 ％， 20 ％， 40 ％， 60 ％， 80 ％及 100 ％ 时湿敏元件的电阻值之比。
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三、湿敏传感器的分类
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四、几种常见的湿敏传感器
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四、几种湿敏传感器
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四、几种常见湿敏传感器
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电容湿敏元件的电容值可用下式表示： C=(εr—ε0)S/d 式中：εr—吸附水份的复合介电常数； ε0—真空时的介电常数； S—电极面积； d—高分子膜厚度；
敏器件的感湿特性曲线
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斜率应适当，因为斜率过小，灵敏度
降低；斜率过大，稳定性降低，这些 都会给测量带来困难。
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3） 灵敏度
定义：湿敏元件的灵敏度，就其物理含义而言，应当 反映相对于环境湿度的变化，元件感湿特征量的变化 程度。 表示法：直线的斜率。 因此，它应当是湿敏元件的感湿特性曲线斜率。在感 湿特性曲线是直线的情况下，用直线的斜率来表示湿 敏元件的灵敏度是恰当而可行的。 然而，大多数湿敏元件的感湿特性曲线是非线性的． 在不同的相对湿度范围内曲线具有不同的斜率。因此 ，这就造成用湿敏元件感湿特性曲线的斜率来表示灵 敏度的困难。
表示大气干湿程度的物理量。 大气湿度有两种表示方法： 绝对湿度与相 对湿度。
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1) 绝对湿度
绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的
质量，其表达式为:
V V
式中：ρ —被测空气的绝对湿度
MV一被测空气中水汽的质量
V —被测空气的体积
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2) 相对湿度
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5）响应时间
响应时间反映湿敏元件在相对湿度变化时输 出特征量随相对湿度变化的快慢程度。
一般规定：响应相对湿度变化量的63.2％时 所需要的时间为响应时间。 在标记时，应写明湿度变化区的起始与终止 状态。人们希望响应时间快一些为好。
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6）湿滞回线和湿滞回差
主要特性参数有：
①湿度量程 ②感湿特征量 ③灵敏度 ④湿度温度系数 ⑤响应时间 ⑥湿滞回线和湿滞回差
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1) 湿度量程
保证一个湿敏器件能够正常工作所允许环 境相对湿度可以变化的最大范围，称为这 个湿敏元件的湿度量程。 湿度量程越大，其实际使用价值越大。理 想的湿敏元件的使用范围应当是 0 － 100 ％ RH的全量程。
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二、湿度及湿敏传感器
1、湿度及其表示方法
2、湿敏传感器及其特性参数
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1、湿度及其表示方法
在自然界中，凡是有水和生物的地方，在 其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。 大气中含有水汽的多少，表示大气的干、 湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是
2） 感湿特征量—相对湿度特性曲线
每一种湿敏元件都有其感湿特征量，如电 阻、电容、电压、频率等。
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感湿特性曲线
湿敏元件的感湿特征量随 环境相对湿度变化的关系 曲线，称为该元件的感湿 特征量 —相对湿度特性曲 线，简称感湿特性曲线。 人们希望特性曲线应当在 全量程上是连续的，曲线 各处斜率相等，即特性曲 线呈直线。 灵敏度 二氧化钛-五氧化二钒湿
各种湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间各不 相同，而且吸湿和脱湿的特性曲线也不相 同。一般总是脱湿比吸湿迟后，我们称这 一特性为湿滞现象。
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•湿滞回线定义：湿滞现象可以用
吸湿和脱湿特征曲线所构成的回
线来表示，我们称这一回线为湿 滞回线。
•湿滞回差定义：在湿滞回线上所
表示的最大量差值为湿滞回差。
•人们希望湿敏元件的湿滞回差越
Mn3O4- TiO2湿敏器件 在80℃时的湿滞回线
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小越好。
一个理想化的湿敏器件所应具备的性能参数：
使用寿命长，长期稳定性好 灵敏度高，感湿特性曲线的线性度好 使用范围宽，湿度温度系数小 响应时间短 湿滞回差小 能在有害气氛的恶劣环境中使用 器件的一致性和互换性好，易于批量生产 器件感湿特征量应在易测范围以内
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干湿球湿度计
湿度检测的重要性 湿度与科研、生产、人们生活、植物生长 有密切关系，环境的湿度具有与环境温度 同等的重要意义。 目前人们对湿度的重视程度远不及对温度 的重视。因此湿度测量技术的研究及其测 量仪器远不如温度测量技术与仪器那样精 确与完善。 由于对湿度监测不够精确，致使大批精密 仪器与机械装置锈蚀、谷物发霉等，每年 因此造成巨大损失。
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4）湿度温度系数
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湿敏元件的湿度温度系数是表示感湿特性曲线随环境 温度而变化的特性参数。 在不同的环境温度下，湿敏元件的感湿特性曲线是不 相同的，它直接给测量带来误差。 湿敏元件的湿度温度系数定义为：在湿敏元件感湿特 征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相 对湿度随环境温度的变化率。 由湿敏元件的湿度温度系数值，即可得知湿敏元件由 于环境温度的变化所引起的测湿误差。
相对湿度是气体的绝对湿度 ( ρV) 与
在同一温度下水蒸汽已达到饱和的 气体的绝对湿度 ( ρW) 之比，常表示 为％RH．其表达式为
相对湿度= (ρV/ρW)×100%RH
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2、湿敏传感器及其特性参数
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器件式装置。
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湿敏传感器的发展方向
理想的湿敏传感器的性能要求是适于在宽温、宽湿范围内使用，测 量精度要高;使用寿命长，稳定性好;响应速度快，湿滞回差小;灵敏度高 ，线性好，温度系数小;制造工艺简单，易于批量生产、转换电路简单， 成本低;抗腐蚀，耐低温和高温等. 湿敏传感器正从简单的湿敏组件向集成化、无损化检测、多参数检 测的方向迅速发展，为开发新型湿度测控系统创造了有利条件，也将湿 度测量技术提高到新的水平. 对高温环境下的测湿，半导体传感器由于其天然的耐高温特性和容 易集成的优点，将成为高温湿度传感器的主流，而光纤高温湿度传感器 由于其非接触测量特性，将会成为另一种很有应用潜力的传感器件，但 是目前只有低温下的结果，若向高温范围应用，还要研究更有效的方法 拓展测量范围.