湿度传感器原理与应用

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温度/℃
8.2.1 湿度定义：绝对湿度
绝对湿度（Absolute humidity） 单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。 单位∶AH=g/m3 绝对湿度也可以用温度与水蒸气分压表示
8.2.1 湿度定义:相对湿度
（Relative humidity） 气体中的绝对湿度Pv与该温度气体饱和状态的绝对湿度Ps之比 表示∶RH=Pv/Ps×100% 根据气体定律, 水蒸气的质量正比于水蒸气分压
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温度/℃
8.2.1 湿度定义
露点
将温度为T1 的气体冷却,开始结露的温度T2 显然,温度T1 时的水蒸汽压=温度T2的饱和水蒸汽压 例如：30 ℃,水蒸汽分压为2000,求 露点 由图求出,露点约为20 ℃ 例如：30 ℃,RH=30% ,求 露点 水蒸汽压: 0.3*4245=1330 由图求出, 露点约为10 ℃
湿度测量范围 5~99%RH 精度(40 to 60%RH) ±3%RH 温度系数(10~50°C) 0.2%RH/°C 供电电压 5VDC 消耗电流 1.1mA (5VDC) 输出（0--100%RH线性对应0.8V--3.9V） 工作温度范围 -10~60°C 储存温度范围 -30~70°C 长期稳定性 <1%RH/年 恢复时间（在>90%RH环境中存放150小时后） 10s 响应时间(33 to 76%RH,慢流动的空气中) 30s
T2
Y2 Y1 T1
H 2 H1 C 100％ T
H1
0 20 40
H2
60 80 100
RH/%
响应时间τ
RH/%
阶跃湿度变化 输出特征量0－63％ 的时间
Y 1
0.63
τ
湿滞迴线
湿滞量 感湿特征量Y
Y2 Y1 100 ％ YFS
YFS Y2 Y1
0
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40
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100
RH/%
干湿球湿度计
干球温度 湿球温度
气温 RH有关
露点湿度计
美国EdgeTech公司1500型
半导体制冷 温度测量 镜面观测
读数显示
电容型湿度传感器结构
采用电容型高分子介质材料制成的温度传感器 电容器介质材料: 高分子薄膜, 醋酸纤维素等 吸附水分后, 介电系数就增大，电容量增大 特点:灵敏度高,线性好
所以，
气体中的水蒸气分压（e）与该温度气体饱和水蒸气压（ｅs）的 比，用百分比表示。 表示∶RH=e/es×100%
相对湿度最常用。
8.2.1 湿度定义: 换算
已知温度，RH和AH可以互相换算
例如：20 ℃, RH=60%.求AH 20 ℃的饱和蒸汽压为2338pa, 水蒸气分压为2338*60%=1400pa 相当于大气压：1400/101325=0.0138（20 ℃ ） 相当于大气压：0.0138*273/（273+20）＝0.0108（0℃ ） 1m3的水蒸气摩尔数：0.0108*1/0.0224*=0.48 1m3的水蒸气质量：0.48*18＝8.64（g) 答案： AH=8.64g/m3 依据 PV=RT
应用: 健康
玉山
8.2.1 湿度定义：饱和蒸汽压
温度 ℃ -20 -10 0 10 20 30 40 60 100 水饱和蒸汽 压(pa) 103 256 611 1227 2338 4245 7381 19934 101325
水饱和蒸汽压(pa) 106 105
104
103 102 101 -20
电压，频率特性
AC的理由： （1）电容驱动 （2）电阻型的电解防止 最大电压幅度限制（防止发热） 最大频率限制
8.2.3 湿度传感器 器件
古典： 称重 毛发 干湿球 露点 电磁波吸收
现代：传感器 电阻型传感器 电容型传感器
毛发湿度计
优点 -使用简单，测量工程装置安装成本低 -本低应用 缺点 -维修费用高 -要频繁地对毛发进行长度还原 -湿度测量范围小（15%至85%RH) -高误差 -测量慢 -非电量输出
8.2 半导体湿度传感器
什么是湿度:空气中水蒸气含量多少 的物理量
与我们密切相关： 农业:大棚, 蘑菇 工业: 电子工艺, 纺织 物资存储:粮食,文物图书 生活：舒适 健康：干燥 潮湿 40％－ 70％ 呼吸道疾病 关节炎
应用: 半导体净化车间
应用: 温室
应用: 气象
玉山
应用: 文物保护: 敦煌
主要参数
1．湿度量程 2．相对湿度特性曲线 3．灵敏度 4．温度系数 5. 响应时间 6. 湿滞迴线 7. 电压特性 8. 频率特性 9. 其他： 精度，温度范围，稳定性，寿命
湿度量程
湿度测量的全量程为0％～100％RH。 但对一种具体的传感器一般是无法覆盖全量程的，所 以湿度传感器的标称量称越大，使用的价值就越大。
电容型湿度传感器结构
源自文库
湿度传感器
电容型湿度传感器
产品名称: 湿度传感器 （电容型） 产品型号: VHM10 产品厂商: 深圳市矢量科技有限公司 简单介绍 V-HM10V系列湿度模块 电压（0.8~3.9VDC）输出 线性 无需避光，无需防静电，高湿后恢复时间短。
湿度传感器
电容型参数
主要参数（Ta=25°C，Vs=5VDC）
木材干燥 空调 气象
0-40% 30-70% 0-100%
相对湿度特性曲线
正特性 感湿特征量
负特性
0
20
40
60
80
100
RH/%
灵敏度S
感湿特征量Y
斜率
S
dY dRH
0
20
40
60
80
100
RH/%
温度系数C
特征量温度系数 感湿特征量Y
Y2 Y1 C 100 ％ Y1T
感湿温度系数
8.2.1 湿度定义： 换算
例如：30 ℃,水蒸汽分压为2000pa,求 RH,AH (1)RH=2000/4245=47% (2)AH 0℃ 分压: 2000*273/（273+30）＝1800Pa 大气压: 1800/105＝0.018
1m3的摩尔数：0.018/0.024＝0.75
很舒适
mol
1m3的的水蒸气质量：0.75*18＝13.5（g)
答案： AH=13.5g/m3
8.2.1 湿度定义
结露
水饱和蒸汽压(pa) 106 105
如果绝对湿度不变: 则温度增加 RH减小
温度降低
RH增加
104
103
右图的例子:
30 ℃, RH=50%
102
1 10 到10 ℃左右结露, -20 若升高到60 ℃,RH降到10%