高分子电容型湿度传感器研制
高分子电容型湿度传感器研制
电子器件 Chinese Journal of Electron Devices 第39卷第3期2016年6月 Vol 39 No.3 June 2016 Research on High Polymer Capacitive Humidity Sensor TANG Chen ，WAN Heng *，WANG Kaikai （School of Electrical and Electronic Engineering ，Shanghai Institute of Technology ，Shanghai 201418，China ） Abstract ：With the rapid development of industry ，the temperature sensing and controling are increasingly strin?gent.Temperature sensors are hard to keep up with people ’s needs.This article through the micropore surface struc?ture optimization design of the humidity sensor and the humidity sensitive material improves the humidity sensing properties.The measurement of humidity sensor circuit optimization is improved ，and finally verified by experi?ments measuring the effect of humidity sensor improved superior.Key words ：high polymer ；humidity sensitive capacitor ；moisture measurement ；humidity sensor EEACC ：7230；7320R doi ：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.03.014 高分子电容型湿度传感器研制 汤 辰，万 衡*，王凯凯 （上海应用技术学院电气与电子工程学院，上海201418） 摘 要：随着工业的快速发展，对温度检测和控制日益严格，温度传感器已无法跟上人们的需求，通过优化湿度传感器的表 面结构和对感湿材料微孔设计提高了感湿特性，增强感湿材料的感湿特性，并对湿度传感器测量电路进行改进，提高微小电容测量，设计湿度测试系统。通过实验验证了改进后的湿度传感器测量效果更优越。 关键词：高分子；湿敏电容；湿度测量；湿度传感器中图分类号：TP253 文献标识码：A 文章编号：1005-9490（2016）03-0571-05 随着我国的经济快速发展，许多行业诸如电力、电子石化、冶金、医疗、航空航天等对湿度测量的精度要求越来越严格，湿度测量逐渐成为一门重要的研究领域。湿度传感器从简单化向集成化、多参数化、智能化方向迅速发展［1］。高分子湿敏电容作为第三代的湿度传感器迅速发展起来，但目前电容型湿度传感器在实际应用中常存在线性差、湿滞大、精度低、成品率低、性能不稳定等缺点，特别在低湿范围（0.2%RH~10%RH ）内电容量几乎上没有变化，易出现失灵现象。鉴于此，本文重点从湿敏电容结构设计和对湿度测量电路改进两个方面提高湿度传感器测量特性。 1 湿敏电容结构设计 1.1 微孔设计 根据Fick 扩散第二法则和Darcy 流动法则，水 分子在微孔中的扩散过程可用式（1）表示： M t /M sat =1-8π2∑m =0∞ 1(2m +1) 2exp é?ù?-π2D (2m +1)2t l （1） 式中：M t 为t 时的吸收量；M sat 为完全浸润时的吸收量；l 为厚度；m 为微孔的数量；D 为扩散系数，其 中D 与微孔的直径和体积的分布相关。 从上述公式可以看出水分子在感湿材料扩散，和感湿材料微孔的数量和大小有直接关系。同时再根据聚酰亚胺的感湿机理，发现当环境湿度改变以后，有效介电常数的变化由式（2）给出： Δεr ≈KPR H εH 2 o （2） 式中：K 为比例系数，R H 为相对湿度，P 为感湿膜的 气孔率。又因电容的变化与εr 有关，也就与相对湿度有关，可以给出当相对湿度改变时，电容发生的相对变化为： ΔC p =ε0Δεr A d =KPR H εH 2 O ε0A d （3） 感湿材料的微孔设计对湿度测量结果有直接 ————————————收稿日期：2015-07-15 修改日期：2015-08-14
SHT11温湿度传感器与1602应用的程序代码
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高分子湿敏电阻规格书
DHR01-3035型 高分子高分子湿敏电阻湿敏电阻湿敏电阻规格规格规格说明说明说明书书 一、原理 阻抗型高分子湿度传感器（湿敏电阻）, 采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。 二、应用 适合电气电力设备、仪器仪表、除湿加湿设备、电子温湿表、制冷、干燥、气象等需湿度测量的场所。 三、特性 高精度，高可靠，高耐水性，高、低湿适应性； 稳定，低漂移，反应快速。 四、电气规格 工作电压 1V AC（50Hz ～ 2 K Hz） 检测范围 20%～ 95% RH 检测精度 ±5% 储存温度 -20℃～﹢60℃ 95%RH 以下（无结露） 工作温度范围 -20℃～﹢80℃ 95%RH 以下（无结露） 特征阻抗 30 KΩ (60%RH, 25℃) 响应时间 ≤12 s (20%～ 90%) 湿度飘移（/年） ≤±2% RH 湿滞 ≤ 1.5% RH 五、外型尺寸及内部结构示意图如下：
六、型号命名 D HR HR 010101 —— XXXX XXXX 公司代号公司代号 湿敏电阻湿敏电阻湿敏电阻 编号编号编号 阻值阻值阻值((30-35KΩ) ) 备注： 1、标称阻值是指在温度为25℃，相对湿度为60%RH 下所测量阻抗值 2、本规格书所有参数均由LCR 数字电桥在（1K Hz，1V）下所测阻抗 3、基本参数:温度为25℃下,特征阻抗值 (单位：KΩ) 型号 湿度rh 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% DHR01-3035 阻值KΩ 352.8 166.6 60.6 29.9 15.4 9.13 4.6 4、各温度下，不同湿度/阻抗数据表 见表1 5、各温度下，不同湿度/阻抗3D 图 见图3 七、可靠性测试： 1、热测试：放置在50℃，30%RH 环境1000小时后，在通常环境下1小时后，阻抗变化不超过初始值对应湿度的±5%RH； 2、冷测试：放置在-10℃环境1000小时后，在通常环境下1小时后，阻抗变化不超过初始值对应湿度的±5%RH。 八、应用电路建议 1、如使用模拟电路，建议将湿度信号变为电压信号输出，请向厂家索取； 2、可采用555时基或RC 振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1K Hz 左右，（在60%RH，25℃）（建议串联电容采用温度系数低，精度在±5% J 级有机聚合物电容，例如涤纶或聚丙烯类电容）； 3、对于采用单片机电路采集信号，可参考厂家提供的《湿度传感器单片机应用指南》 。 九、引用标准 GB/T15768-95 电容式湿敏元件及湿度传感器总规范； SJ/T10431-93 湿敏元件用湿度发生器和湿度测试方法； SJ20760-99 高分子湿度传感器总规范。 十、注意事项 1.不要对元件使用直流电源，检测时请使用电桥阻抗（LCR）测试设备； 2.避免硬物或手指直接接触元件表面，以免划伤或污染感湿膜； 3.焊接时温度不能过高（<180℃，2S 膜表面），使用低温烙铁或用镊子保护； 4.尽量避免在以下环境中直接使用： 盐雾，腐蚀性气体：强酸（硫酸，盐酸），强碱，有机溶剂（酒精，丙酮）等； 5.推荐储存条件：温度：10℃～40℃ 湿度：20%RH --60%RH 。
传感器电容式湿度传感器的应用重点
题目传感器电容式湿度传感器的应用 姓名 学号 系（院）_电子电气工程学院_ 班级 目录 前言 (3) 1. 绪论 (1) 1.1电容式传感器的工作原理 (1)
1.2电容式传感器的特点 . (4) 2. 系统设计 (6) 2.1硬件电路设计 (6) 2.2 湿敏电容器的特性 (8) 2.3 电容式传感器数据处理 (8) 2.4测试结果 (8) 结论 (10) 参考文献 (11) 淄博职业学院 前言 人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防、科研、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度
测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。 1. 绪论 1.1电容式传感器的工作原理 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。
电容式湿度传感器的研究
电容式湿度传感器的研究 摘要 湿度是表示大气干湿程度的物理量。空气的湿度与我们的生活、工作、生产都有着直接的联系，为了获得和测量湿度值，就必须对湿度的测量进行研究。 本文介绍了一种采用电容原理制作的电容式的湿度传感器。采用Ｗ型结构的电容式湿度传感器。比较了多种感湿介质的特性，最终选择了聚酰亚胺作为感湿介质填充到Ｗ型的传感器中。最后，用恒湿盐发生器作为检定标准，校准该电容式湿度传感器。 关键词：湿度、电容式湿度传感器、Ｗ型 1 绪论 1.1 课题研究的目的及意义 湿度是表示大气干湿程度的物理量。有绝对湿度、相对湿度、露点等多种表示方式。绝对湿度是单位体积空气中所含水蒸汽的质量。一般用1立方米空气中所含水蒸汽的克数来表示。对于干燥过程的控制热平衡的调整等，都必须了解绝对湿度。相对湿度为空气中实际所含水蒸汽的密度与同温度下饱和水蒸汽密度的百分比，它是一个无量纲的数。在贮存或加工与周围空气处于湿度平衡的材料时，相对湿度有着很大的意义。空气在一定温度时只能吸收一定量的水汽，空气中的水蒸气达到饱和状态时的温度，叫做露点温度。 研究表明：湿润的空气才能保持生机盎然。为防止家具、木质装修、书籍或乐器老化、变形甚至干裂的情况出现，储存以上物品时室内湿度应保持在45%~55%RH之间，而冬季北方家庭室内湿度仅为10%~15%RH，干燥使我们可能带上2000~7000伏的高压静电，由于家用和办公电器的普及，静电更是无处不在。严重的静电会使人心情烦躁、头晕胸闷、喉鼻不适。只有检测出空气湿度后，才能运用相应的方法调节空气湿度，有效消除静电，创造森林、海般的清新空气。可见空气湿度的检测对于我们的身心健康和工作学习的重要性。 温度、湿度监测在人们现实生活生产中应用已日渐广泛，在发电厂、纺织、食品、医药、建筑、仓库、农业大棚等众多的应用场所，对温度、湿度参量的要求都非常严格，因此能否有效对这些领域的温、湿度数据进行实时监测和控制是一个必须解决的重要前提。 本课题即以上述问题为出发点，设计实现了对空气湿度的实时监测系统，该系统能检测出当前空气的湿度。
湿度传感器的应用.
湿度传感器工作原理及应用 人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同．其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。对使用者来说，选择湿度传感器时，首先要搞清楚需要什么样的传感器；自己的财力允许选购什么档次的产品，权衡好“需要与可能”的关系，不致于盲目行事。我们从与用户的来往中，觉得有以下几个问题值得注意。 1．选择测量范围 和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100％RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。下面列举一些应用领域对湿度传感器使用温度、湿度的不同要求，供使用者参考(见表1)。用户根据需要向传感器生产厂提出测量范围，生产厂优先保证用户在使用范围内传感器的性能稳定一致，求得合理的性能价格比，对双方来讲是一件相得益彰的事情。2、选择测量精度 和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。 生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0一80％RH)为±2％RH，而高湿段(80—100％RH)为±4％RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5％RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。 多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3％ RH 以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器．其测温精度须足±0.3℃以上，起码是±0.5℃的。而精度高于±2％RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在20—25℃下，要达到2％RH的准确度仍是很困难的。” 3、考虑时漂和温漂 几乎所有的传感器都存在时漂和温漂。由于湿度传感器必须和大气中的水汽相接触，所以不能密封。这就决定了它的稳定性和寿命是有限的。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期负责重新标定。请使用者在选择传感器时考虑好日后重新标定的渠道，不要贪图便宜或迷信洋货而忽略了售后服务问属。 温漂在上1节已经提到。选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数α是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的，而温度系数α又主要取决于水和感湿材料的介电系数，所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数。电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计。但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或订正。
CHR-01阻抗型高分子湿度传感器湿敏电阻产品规格书
CHR-01阻抗型高分子湿度传感器 （湿敏电阻）产品规格书 一.应用范围： 本资料适用于阻抗型高分子湿度传感器,型号CHR-01 二.外型尺寸及内部结构示意图: 1—外壳(ABS) 2—基片(AL2O3) 3—电极4—感湿材料5—引脚 三.电性能参数表1 工作电压1V AC（50Hz ～ 2 K Hz） 检测范围20%～ 90% RH 检测精度±5% 工作温度范围最高使用温度0℃～＋85℃120℃ * 特征阻抗范围30 (21 ～ 40.5) KΩ ( 60%RH, 25℃) 响应时间≤12 s (20%～ 90%) 湿度飘移（/年）≤±2% RH 湿滞≤ 1.5%RH * 元件使用在(85 - 120℃)时,需在高温下标定,器件外壳需另制 ** 25℃标准曲线见图2 *** 0-60℃阻抗特性数据见表2及图3
表2：0~60℃湿度阻抗特性数据 单位: KΩ * 所有数据均由LCR数字电桥在1VAC/1KHZ测试所得。 四、应用电路建议 1、如使用模拟电路，建议将湿度信号变为电压信号输出，请向厂家索取。 2、可采用555时基或RC振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1K Hz左右，（在60%RH，25℃）（建议串联电容采用温度系数低，精度在±5% J级有机聚合物电容，例如涤纶或聚丙烯类电容） 3、对于采用单片机电路采集信号，可参考厂家提供的《湿度传感器单片机应用指南》 五.引用标准 GB/T15768-95 电容式湿敏元件及湿度传感器总规范 SJ/T10431-93 湿敏元件用湿度发生器和湿度测试方法 SJ20760-99 高分子湿度传感器总规范 六.注意事项 1.不要对元件使用直流电源，检测时请使用电桥阻抗（LCR）测试设备 2.避免硬物或手指直接接触元件表面，以免划伤或污染敏感膜 3.焊接时温度不能过高（<180℃，2S 膜表面），使用低温烙铁或用镊子保护 4.尽量避免在以下环境中直接使用：盐雾，腐蚀性气体：强酸（硫酸，盐酸）， 强碱，有机溶剂（酒精，丙酮等）
室内温湿度传感器应用
室内温湿度传感器 一、概述 PRT-THS-EXX精密型温湿度传感器是采用最新专利技术的半导体敏感器件设计方案，用于测量室内环境的温度、湿度的一体化智能监控模块。产品不仅具有显示直观、精度高、成本低、外形美观、安装方便等特点，而且特别具有专利技术的自恢复自校准功能，因此，产品测量精度高、长期稳定性好。本公司提供有RS485接口、干节点输出接口、4-20mA模拟输出等多种型号产品，为用户提供全系列温湿度监控解决方案，已经广泛应用于通讯机房、IDC数据机房、空调室、实验室、图书馆、办公室等室内场所的温湿度测量。 二、主要功能 (1)采用最新专利技术设计方案，具有自恢复自校正功能，精度高，一致性好。 (2)大屏幕高亮度LCD显示，观察直观、操作简便。 (3)具有温度单位选择：摄氏度(℃)、华氏度(℉)可设置，可在全球范围使用。 (4)具有温度、湿度误差校正设置，方便进行定期校验。 (5)具有RS485接口，采用标准MODBUS协议，便于远程监控系统集成。（PRT-THS- E10）。 (6)具有温度、湿度测量范围设置，提供4～20mA信号输出，用于传统数据采集应用。 （PRT-THS-E20） (7)具有温度、湿度告警范围设置，提供干接点告警信号输出，实现本地告警功能。 （PRT-THS-E30） (8)外接端口具有抗电磁干扰设计，可靠性高。 (9)电源输入具有防反功能，电源输入正负反接不损坏设备。 (10)模块化结构，安装、维护方便。 三、产品型号及主要技术参数 型号PRT-THS-E10PRT-THS-E20PRT-THS-E30 输出方式 RS485接口4～20mA输出光继电器输出MODBUS-RTU协议 负载能力： 12V电源：100Ω(推 荐) 24V电源：250Ω(推 荐) 触点电压：<40V 触点电流：<100mA 输出电阻：<50Ω 输入电源范围额定：12VDC 额定：12V/24VDC 额定：12VDC
CHR-02型高分子湿度传感器.
CHR02型 高分子湿度传感器规格书 HUMIDITY SENSOR SPECIFICATIONS 一.原理 阻抗型高分子湿度传感器(湿敏电阻, 采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上,形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件,导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。 二、应用 适合电子温湿度计,加湿机,除湿机,空调以及其他需湿度测量的场所 三、特性 具有良好的敏感特性及防水性能,并具备优异的长期稳定性。可直接替代国内外各类其他同类产品。 四、型号命名 C HR 02 — XXX X X 公司代号湿敏电阻编号阻值尺寸外壳 233 (23 K Ω L 大 Y 带圆型外壳 313 (31K Ω S 小 F 带方型外壳 653 (65K Ω N 无外壳备注: 1、标称阻值指在温度为25℃,相对湿度为60%RH 下所测量阻抗值 2、尺寸 L:指引脚间距为5.08mm , S :引脚间距为2.54mm
3、外壳通常情况下L 型选大尺寸圆型外壳,S 型选方形小外壳具体尺寸见图 一、图二 4、本规格书所有参数均由LCR 数字电桥在(1K Hz ,1V 下所测阻抗 5、基本参数 温度为25℃,相对湿度为60%RH 型号 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 产品名称高分子湿敏电阻广州西博臣科技有限公司发行 日期 2005年2月 31日型号 CHR02 系列 批准: 版本1 2005年1月10日 审核: 版本2 编制: 版本3 CHR02-223 2200 660 180 64 23 9.8 4.3 2.2 CHR02-313 2300 680 230 78 31 14 6.7 3.6 CHR02-653 5000 1800 530 180 65 26 12 5.8 单位:K 五、电性能参数表1 工作电压1V AC(50Hz ~ 2 K Hz 检测范围20%~ 90% RH 检测精度±5% 工作温度范围最高使用温度0℃~+85℃120℃ *
高分子片式钽电容器的应用问题分析
高分子片式钽电容器的应用问题分析 传统的片式钽电容器阴极为电子电导型的二氧化锰，由于二氧化锰是一种半导体，因此，此类片式钽电容器的阻抗较高。由于电容器阻抗ESR[也叫等效串联电阻]和电容器的容量CR及测试或使用频率有如下数学关系； ESR=Tgδ/2πfC R 式中；ESR 为等效串联电阻，单位为欧姆。 Tgδ为产品损耗。单位为% π为3.14159265 f为测试频率.单位是H Z C R为该只电容器的额定容量 因此,当该只电容器的本身ESR较大时,电容器可以工作的滤波频率范围就受到严格限制.因为该只电容器的谐振频率f0将较低.因此该电容器可以应用的频率范围就较低.见下式; 电容器的谐振频率与电容器各参数间的数学关系如下; f0=1/2πRC 式中; f0为该只阻抗和容量一定的电容器的谐振点.单位为H Z π为3.14159265 C为该只电容器的实际测试容量 R为等效串联电阻，单位为欧姆 任何一只电容器的各参数间都有上述的数学关系,因此,不同种类的电容器适合于不同滤波频率的电路.当电容器的参数与电路参数不匹配时,该电容器会失效或滤波效果不佳. 电子技术的进步来源于工作频率的不断增加,这样,任何一种电子产品的功能才能更强大,在一定的时间内能够处理的信号的速度才能更快.因此,整机技术的进步决定了电容器的可适用工作频率范围也必须扩大,特别是滤波电路里使用的
片式钽电容器和其它种类的电容器,其工作频率范围决定了其适应的电路类型甚至市场空间. 为了使片式钽电容器能够使用在更高频率的滤波电路里信号失真度更小,现在的片式钽电容器的阴极改为一种能够导电的高分子材料-聚噻吩. 聚噻吩是一种新型导电聚合物,其高温稳定性优良,电阻率接近普通金属,由于片式钽电容器的阻抗有很大一部分来自于阴极材料的自有阻抗,因此,使用高导电率聚噻吩作阴极的片式钽电容器的自有高频阻抗ESR可以大幅度地降低数倍甚至一个数量级.这样,使用高分子作阴极的片式钽电容器就可以使用在工作频率更高的滤波电路. 由于聚噻吩属于典型的导电有机物,因此,其具有的有机物物理特征又使片式钽电容器的基本性能发生了很多变化; 1.可以使用到工作频率更高的滤波电路. 2.由于高分子材料呈软态,因此,当电路中瞬间产生的电脉冲或电压及电流浪 涌时,压电效应导致的介质层晶体位移不会与阴极产生突然的挤压效应而 破裂,因此,使用在此类滤波电路中,高分子片式钽电容器不需要大幅度降额; 低压产品只需要降额10%,高压产品只需要降额20%就可以在此类电路中获得更高的可靠性. 3.在出现意外的击穿现象时,高分子产品不会象二氧化锰阴极的片式钽电容 器那样会迅速爆炸甚至燃烧,其安全性较佳. 但是,高分子产品短路时不爆炸燃烧的特性同时也会带来其它问题,当短路发生时,它不会像普通片式电容器一样迅速先短路马上又开路,而是一直处于短路状态,必须长时间存在更大的多的电流才能烧毁.因此,如果发生失效问题,必须迅速拆除该只产品才能使电路恢复正常,否则,只要电路处于有电状态,电路一直会处于短路状态而不能重新启动. 高分子片式钽电容器的开发主要是为了使其能够使用在工作频率更高的滤波电路,当使用到大功率的储能充放电电路里时,必须充分考虑到其一旦短路不能够迅速断开的固有缺陷.同时,必须考虑到不同电路类型对电容器基本性能的不同要求. 使用在大功率充放电电路里的电容器必须满足如下要求; 1. . 该电容器必须具有尽可能低的直流漏电流;
湿度传感器HS1101
湿度传感器HS1101 1引言 湿度传感器是根据某种物质从其周围空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，从而获得该物质的吸水量和周围空气的湿度。 湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，由于它具有灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。但电阻对温度的敏感因而限制了器件在较大温度范围内的应用，因而电容湿度传感器越来越受到重视。 2 湿敏元件及变送器芯片特性 目前，生产湿敏电容的主要厂家是法国Humirel 公司。它生产的HS1101 测 量范围是0%,100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不大于?2%RH;响应时间小于5S;湿度系数为0.34PF/?;年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。图1 为HS1101 湿敏电容的湿度-电容响应曲线。 湿度变送器采用了美国 BB 公司生产的XTR105芯片，该变送器具有以下特点: a 工作范围宽; b 测量精度高; c 电路简单; d 可靠性好，使用寿命长; e 抗干扰能力强; f 工作温度范围宽(-40,+85?)
3 湿度测量电路 HS1101在电路中相当于一个电容器件，它的电容量随着所测空气湿度的增加而增大，为了能将电容的变化转换成电压的变化，我们设计了振荡电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转换电路、放大电路等，其工作原理简图如图2 所示。 3.1 振荡电路 振荡电路的作用是将电容的变化量转化为频率可变的方波。由图3 可知，这是一个非对称多谐振荡器。或非门G1 工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2 的静 态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。
高分子湿度传感器的研制
基金项目:部级预研项目基金资助(323030411)收稿日期:2004-10-18 收修改稿日期:2005-06-24 高分子湿度传感器的研制 陈翠萍,蒋 波,谢光忠,蒋亚东 (电子科技大学光电子信息学院新型传感器教育部重点实验室,四川 成都 610054) 摘要:通过对湿敏材料—聚酰亚胺(PI )的湿敏机理的分析,设计了高分子电容式湿度传感器的芯 片结构,并对其制作工艺进行了详细讨论。在此基础上,对传感器变送电路进行了研究,设计了以双时基电路为主的信号处理电路,并最终制备出了输出电压随环境相对湿度线性变化的湿度传感器。对湿度传感器的湿敏特性的测试表明:在1182%～91104%RH 范围内,带湿度处理电路的湿度传感器输出的信号与环境的相对湿度成线性变化,电路能对湿度电容输出电容量进行放大。关键词:聚酰亚胺;传感器;湿度中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2005)10-0004-03 R esearch on H igh Polymer C apacitive H umidity Sensor CHEN Cui 2ping ,JIANG ,Xie G uang 2zhong ,JIANG Ya 2dong (Ministry of Education K ey Laboratory of N ovel T ransducers ,School of Optical and E lectrical In formation ,University of E lectronic Science &T echnology of China ,Chengdu ,610054,China ) Abstract :Through the analysis of the polyimide humidity sensitive mechanism ,the structure of humidity sens or was designed and the humidity sens or manu facture process was discussed in detailed.Through the research of the sens or transducer circuit ,the signal process circuit was designed mainly through dual timer IC.Finally ,the humidity sens or ,which the change of output v oltage followed was fabricated.The test for the sensitivity of humidity sens or shows that the humidity sensitive curve is very linear corresponding to en 2vironment humidity from 1.82%RH to 91.04%RH ,and the signal process circuit could amplify the output capacity which represents change of environment humidity.K ey Words :P olyimide ;Sens or ;Humidity 1 引言 湿度的检测和控制不容忽视[1-4],高分子电容型薄膜湿度传感器是最优秀的一类湿度传感器,它响应范围宽、响应速度快、湿滞小、精度高、温度系数小、长期稳定性好[5],而聚酰亚胺是高分子电容型湿度传感器中研究的最广泛的材料之一[6]。聚酰亚胺(PI )高分子薄膜传感器具有耐热、高温介电稳定性好、耐化学腐蚀、温度系数小、与硅工艺兼容等特性[7]。而且,敏感薄膜聚酰亚胺的预聚物聚酰胺酸是可以溶于有机溶剂的,这种具有一定粘性的混合溶液可用类似半导体工艺中匀胶的方法旋涂在叉指电极上,再在一定的温度下使有机溶剂挥发,再升温,使聚酰胺酸脱水固化形成聚酰亚胺薄膜。运用该工艺,聚酰亚胺薄膜的膜厚容易控制,重复性很高,制作的湿度传感器成本低,精度高,有利于大批量生产。2 传感器的工作原理、敏感结构与制作工艺 当空气湿度发生变化时,PI 膜暴露于空气的部分可通过吸湿、脱湿和水分子的扩散作用使上、下电极之间的PI 层的含水量发生变化,达到平衡时,PI 膜 微孔隙中水分子浓度与空气中水分子浓度相当。实 践证明:PI 膜的电容量与空气湿度在很大范围内存在一线性关系,所以测量介质膜电容的变化量可知空气的湿度。电容式湿度传感器的工作原理是基于两电极之间介质膜的介电常数εr 随环境湿度的变化而变 化,从而导致电容C 的变化。 [8]C = ε0εr S (%RH )d 式中:S 为电极的有效面积;d 为两电极之间的距离;ε0为真空电容率;%RH 为相对湿度。 图1 聚酰亚胺湿度传感器芯片结构 基于此原理,设计了如图1所示的聚酰亚胺湿度传感器芯片结构。采用图1结构制成的聚酰亚胺湿度传感器芯片(以下简称湿敏电容),由于采用了与集成电路兼容的工艺制作,有利于批量生产,所以该产 2005年 第10期 仪表技术与传感器 Instrument T echnique and Sens or 2005 No 110
湿度传感器原理及其应用
湿度传感器的原理及其应用 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类及感湿特点 湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点： 1、精度和长期稳定性 湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。 2、湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般 0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。 3、湿度传感器的供电 金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 4、互换性 目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。 5、湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。 二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法 在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。
无源传感器
第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 一、组成原理 图４－1-1 二、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 x L R R x ?= x L U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程 x ——触点位移? ??角位移线位移 2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R U U x ?= 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器 图4－1－2 五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器 （一）应变电阻效应——应变使电阻变化 1、 应变：图4-1-3 纵向线应变l dl /=ε 横向线应变με-=r dr / l dr r dr //- =μ泊松比
面应变 με22 /-==r dr A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A dA L dl V dV 2、导体电阻及其变化 A L R ?=ρ ρ ρ εμd A dA L dL R dR + +=-=)21( 金属材料 εμρ ρ)21(-==c v dv c d 半导体材料 επρ ρ E d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3、应变效应表达式： ε00 K R R =? ε 0/R R K ?= （应变材料的灵敏系数）： 金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变片 1、组成结构——图4-1-4 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 ε R R K /?= y y x x k k R R εε+=?x x H k εα)1(+=x k ε= x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变 )0(<-== αμεεαx y
湿度传感器原理与应用知识
湿度传感器原理与应用知识 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类 湿度传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。有关湿度测量，早在16世纪就有记载。许多古老的测量方法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今仍被广泛采用。现代工业技术要求高精度、高可靠和连续地测量湿度，因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。 湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。利用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如，利用水分子附着或浸入某些物质后，其电气性能（电阻值、介电常数等）发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；利用水分子附着后引起材料长度变化，可制成尺寸变化式湿敏元件，如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水性能，不仅有物理吸附，而且有化学吸附，可制成金属氧化物湿敏元件。这类元件在应用时附着或浸入被测的水蒸气分子，与材料发生化学反应生成氢氧化物，或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以全部脱出，使重复使用时元件的特性不稳定，测量时有较大的滞后误差和较慢的反应速度。目前应用较多的均属于这类湿敏元件。另一类非亲和力型湿敏元件利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。例如，利用热力学方法测量的热敏电阻式湿度传感器，利用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。 1、电解质湿敏元件 利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化制成的湿敏元件。最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。从1938年顿蒙发明这种元件以来，在较长的使用实践