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1、3.3 电容式湿敏传感器,电容性湿敏传感器Capacitive humidity sensor,3.3 电容式湿敏传感器,电容式湿敏传感器是有效利用湿敏元件电容量随湿度变化的特性来进行测量的，通过检测其电容量的变化值，从而间接获得被测湿度的大小。,电容式湿敏传感器结构图,电容式湿敏元件的市场分析,电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机
2、补偿修正，使湿度出现阶跃性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1%RH的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差，大多数电容式湿敏元件不具备40以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。,电容式湿敏元件的市场分析,电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、静电失效等现象，金属氧化物为陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵元件就会失效，往往采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境
3、下不能使用，氧化铝感湿材料无法克服其表面结构天然老化的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。,3.4 其他类型湿敏传感器,前面所介绍的几种湿敏传感器都是属于水分子亲和力型湿敏传感器，另外一种类型是非水分子亲和力型湿敏传感器。主要包括以下几类：热敏电阻式湿敏传感器红外线吸收式湿敏传感器超声波式湿敏传感器微波水分传感器,热敏电阻式湿敏传感器,（1）原理及绝对湿度测量 下图所示为热敏电阻式湿敏传感器的桥路，热敏电阻R1、R2是电桥的两个臂。电源E所供电流的焦尔热使处于工作状态的R1、R2保持在200度左右的温度。R1、R2的组装结构如图示1344（b）。,热敏电阻式湿敏
4、传感器,（2）性能与特点热敏电阻式湿敏感器的输出电压与绝对湿度成正比。传感器不用湿敏功能材料，因而不存在滞后误差。从理论上看，传感器的测湿响应速度应该是极其迅速的。很难在较宽的范围内将电桥调平衡，从而导致湿敏传感器成本较高。,热敏电阻式湿敏传感器,利用热敏电阻作湿敏元件。传感器中有组成桥式电路的珠状热敏电阻R1和R2,电源供给的电流使R1、R2保持在200左右的温度。其中R2装在密封的金属盒内，内部封装着干燥空气，R1置于与大气相接触的开孔金属盒内。将R1先置于干燥空气中，调节电桥平衡，使输出端A、B间电压为零，当R1接触待测含湿空气时，含湿空气与干燥空气产生热传导差，使R1受冷却，电阻值增高
5、，A、B间产生输出电压，其值与湿度变化有关。热敏电阻式湿敏传感器的输出电压与绝对湿度成比例，因而可用于测量大气的绝对湿度。传感器是利用湿度与大气导热率之间的关系作为测量原理的，当大气中混入其他特种气体或气压变化时，测量结果会有程度不同的影响。此外，热敏电阻的位置对测量也有很大影响。但这种传感器从可靠性、稳定性和不必特殊维护等方面来看，很有特色，现已用于空调机湿度控制，或制成便携式绝对湿度表、直读式露点计、相对湿度计、水分计等。,水蒸汽可以吸收某波长的红外线，利用这个现象能够制成红外吸收式湿敏传感器。,红外线吸收式湿敏传感器,红外线吸收式湿敏传感器,60年代中期，美国气象局以波长为1.37微米和
6、1.25微米的红外光分别作敏感光束和参考光束，研制成红外线吸收式湿度传感器。这种传感器采用装有0滤光片和 滤光片的旋转滤光片，当光源通过旋转滤光片时，轮流地选择波长为0和 的红外光束,两条光束通过被测湿度的样气抵达光敏元件,由于波长为0的光束不被水蒸气吸收，其光强仍为I0，波长为的光束被水蒸气部分吸收，光强衰减为I。采用朗伯贝尔法测量。,红外线吸收式湿敏传感器,式中I0为光源光强度，I为光敏元件处的光强度，为吸收系数,c为待测含水蒸气的浓度,l为光路长度。根据光强度的变化，将光敏元件上的信号处理后可获得正比于水蒸气浓度 c的电信号。红外线吸收式湿度传感器属非水分子亲和力型湿敏元件，测量精度和灵
7、敏度较高，能够测量高温或密封场所的气体湿度，也能解决其他湿度传感器不能解决的大风速或通风孔道环境中的湿度测量问题。缺点是结构复杂，光路系统存在温度漂移现象。,超声波式湿敏传感器,下图所示方法可以测得空气绝对湿度，经变换可测出相对湿度传感器的基本结构是在对置的超声波换能器之间加设一个温度传感器。超声波换能器之一发送超声波（图中未画），另一只则接收超声波（即图中的超声波换能器）。,超声波式湿敏传感器,超声波在空气中的传播速度与温度、湿度有关，利用这一特性可制成超声波式湿度传感器。传感器由超声波气温计和铂丝电阻测温计组成，前者的测量数据与湿度有关，后者的测量数据只与温度有关，按照超声波在干燥空气和含
8、湿空气中的传播速度可计算出空气的绝对湿度。超声波湿度传感器有很多优点，它的测湿数据比较准确，响应速度快，可以测出某一极小范围的绝对湿度而不受辐射热的影响。这种传感器尚处于研制阶段。,微波水分传感器,微波水分传感器是利用微波在水蒸汽的空气中传播，水汽吸收微波使其产生损耗而制成的。其工作原理示意图见下图。,微波水分传感器,利用微波电介质共振系统的品质因数随湿度变化的机理制成的传感器。微波共振器采用氧化镁-氧化钙-二氧化钛陶瓷体，共振器与耦合环构成共振系统，含水蒸气的气体进入传感器腔体后改变原共振系统的品质因数，其微波损失量与湿度成线性关系。这种传感器的测湿范围为相对湿度4095%，在温度050时，精度可达2%。微波式湿度传感器具有非水分子亲和力型湿敏元件的优点，又由于采用陶瓷材料作共振系统，故可加热清洗，且坚固耐用。缺点是对微波电路稳定性要求甚高。,
