【正文】 某一相對(duì)濕度范圍內(nèi) ， 相對(duì)濕度改變 1％ RH時(shí) ， 濕度傳感器電參量的變化值或百分率 。 感濕特征量隨環(huán)境溫度的變化越小 ， 環(huán)境溫度變化所引起的相對(duì)濕度的誤差就越小 。 它表示在兩個(gè)規(guī)定的溫度下 ， 濕度傳感器的電阻值(或電容值 )達(dá)到相等時(shí) ， 其對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度之差與兩個(gè)規(guī)定的溫度變化量之比 ， 稱為感濕溫度系數(shù) 。 THH?? 21(%RH/℃ )= 35 相對(duì)濕度 /% H1 H2 H2 感濕溫度系數(shù)示意圖 相對(duì)濕度 /% H1 H2 H2 R C T2 T2 T2 T2 25℃ 25℃ (a) 電阻型 (b)電容型 36 響應(yīng)時(shí)間 在一定溫度下，當(dāng)相對(duì)濕度發(fā)生躍變時(shí)，濕度傳感器的電參量達(dá)到穩(wěn)態(tài)變化量的規(guī)定比例所需要的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間又分為 吸濕響應(yīng)時(shí)間 和 脫濕響應(yīng)時(shí)間 。 右圖表示濕度傳感器的電阻與外加交流電壓之間的關(guān)系。在高濕時(shí)，頻率對(duì)阻值的影響很小，當(dāng)?shù)蜐窀哳l時(shí)，隨著頻率的增加，阻值下降。 39 三 、 電解質(zhì)濕度傳感器 電解質(zhì)是以離子形式導(dǎo)電的物質(zhì)，分為 固體電解質(zhì) 和 液體電解質(zhì) 。具有許多優(yōu)點(diǎn)：測(cè)濕范圍寬，可實(shí)現(xiàn)全濕范圍內(nèi)的濕度測(cè)量；工作溫度高，常溫濕度傳感器的工作溫度在 150℃ 以下，而高溫濕度傳感器的工作溫度可達(dá) 800℃ ，響應(yīng)時(shí)間較短，精度高，抗污染能力強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。 除 Fe3O4外 ，都為負(fù)特性濕度傳感器 ， 即隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加 ，阻值下降 。粒間氣孔與顆粒大小無關(guān) , 相當(dāng)于一種開口毛細(xì)管 ,容易吸附水分。當(dāng)相對(duì)濕度由 0變?yōu)?100％ RH時(shí)，阻值從107Ω下降到 104Ω，即變化了三個(gè)數(shù)量級(jí)。 20 40 60 80 100 103 104 105 106 107 108 相對(duì)濕度 /% 20℃ 40℃ 60℃ 80℃ R/Ω MgCr2O4TiO2系濕度傳感器的電阻 — 溫度特性 48 MgCr2O4TiO2系濕度傳感器的時(shí)間響應(yīng)特性 20 40 60 80 100 0 10 20 30 94%RH 50%RH 1%RH 50%RH t /s %RH （ 3） 響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間特性如圖。 50 五 、 高分子濕度傳感器 用有機(jī)高分子材料制成的濕度傳感器，主要是利用其吸濕性與脹縮性。感濕高分子材料的介電常數(shù)并不大 ，當(dāng)水分子被高分子薄膜吸附時(shí) ， 介電常數(shù)發(fā)生變化 。當(dāng)測(cè)試頻率為 ,其輸出特性有良好的線性度。 引線端 感濕膜 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu) 梳狀電極 基片 54 主要特性 （ 1） 電阻 — 濕度特性 當(dāng)環(huán)境濕度變化時(shí) ， 傳感器在吸濕和脫濕兩種情況的感濕特性曲線 ， 如圖 。 3%RH 電阻 — 濕度特性 55 （ 2） 溫度特性 聚苯乙烯磺酸鋰的電導(dǎo)率隨溫度的變化較為明顯，具有負(fù)溫度系數(shù)。 這種濕度傳感器具有良好的穩(wěn)定性 。 電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的 ， 在直流電源作用下 ， 正 、 負(fù)離子必然向電源兩極運(yùn)動(dòng) ， 產(chǎn)生電解作用 ， 使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下 ， 正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng) ， 不會(huì)產(chǎn)生電解作用 ， 感濕膜不會(huì)被破壞 。 58 2． 溫度補(bǔ)償 濕度傳感器具有正或負(fù)的溫度系數(shù) ， 其溫度系數(shù)大小不一 ， 工作溫區(qū)有寬有窄 。 59 3． 線性化 濕度傳感器的感濕特征量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系不是線性的，這給濕度的測(cè)量、控制和補(bǔ)償帶來了困難。 電橋的一臂為濕度傳感器 ，由于濕度變化使?jié)穸葌鞲衅鞯淖柚蛋l(fā)生變化 ， 于是電橋失去平衡 ， 產(chǎn)生信號(hào)輸出 ， 放大器可把不平衡信號(hào)加以放大 ， 整流器將交流信號(hào)變成直流信號(hào) ， 由直流毫安表顯示 。由于測(cè)濕電路可以獲得較強(qiáng)信號(hào) ， 故可以省去電橋和放大器 ， 可以用市電作為電源 ， 只要用降壓變壓器即可 。 該電路的濕度電壓特性及溫度特性表明：在 (30％ ～ 90％ )RH、 15℃ ～ 35℃ 范圍內(nèi) ， 輸出電壓表示的濕度誤差不超過 3％ RH。 歐姆定律電路 ~220V 22kΩ 51kΩ 3V 2AP9╳ 4 輸入 Rd 插口 F╳ 2 63 3． 帶溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量電路 在實(shí)際應(yīng)用中 ， 需要同時(shí)考慮對(duì)濕度傳感器進(jìn)行線性處理和溫度補(bǔ)償 ， 常常采用運(yùn)算放大器構(gòu)成濕度測(cè)量電路 。 電橋法適合于氯化鋰濕度傳感器 。下圖為濕度傳感器測(cè)量電路原理框圖。 對(duì)于半導(dǎo)體陶瓷傳感器 ， 其電阻與溫度的的關(guān)系一般為指數(shù)函數(shù)關(guān)系 ， 通常其溫度關(guān)系屬于 NTC型 ， 即 ?????? ?? AHTBRR e xp0H：相對(duì)濕度； T：絕對(duì)溫度； R0：在 T=0℃ 相對(duì)濕度 H=0時(shí)的阻值； A：濕度常數(shù)； B：溫度常數(shù)。在高頻情況下，測(cè)試引線的容抗明顯下降，會(huì)把濕敏電阻短路。 高分子薄膜濕度傳感器的缺點(diǎn)是：對(duì)于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境下測(cè)濕時(shí)，器件易損壞；另外不能用于 80℃以上的高溫。 0 40 20 104 60 80 100 50℃ 10 102 103 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的濕度特性 25℃ 40℃ R/Ω 相對(duì)濕度 /% 56 （ 3） 其它特性 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的升濕響應(yīng)時(shí)間比較快 ，降濕響應(yīng)時(shí)間比較慢 ， 響應(yīng)時(shí)間在一分鐘之內(nèi) 。 吸濕和脫濕時(shí)濕度指示的最大誤差值為(3～ 4)％ RH。可外接轉(zhuǎn)換電路 ,使電容 —濕度特性趨于理想直線。 52 （ 2） 響應(yīng)特性 由于高分子薄膜可以做得極薄 ， 所以吸濕響應(yīng)時(shí)間都很短 ， 一般都小于 5s， 有的響應(yīng)時(shí)間僅為 1s。 （ 一 ） 電容式濕度傳感器 結(jié)構(gòu) 高分子薄膜電介質(zhì)電容式濕度傳感器的基本結(jié)構(gòu)。 49 （ 4） 穩(wěn)定性 制成的 MgCr2O4TiO2系陶瓷類濕度傳感器 ， 需要實(shí)驗(yàn)：高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn) (大氣中 ， 溫度 150℃ ， 交流電壓 5V， 時(shí)間104h)；高溫高濕負(fù)荷試驗(yàn) (濕度大于 95％ RH， 溫度 60℃ ，交流電壓 5V， 時(shí)間 104h)；常溫常濕試驗(yàn) [濕度 (10～ 90)％ RH， 溫度 (–10℃ ～＋ 40℃ )]；油氣循環(huán)試驗(yàn) (油蒸氣? 加熱清洗循環(huán) 25萬次 ， 交流電壓 5V)。從圖可見，從 20℃ 到 80℃ 各條曲線的變化規(guī)律基本一致，具有負(fù)溫度系數(shù)，其感濕負(fù)溫度系數(shù)為 –％ RH／ ℃ 。 陶瓷濕敏元件結(jié)構(gòu)圖 護(hù)圈電極 感濕陶瓷 氧化釕電極 加熱器 基板 電極引線 46 主要特性與性能 （ 1） 電阻一濕度特性 MgCr2O4－ TiO2系陶瓷濕度傳感器的電阻一濕度特性，隨著相對(duì)濕度的增加，電阻值急驟下降，基本按指數(shù)規(guī)律下降。 45 結(jié)構(gòu) 該濕度傳感器的感濕體是 MgCr2O4TiO2系多孔陶瓷。此外 ， 還有 TiO2V2O5 系 、 ZnO － Li2O － V2O5 系 、ZnCr2O4系 、 ZrO2－ MgO系 、 Fe3O4系 、 Ta 2O5系等 。電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與溶液的濃度有關(guān)，而溶液的濃度，在一定的溫度下又是環(huán)境相對(duì)濕度的函數(shù)。濕度傳感器的使用頻率上限由實(shí)驗(yàn)確定。但交流電壓大于 15V時(shí)，由于產(chǎn)生焦耳熱，對(duì)濕度傳感器的阻 ——濕特性產(chǎn)生了較大影響，因而一般濕度傳感的使用電壓都小于 10V。 37