【正文】 廠的濕度控制； – 電子儀器及家用電器的濕度控制； – 氣象觀測(cè)； – 軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)及儲(chǔ)存； ?濕度傳感器的主要參數(shù) 濕度量程 指濕度傳感器技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的感濕范圍 。 全濕度范圍用相對(duì)濕度 (0～ 100)％ RH表示 ， 它是濕度傳感器工作性能的一項(xiàng)重要指標(biāo) 。 感濕特征量 —— 相對(duì)濕度特性 每種濕度傳感器都有其感濕特征量，如電阻、電容等，通常用電阻比較多。以電阻為例，在規(guī)定的工作濕度范圍內(nèi)，濕度傳感器的電阻值隨環(huán)境濕度變化的關(guān)系特性曲線，簡(jiǎn)稱 阻濕特性 。有的濕度傳感器的電阻值隨濕度的增加而增大，這種為 正特性濕敏電阻器 ，如 Fe3O4濕敏電阻器。有的阻值隨著濕度的增加而減小，這種為 負(fù)特性濕敏電阻器 ，如 TiO2－ SnO2陶瓷濕敏電阻器。對(duì)于這種濕敏電阻器，低濕時(shí)阻值不能太高，否則不利于和測(cè)量系統(tǒng)或控制儀表相連接。 感濕靈敏度 簡(jiǎn)稱靈敏度 ， 又叫濕度系數(shù) 。 其定義是在某一相對(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 。 各種不同的濕度傳感器，對(duì)靈敏度的要求各不相同，對(duì)于低濕型或高濕型的濕度傳感器，它們的量程較窄，要求靈敏度要很高。但對(duì)于全濕型濕度傳感器，并非靈敏度越大越好，因?yàn)殡娮柚档膭?dòng)態(tài)范圍很寬，給配制二次儀表帶來不利，所以靈敏度的大小要適當(dāng)。 特征量溫度系數(shù) 反映濕度傳感器在感濕特征量 —— 相對(duì)濕度特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性 。 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 。 在環(huán)境溫度保持恒定時(shí) ， 濕度傳感器特征量的相對(duì)變化量與對(duì)應(yīng)的溫度變化量之比 ， 稱為 特征量溫度系數(shù) 。 100121 ???TRRR100121 ???TCCCΔ T—— 溫度 25℃ 與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； R1(C1)—— 溫度 25℃ 時(shí)濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )； R2(C2)—— 另一規(guī)定環(huán)境溫度時(shí)濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )。 電容溫度系數(shù) (%/℃ )= 電阻溫度系數(shù) (%/℃ )= 感濕溫度系數(shù) 反映濕度傳感器溫度特性的一個(gè)比較直觀 、 實(shí)用的物理量 。 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) 。 或環(huán)境溫度每變化 1℃ 時(shí) ， 所引起的濕度傳感器的濕度誤差 。 感濕溫度系數(shù) ΔT —— 溫度 25℃ 與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； H1—— 溫度 25℃ 時(shí)濕度傳感器某一電阻值 (或電容值 )對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度值； H2—— 另一規(guī)定環(huán)境溫度下濕度傳感器另一電阻值 (或電容值 )對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度 。 下圖為感濕溫度系數(shù)示意圖 。 THH?? 21(%RH/℃ )= 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 T1 T2 T1 T2 25℃ 25℃ (a) 電阻型 (b)電容型 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。一般是以相應(yīng)的起始和終止這一相對(duì)濕度變化區(qū)間的 63％作為相對(duì)濕度變化所需要的時(shí)間，也稱時(shí)間常數(shù)，它是反映濕度傳感器相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí)，其反應(yīng)速度的快慢。單位是 s。也有規(guī)定從起始到終止 90％的相對(duì)濕度變化作為響應(yīng)時(shí)間的。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 。大多數(shù)濕度傳感器都是脫濕響應(yīng)時(shí)間大于吸濕響應(yīng)時(shí)間，一般以脫濕響應(yīng)時(shí)間作為濕度傳感器的響應(yīng)時(shí)間。 濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化 ， 并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化 ， 將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號(hào)的器件 。 濕度檢測(cè)較之其它物理量的檢測(cè)顯得困難 ，這首先是因?yàn)榭諝庵兴魵夂恳瓤諝馍俚枚啵涣硗?， 液態(tài)水會(huì)使一些高分子材料和電解質(zhì)材料溶解 ，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿 ， 使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化 ，從而喪失其原有的性質(zhì)；再者 ， 濕信息的傳遞必須靠水對(duì)濕敏器件直接接觸來完成 ， 因此濕敏器件只能直接暴露于待測(cè)環(huán)境中 ， 不能密封 。 通常 ， 對(duì)濕敏器件有下列要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好 ， 響應(yīng)時(shí)間短 ， 壽命長(zhǎng) ， 有互換性 ， 耐污染和受溫度影響小 等 。微型化 、 集成化及廉價(jià)是濕敏器件的發(fā)展方向 。 ?碳膜及硒膜濕度傳感器 ?金屬氧化物陶瓷濕度傳感器 ?金屬氧化物膜濕度傳感器 ?高分子材料濕度傳感器 ?電解質(zhì)濕度傳感器 ?水晶振子濕度傳感器 水分子親和力型 ?非水分子親和力型傳感器 ?熱敏電阻式濕度傳感器 ?紅外濕度傳感器 ?微波濕度傳感器 ?超聲波濕度傳感器 毛發(fā)濕度計(jì) ?利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時(shí)伸長(zhǎng)，干燥時(shí)縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器。 人的頭發(fā)有一種特性，它吸收空氣中水汽的多少是隨相對(duì)濕度的增大而增加的，而毛發(fā)的長(zhǎng)短又和它所含有的水分多少有關(guān)。利用這一變化即可制造毛發(fā)濕度計(jì)。 ? 用酒精等物將毛發(fā)洗凈除油脂，以毛發(fā)十根為一束裝置在容器中，利用杠桿原理，擴(kuò)大它的伸縮藉指針直接在刻度板上指出濕度。 ?它的測(cè)濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于10℃ 時(shí)使用。 毛發(fā)濕度計(jì) 干濕球濕度表 ? 用一對(duì)并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測(cè)氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。 ?當(dāng)空氣未飽和時(shí)，濕球因表面蒸發(fā)需要消耗熱量，從而使?jié)袂驕囟认陆?。與此同時(shí)，濕球又從流經(jīng)濕球的空氣中不斷取得熱量補(bǔ)給。當(dāng)濕球因蒸發(fā)而消耗的熱量和從周圍空氣中獲得的熱量相平衡時(shí)，濕球溫度就不再繼續(xù)下降，從而出現(xiàn)一個(gè)干濕球溫度差。 ?干濕球溫度差值的大小，主要與當(dāng)時(shí)的空氣濕度有關(guān)?？諝鉂穸仍叫?，濕球表面的水分蒸發(fā)越快，濕球溫度降得越多，干濕球的溫差就越大；反之，空氣濕度越大，濕球表面的水分蒸發(fā)越慢，濕球溫度降得越少，干濕球的溫差就越小。 干濕球濕度表 一 、 氯化鋰濕敏電阻 氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解 ， 離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測(cè)濕元件 。 它由引線 、 基片 、 感濕層與電極組成 ， 如圖所示 。 濕敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖 12341— 引 線 ； 2— 基 片 ；3— 感 濕 層 ； 4— 金 電 極（電解質(zhì)濕度傳感器） 氯化鋰濕度 —電阻特性曲線 吸附脫附15 ℃7 . 06 . 56 . 05 . 55 . 04 . 54 . 040 50 60 70 80 90相 對(duì) 濕 度 / % R H電阻值的對(duì)數(shù) /??二 、 陶瓷濕敏電阻 通常 ， 是用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體材料混合燒結(jié)而成為多孔陶瓷 。 這些材料有 ZnOLiO2V2O5系 、 SiNa2OV2O5系 、 TiO2MgOCr2O3系 、 Fe3O4等 ， 前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降 ， 故稱為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷 ， 最后一種的電阻率隨濕度增加而增大 ， 故稱為正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷 (簡(jiǎn)稱半導(dǎo)瓷 )。 1. 負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理 由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場(chǎng) ， 當(dāng)水在半導(dǎo)瓷表面吸附時(shí) ， 就有可能從半導(dǎo)瓷表面俘獲電子 ， 使半導(dǎo)瓷表面帶負(fù)電 。 如果該半導(dǎo)瓷是Ｐ型半導(dǎo)體 ， 則由于水分子吸附使表面電勢(shì)下降 ， 將吸引更多的空穴到達(dá)其表面 ， 于是 ， 其表面層的電阻下降 。 若該半導(dǎo)瓷為Ｎ型 ， 則由于水分子的附著使表面電勢(shì)下降 ， 如果表面電勢(shì)下降較多 ， 不僅使表面層的電子耗盡 ， 同時(shí)吸引更多的空穴達(dá)到表面層 ， 有可能使到達(dá)表面層的空穴濃度大于電子濃度 ， 出現(xiàn)所謂表面反型層 ， 這些空穴稱為反型載流子 。 它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性 。 因此 ， 由于水分子的吸附 ， 使 N型半導(dǎo)瓷材料的表面電阻下降 。 由此可見 ， 不論是Ｎ型還是Ｐ型半導(dǎo)瓷 ， 其電阻率都隨濕度的增加而下降 。 圖 99表示了幾種負(fù)特性半導(dǎo)瓷阻值與濕度之關(guān)系 。 幾種半導(dǎo)瓷濕敏負(fù)特性 0 20 40 60 80 1 0 0相 對(duì) 濕 度 / % R H106105104103電阻 / ?1231 —Z n O —L iO2—V2O5系；2 —S i —N a2O —V2O5系；3 —T iO2—M g O —C r2O3系2. 正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理 正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理的解釋可以認(rèn)為這類材料的結(jié)構(gòu) 、 電子能量狀態(tài)與負(fù)特性材料有所不同 。 當(dāng)水分子附著半導(dǎo)瓷的表面使電勢(shì)變負(fù)時(shí) ， 導(dǎo)致其表面層電子濃度下降 ， 但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型程度 ， 此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主 。 于是 ， 表面電阻將由于電子濃度下降而加大 ， 這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大 。 圖 910給出了 Fe3O4正特性半導(dǎo)瓷濕敏電阻阻值與濕度的關(guān)系曲線 。 從圖 99與圖 910可以看出 ， 當(dāng)相對(duì)濕度從0%RH變化到 100%RH時(shí) ， 負(fù)特性材料的阻值均下降 3個(gè)數(shù)量級(jí) ，而正特性材料的阻值只增大了約一倍 。 Fe3O4半導(dǎo)瓷的正濕敏特性 0 20 40 60 80 1 0 0相 對(duì) 濕 度 / % R H801 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 0電阻 / ?3. 典型半導(dǎo)瓷濕敏元件 （ 1） MgCr2O4TiO2濕敏元件 MgCr2O4TiO2陶瓷 陶 瓷 基 片固 定 端 子金 屬 電 極加 熱 線 圈濕 敏 陶 瓷 片引線?生產(chǎn)過程 ：按適當(dāng)比例配料 —加水研磨 —干燥 —模壓成型 —放入燒結(jié)爐內(nèi)高溫?zé)Y(jié) 2小時(shí) —切割成4 5 。 ?陶瓷片氣孔率為 25%～30%，孔徑小于 1181。m，表面積增大，具有良好的吸濕性。 （ 2） ZnOCr2O3陶瓷濕敏元件 ZnOCr2O3陶瓷濕敏傳感器結(jié)構(gòu) 濾網(wǎng)引線樹 脂 固 封多 孔 金 電 極陶 瓷 燒 結(jié) 元 件塑 料 外 殼 （ 3） 四氧化三鐵 （ Fe3O4） 濕敏器件 引線滑 石 板金 電 極Fe3O4膠粒Fe3O4濕敏元件構(gòu)造 三、 水分傳感器 工作原理 ：只要采用兩個(gè)電極把被測(cè)介質(zhì)夾緊，或者使兩電極插入介質(zhì)中，通過檢測(cè)兩極間的電阻值便可知介質(zhì)的水分含量。 ?介質(zhì)的水分和電阻的關(guān)系 在低水分區(qū)為指數(shù)特性 ，其電阻值隨介質(zhì)水分的增大而呈指數(shù)下降。 谷物水分傳感器 紙張水分傳感器 電容水分傳感器 通常檢測(cè)介質(zhì)的水分，常使用變介電常數(shù)式電容傳感器。 hdDClg)( 0?? ??微波水分傳感器 濕度傳感器應(yīng)用實(shí)例 ? 雞、鴨雛室濕度控制器 濕度傳感器應(yīng)用實(shí)例 汽車后窗玻璃自動(dòng)去濕裝置 濕度傳感器應(yīng)用實(shí)例 盆花缺水指示器 濕度傳感器應(yīng)用實(shí)例