濕度傳感器簡(jiǎn)介

　　人類的生存和社會(huì)活動(dòng)與濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，很難找出一個(gè)與濕度無(wú)關(guān)的領(lǐng)域來(lái)。由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，對(duì)濕度傳感器的技術(shù)要求也不同。從制造角度看，同是濕度傳感器，材料、結(jié)構(gòu)不同，工藝不同．其性能和技術(shù)指標(biāo)（像精度方面）有很大差異，因而價(jià)格也相差甚遠(yuǎn)。對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，選擇濕度傳感器時(shí)，首先要搞清楚需要什么樣的傳感器；在自己的財(cái)力允許的情況下選購(gòu)何種檔次的產(chǎn)品，權(quán)衡好“需要與可能”的關(guān)系，不至于盲目行事。從我們與用戶的來(lái)往來(lái)看，覺(jué)得有以下幾個(gè)問(wèn)題值得注意。

　　濕度傳感器選型

　　測(cè)量范圍

　　和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程（0-100%RH）測(cè)量。在當(dāng)今的信息時(shí)代，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于控制，測(cè)量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然，對(duì)不需要搞測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用者來(lái)說(shuō)，直接選擇通用型濕度儀就可以了。

　　測(cè)量精度

　　和測(cè)量范圍一樣，測(cè)量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高—個(gè)百分點(diǎn)．對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的1只廉價(jià)的濕度傳感器只有幾美元，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。

　　生產(chǎn)廠商往往是分段給出其濕度傳感器的精度的。如中、低濕段（0一80%RH）為±2%RH，而高濕段（80—100%RH）為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下（如25℃）的值。如在不同溫度下使用濕度傳感器．其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測(cè)濕精度將失去實(shí)際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。

　　多數(shù)情況下，如果沒(méi)有精確的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用±3%RH

　　以上精度的濕度傳感器。與此相對(duì)應(yīng)的溫度傳感器．其測(cè)溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為：“相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表，即使在20—25℃下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的?！?/p>

　　濕度傳感器工作原理

　　濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。

　　濕度傳感器注意事項(xiàng)

　　濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測(cè)空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測(cè)的房間太大，就應(yīng)放置多個(gè)傳感器。

　　有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度．或者傳感器之間相互干擾，甚至無(wú)法工作。使用時(shí)應(yīng)技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

　　傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)，要注意信號(hào)的衰減問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離超過(guò)200m以上時(shí)，建議選用頻率輸出信號(hào)的濕度傳感器。

　　由于濕敏元件都存在一定的分散性，無(wú)論進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的傳感器都需逐支調(diào)試標(biāo)定。大多數(shù)在更換濕敏元件后需要重新調(diào)試標(biāo)定，對(duì)于測(cè)量精度比較高的濕度傳感器尤其重要。

　　濕度傳感器現(xiàn)在正在被廣泛應(yīng)用，濕度傳感器能夠很好的監(jiān)控環(huán)境中濕度，在食品保護(hù)，環(huán)境檢測(cè)等方面有著重要的應(yīng)用，我們?cè)谑褂脻穸葌鞲衅鞯臅r(shí)候應(yīng)該充分了解濕度傳感器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在使用過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)。

　　濕度傳感器的形式不是很多，但是不管是什么樣的濕度傳感器在使用過(guò)程中還是要注意以上幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，不僅僅是濕度傳感器所有的傳感器在使用過(guò)程中都有它的注意事項(xiàng)，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候應(yīng)該首先閱讀使用說(shuō)明書已經(jīng)和廠家咨詢相關(guān)的問(wèn)題，才能更好的使用。

　　四個(gè)方面濕度傳感器好壞檢測(cè)

　　1、濕度傳感器的溫度系數(shù)

　　濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。多數(shù)情況下，如果沒(méi)有精確的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用±3%RH以上精度的濕度傳感器。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

　　2、精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性

　　濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

　　3、濕度傳感器的供電

　　有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度。或者傳感器之間相互干擾，甚至無(wú)法工作。金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。

　　必須是交流電供電。使用時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)，要注意信號(hào)的衰減問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離超過(guò)200m以上時(shí)，建議選用頻率輸出信號(hào)的濕度傳感器。

　　4、互換性

　　目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。

　　3種濕度傳感器應(yīng)用電路

　　1、直讀式濕度計(jì)的應(yīng)用電路

　　直讀式濕度計(jì)電路如圖1所示，其中RH為氯化錘濕敏電阻器，氯化錘是一種吸濕鹽類，氯化錘濕敏電阻器是一種新型濕敏電阻器，屬水分子親和力型濕敏元件，它采用真空鍍膜工藝在玻璃片上鍍上一層梳狀金電極，然后在電極上涂上一層由氯化錘和聚氯乙烯醇等配制的感濕膜。由于聚氯乙烯醇是一種粘合性很強(qiáng)的多孔性物質(zhì)，它與氯化錘結(jié)合后，水分子會(huì)很容易在感濕膜中吸附或釋放，從而使?jié)衩綦娮杵鞯碾娮柚蛋l(fā)生迅速的變化。為了提高濕敏電阻器的抗污染能力，還在濕敏電阻表面涂敷一層多孔性保護(hù)膜。

　　對(duì)于一種配方的濕敏電阻，其測(cè)試濕度的范圍相當(dāng)狹窄。要求濕度測(cè)量范圍較大時(shí)，需要將多個(gè)濕敏電阻器組合使用，其測(cè)量范圍才能達(dá)到20%～80%RH。由VT1、VT2和T1等組成測(cè)濕電橋的電源，其振蕩頻率為250～1000Hz。電橋的輸出信號(hào)經(jīng)變壓器T2、C3耦合到VT3，經(jīng)VT3放大后的信號(hào)由VD1～VD4橋式整流后輸入微安表，指示出由于相對(duì)濕度的變化而引起電流的改變。經(jīng)標(biāo)定并把濕度刻劃在微安表表盤上，就成為一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的直讀式濕度計(jì)了。

　　2 電容型濕度傳感器的應(yīng)用電路

　　電容型濕度傳感器是用高分子材料的濕敏元件作為敏感元件，它利用有機(jī)高分子材料的吸濕性能與膨潤(rùn)性能制成的，屬水分子親和力型濕敏元件，吸濕后，介電常數(shù)發(fā)生明顯變化的高分子電介質(zhì)，可做成電容式濕敏元件。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。高分子濕敏元件的薄膜做得極薄，一般約5000埃，使元件易于很快的吸濕與脫濕，減少了滯后誤差，響應(yīng)速度快。這種濕敏元件的缺點(diǎn)是不宜用于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境，元件也不能耐80度以上的高溫。電容型濕度傳感器的應(yīng)用電路圖2所示。它由兩個(gè)時(shí)基電路IC1、IC2組成，556為雙時(shí)基電路即兩個(gè)555多諧振蕩器，IC1及外圍元件組成多諧振蕩器，主要產(chǎn)生觸發(fā)IC2的脈沖，IC2和電容型濕敏元件及外圍元件組成可調(diào)寬的脈沖發(fā)生器，其脈沖寬度將取決于濕敏元件的電容值的大小，而濕敏元件的電容值的大小決定于空氣中的相對(duì)濕度，調(diào)寬脈沖從IC2的⑨腳輸出，經(jīng)R5、C3濾波后成為直流信號(hào)輸出。輸出電壓的大小正比于空氣的相對(duì)濕度，其靈敏度為2mV/%RH。

　　3 線性頻率輸出式濕度傳感器的應(yīng)用電路

　　線性頻率輸出式濕度傳感器HS1100/1101是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、反應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，可用于線性電壓或頻率輸出回路當(dāng)中。采用HS1100/1101的頻率輸出特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度的測(cè)量。線性頻率輸出式濕度傳感器測(cè)量電路如圖3所示，電源電壓范圍是UCC =+3.5~12V。利用一片CMOS定時(shí)器TLC555，配上HS1100/1101和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。輸出頻率范圍是7351~6033Hz，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為0%～100%。當(dāng)RH=55%時(shí)，f =6660Hz。輸出頻率信號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)或單片機(jī)系統(tǒng)，測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度值。3R為輸出端的限流電阻，起保護(hù)作用。555電路的非平衡電阻R1作為內(nèi)部溫度補(bǔ)償用，應(yīng)具有1%的精度，目的是為了引入溫度效應(yīng)，使它與HS1100/1101的溫度效應(yīng)相匹配。由于不同型號(hào)的555的內(nèi)部溫度補(bǔ)償有所不同，所以R1的值必須與特定的芯片相匹配。R3為輸出端的限流電阻，起保護(hù)作用。

　　濕度傳感器發(fā)展趨勢(shì)

　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量濕度的方法，早已無(wú)法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。