导图社区 湿度传感器
这是一篇关于湿度传感器的思维导图，包括：湿度传感器概述、湿度传感器的基本原理湿度、传感器测量电路 、湿度传感器的应用。
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湿度传感器
湿度传感器概述
湿度的定义及其表示方法
绝对湿度是指大气中水蒸气的含量 Ha=mv/V mv——待测空气中的水蒸气的质量 V——待测空气的总体积 Ha——绝对湿度（单位(g/(m^3 、kg))/m^3 ） ρv=(PV m)/RT ρv——空气中水蒸气的密度 m——水蒸气的摩尔质量 R——理想气体常数 T——空气的绝对温度 绝对湿度给出水分在空气中的具体含量
相对湿度是指被测气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比或待测空气中实际所含的水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气分压比值的百分数 HT=PV/PW ×100% PV——待测空气中实际所含的水蒸气分压 PW——相同温度下饱和水蒸气分压 HT——相对湿度（无量纲） 相对湿度给出了大气的潮湿程度，实际中多使用相对湿度
在一定大气压下将所含有水蒸气的空气冷却，当温度下降到某一特定值时，空气中的水蒸气达到饱和状态，开始从气态变成液态而凝结成珠。这一特定温度称为露点温度。在一定大气压下，湿度越大，露点越高，湿度越小，露点越低
湿度传感器的定义和性能
定义
湿度传感器是能感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转换成可用信号的器件或装置
理想的湿度传感器应具备的性能为
①使用寿命长，稳定性好 ②灵敏度高，线性度好，温度系数小 ③使用范围宽，测量精度高 ④响应迅速 ⑤湿滞回差小，重现性好 ⑥能在恶劣环境中使用，抗腐蚀、耐低温和高温等特性好 ⑦器件的一致性和互换性好，易于批量生产，成本低 ⑧器件感湿特征量应在易测范围内
湿度传感器的主要参数及特性
感湿特性
感湿特性为湿度传感器特征量（如电阻值、电容值等)随湿度变化的特性。常用感湿特征量和被测相对湿度的关系曲线来表示
湿度量程
湿度量程为湿度传感器技术规范所规定的感湿范围
灵敏度
灵敏度为湿度传感器的感湿特征量（如电阻值、电容值等）随环境湿度变化的程度，即湿度传感器感湿特性曲线的斜率。由于大多数湿度传感器的感湿特性曲线是非线性的，因此常采用不同湿度下的感湿特征量之比来表示其灵敏度的大小
湿滞特性
同一湿度传感器吸湿过程（相对湿度增大）和脱湿过程（相对湿度减 小）感湿特性曲线不重合的现象就称为湿滞特性
响应时间
响应时间是指在一定环境温度下，当被测相对湿度发生跃变时，湿度传感器的感湿特征量达到稳定变化量的规定比例所需的时间
感湿温度系数
当被测环境湿度恒定不变时，温度每变化1℃，引起湿度传感器感湿特征量的变化量，就称为感湿温度系数
老化特性
老化特性是指湿度传感器在一定温度、湿度环境下存放一段时间后，其 感湿特性将会发生改变的特性
湿度传感器的分类
电阻式
电解质式
陶瓷式
高分子式
电容式
其他
光纤湿度传感器
界限电流式湿度传感器
二极管式、石英振子、SAW式、微波式、导热式等
常用湿度传感器的基本原理
电阻式湿度传感器
基本原理
电解质式电阻湿度传感器的典型代表是氯化锂湿敏电阻，它是利用吸湿性盐类“潮解”，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。由引线、基片、感湿层和电极组成。感湿层是在基片上涂敷的按一定比例配制的氯化锂-聚乙烯醇混合体。 氯化锂湿敏电阻的阻值会随环境相对湿度的改变而变化，从而实现对湿度的测量。 在相对湿度为50%~80%的范围内，电阻值随湿度的变化曲线近似成线性关系。为了扩大湿度测量的线性范围，可以将多个氯化锂含量不同的器件组合使用，如将测量范围分别为(10%~20%) RH,(20%~40%)RH,(40%~70%)RH,(70%~80%) RH和(80%~99%)RH的五种传感器件配合使用，就可自动地转换完成整个湿度范围的湿度测量。
氯化锂湿敏电阻的特点
优点
滞后小；不受测试环境（如风速）影响；检测精度高达±5%
缺点
耐热性差；不能用于露点以下测量；器件重复性差，使用寿命短；电流必须用交流，以免出现极化
陶瓷式电阻湿度传感器
特性
由两种以上金属氧化物混合烧结而成的多孔陶瓷，是根据感湿材料吸附水分后其电阻率会发生变化的原理进行湿度检测的陶瓷的化学稳定性好、耐高温，多孔陶瓷的表面积大，易于吸湿和脱湿、便于加热清洗，排除周围恶劣环境对器件的污染。
制作材料
负特性湿敏半导体陶瓷，电阻率随湿度的增加而下降 ZnO-LiO{2-V{203系 Si-Na^{2O-V203系 TiO_{2-MgO-Cr203系
水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导体陶瓷表面吸附时，就可能从半导体陶瓷表面俘获电子。 半导体陶瓷是P型，则由于水分子的附着使表面电势下降，电阻值下降。 半导体陶瓷为N型，则由于水分子的附着同样会使表面电势下降，同样可以在半导体陶瓷表面迁移而使电阻率下降。 不论是P型还是N型半导体陶瓷，其电阻率都随湿度的增加而下降，显示出负湿敏特性
正特性湿敏半导体陶瓷，电阻率随湿度的增加而增加 Fe2O4系
当水分子吸附在半导体陶瓷的表面使其表面电势下降，造成表面层电子浓度下降，但还不足以使表面层的空穴浓度增加到出现反型层的程度，仍以电子导电为主。表面电阻将随着电子浓度的下降而增大。通常湿敏半导体陶瓷材料都是多孔型的，表面电阻占的比例很大，故表面层电阻的升高，必将引起总电阻值的明显升高。这类半导体陶瓷材料的电阻值将随环境湿度的增加而加大。
特点
①传感器表面与水蒸气的接触面积大，易于水蒸气的吸收与脱却 ②陶瓷烧结体能耐高温，物理、化学性质稳定，适合采用加热去污的方法恢复材料的湿敏特性 ③可以通过调整烧结体表面晶粒、晶粒界和细微气孔的构造，改善传感器湿敏特性
高分子式电阻湿度传感器
利用高分子电解质吸湿而导致电阻率发生变化的基本原理进行测量，利用高分子电解质在不同湿度条件下，电离产生的导电离子，数量不等时，阻值发生变化，就可以测定环境中的湿度。
高分子式电阻湿度传感器测量湿度范围大，工作温度在0~50℃，响应时间<30s，测量范围为0~100%RH，误差在±5%RH左右。
电容式湿度传感器
原理
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，属于变介电常数型电容式传感器，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。当周围环境的湿度发生变化时，由湿敏材料构成的电介质的介电常数将发生改变，相应的电容量也会随之发生变化，因此只要检测到电容的变化量就能检测周围湿度的大小
随着湿度增加，电容器的电容量增加。实际上是随着湿度增加，电介质的介电常数增大；在一定湿度范围内，电容量与湿度成线性关系，即电介质的介电系数与湿度成线性关系。电容式湿度传感器检测范围宽，线性好，因此在实际中得到了广泛的应用
电容式湿度传感器按照极板间介质
高分子
醋酸丁酸纤维素 聚酰亚胺 硅树脂
陶瓷
玻璃 陶瓷 通过控制陶瓷组分的分散性、孔径、粒度等大大改善器件的敏感特性
湿度传感器测量电路
湿度传感器的应用
汽车后窗玻璃自动去湿装置
房间湿度控制器
