濕度傳感器的應(yīng)用研究

麻姍姍 柳鈺 燕麗穎

摘要：我國科技正在不斷的迅速發(fā)展，濕度傳感器的應(yīng)用范圍越來越廣闊，本文主要介紹的是濕度傳感器的選用，從發(fā)展史入手，對電阻式、電容式等濕度傳感器的特點、結(jié)構(gòu)作出了詳細介紹。溫度會對濕度的測量產(chǎn)生影響，將其稱為溫度補償，可以通過軟件或硬件的方式解決這個問題。

關(guān)鍵詞：濕度傳感器；溫度補償；測量誤差

濕度是用來衡量空氣中含水量的一種物理量。通常情況下，溫度和濕度是緊密相關(guān)的。當空氣濕度大時，環(huán)境溫度相對低一些；當空氣濕度小時，環(huán)境溫度相對高一些。當然，濕度在溫室大棚、動物養(yǎng)殖、藥品儲存、食品行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了準確測量出濕度的相關(guān)信息，出現(xiàn)了濕度傳感器，它是將水蒸汽轉(zhuǎn)換為其他可利用器件測量的物質(zhì)的一種傳感器。

1 濕度與濕度傳感器的發(fā)展

1.1 濕度表達的方法

狹義上濕度指的是空氣中含水汽的量，表示方式有相對濕度和絕對濕度兩種。

（1）絕對濕度：絕對濕度[1]指的是在受到壓力和溫度的影響下，單位體積中待測氣體水蒸氣的質(zhì)量，也就是水蒸氣密度，數(shù)學(xué)表達方式為Ha=MVV。

式中MV——待測氣體中水蒸氣的質(zhì)量；

V——待測氣體的總體積；

Ha——待測氣體的絕對濕度，單位為g/m3。

（2）相對濕度：相對濕度指的是待測氣體水蒸氣壓和溫度相同情況下水包含蒸氣壓二者比值百分數(shù)，通過數(shù)學(xué)表達式來進行表達為[1]RH=PVPW×100%。

式中PV——待測氣體水蒸氣壓；

PW——溫度相同情況下水包含蒸氣壓；

RH——相對濕度，單位為100%RH。

若是溫度以及壓力發(fā)生變化，那么飽和水蒸氣壓也會發(fā)生變化，即便是氣體中水蒸氣壓還是相同，那么其相對濕度也會出現(xiàn)一些變化，溫度越升高，那么其飽和水蒸氣壓也會越大。

1.2 濕度傳感器的發(fā)展史

（1）毛發(fā)濕度計是最早的濕度檢測手段，達芬奇用的材料是人的頭發(fā)或者是羊毛。[2]這種儀器在進行濕度檢測歷史上發(fā)揮的作用是很大的。

（2）隨著社會和科技的發(fā)展，人們對于電子濕度傳感器研究所具備的重要意義認知也愈加準確。在1939年的時候，盾猛利用材料本身電氣特征制造出了第一個濕度傳感器。這種濕度傳感器利用的是電解質(zhì)，通過電阻值的變化來監(jiān)測濕度。在監(jiān)測時，其范圍較小，想要測定的濕度變化比較寬，那么需要選擇多個傳感器，并且傳感器的特性也應(yīng)該不同。

（3）隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始分析怎樣利用半導(dǎo)體來進行濕度傳感器的制作，并且研制出了幾種材料是陶瓷金屬氧化物的傳感器。測試的時候，使用了含金屬氧化物厚膜硅膠或者是膠體涂印的傳感器。并且，還利用將膠體電阻減小的辦法來將響應(yīng)速度提高。

2 濕度傳感器的類別

2.1 半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器

陶瓷濕度傳感器本身的優(yōu)點比較明顯，主要體現(xiàn)在下面幾點。首先，其測定濕范圍的時候，可以在全濕的范圍內(nèi)來測量濕度；其次，其工作溫度較高，常溫濕度傳感器可以在150℃以下開展工作，高溫濕度傳感器可以在800℃以下開展相關(guān)的工作；再次，響應(yīng)需要時間比較短，并且多孔陶瓷本身的表面積大，無論是吸濕還是脫濕都方便，其濕滯比較小，抗沾污能力比較強，能夠進行高溫的清洗，無論是穩(wěn)定性還是靈敏度都比較出色。

2.2 高分子濕度傳感器

1）高分子電阻式濕度傳感器。高分子電阻式濕度傳感器濕敏層能夠分成能夠進行導(dǎo)電的高分子以及強電解質(zhì)，其本身的吸水性比較出色。在濕度比較低的情況下，吸附量往往會比較小，很難生成電離子，這種情況下，電阻值較高；若是增加相對濕度，那么其吸附量也會有增加。高分子電解質(zhì)若是吸水，那么能夠電離，正負離子能夠載流子，這種情況下，電阻也會下降。吸濕量不同，高分子介質(zhì)所具備的阻值也是不一樣的，并且能夠根據(jù)其變化來測量相對的濕度。

2）高分子電容式濕度傳感器。若是高分子聚合物的介質(zhì)會吸濕，那么隨著環(huán)境變化，元件介電常數(shù)也會出現(xiàn)變化，電容李也會變化。并且，高分子膜本身便薄，無論是吸濕還是脫濕速度都非?？臁?/p>

3）結(jié)露傳感器。結(jié)露傳感器作為一種濕度傳感器，其是比較特殊的，其特征是對感濕特征量，高濕敏感等有著開關(guān)式變化特征。揭露傳感器主要分成電容型和電阻型兩種，現(xiàn)在使用比較廣泛的便是電阻型的傳感器。

3 選用濕度傳感器的注意事項

3.1 注意測量范圍的選擇

選擇濕度傳感器時，首先便必須確定測量的范圍。除了一些專業(yè)部門之外，一般不需要測量全濕程（0100%RH）。

3.2 注意測量精度的選擇

對濕度傳感器來說，精度測量非常重要，每提高百分之一，濕度傳感器的臺階甚至是檔次便會上升。并且，精度不同，傳感器的成本也不一樣，售價差別也較大，這便要求必須根據(jù)自身需要來合理的選擇傳感器。

4 濕度傳感器的主要問題——溫度補償

溫度是對濕度測量造成影響的一個重要因素，研究溫度補償?shù)闹匾圆谎远鳌?/p>

進行溫度補償?shù)臅r候，往往會選擇軟件或者硬件兩種方法，并且，根據(jù)不同類型傳感器溫度特征，選擇硬件補償?shù)陌囡L，能夠讓阻值隨著溫度變化而呈現(xiàn)出指數(shù)變化的濕敏電阻脫離支出狀態(tài)呈現(xiàn)出一種線性的關(guān)系；通過軟件進行補償?shù)陌囡L指的是高分子濕敏電容器你河方程中進行溫度參量的引進，進行數(shù)學(xué)模型的建立。利用溫度補償能夠讓測量誤差更小。

5 結(jié)論

濕度傳感器已經(jīng)廣泛的運用到了各行各業(yè)中去。筆者介紹了幾種濕度傳感器，對其構(gòu)成和原理進行了分析，并找到了一些注意事項和減小誤差的手段，希望能夠?qū)穸葌鞲衅鞯淖饔酶玫陌l(fā)揮出來。

參考文獻：

[1]李良.簡易式濕度檢測顯示器設(shè)計[J]數(shù)學(xué)傳媒研究，2014，31（2）：4650.

[2]楊少春.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社，2011.

基金項目：咸陽師范學(xué)院專項科研基金項目（XSYK17008），咸陽師范學(xué)院省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項目（20172522）