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技術(shù)文章

介紹濕度傳感器原理
    濕敏電阻的特點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，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，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濕度成正比。
    電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達2-3%RH，這比干濕球測濕精度高。
    濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。下面對各種濕度傳感器進行簡單的介紹。
1、氯化鋰濕度傳感器
    （1）電阻式氯化鋰濕度計
     **個基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度，同時結(jié)構(gòu)簡單、價廉，適用于常溫常濕的測控等一系列優(yōu)點。 　　氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對應(yīng)范圍是（60～80）%RH 等。由此可見，要測量較寬的濕度范圍時，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。可用于全量程測量的濕度計組合的元件數(shù)一般為5個，采用元件組合法的氯化鋰濕度計可測范圍通常為（15～100）%RH，國外有些產(chǎn)品聲稱其測量范圍可達（2 ～100）%RH 。
    （2）露點式氯化鋰濕度計
    露點式氯化鋰濕度計是由美國的 Forboro 公司首先研制出來的，其后我國和許多國家都做了大量的研究工作。這種濕度計和上述電阻式氯化鋰濕度計形式相似，但工作原理卻完全不同。簡而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進行工作的。 　　
2、碳濕敏元件
    碳濕敏元件是美國的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點，因之令人矚目。我國氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測量不確定度不超過±5%RH ，時間常數(shù)在正溫時為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。
3、氧化鋁濕度計 　　
    氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點是，體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測量下限達-110℃露點），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測量信號直接以電參量的形式輸出，大大簡化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測量液體中的水分。如上特點正是工業(yè)和氣象中的某些測量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進行高空大氣探測可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因為這些特點使人們對這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國家的專業(yè)人員為改進傳感器的性能進行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實用有關(guān)的重要問題.上始終未能取得重大的突破。傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來，這種方法在工業(yè)中的低霜點測量方面開始嶄露頭角。
4、陶瓷濕度傳感器
     在濕度測量領(lǐng)域中，對于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量，到目前為止仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測量技術(shù)*為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計幾乎是在這個溫度條件下可以使用的**方法，而該法在實際使用中亦存在種種問題，無法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進展，要求在高溫下測量濕度的場合越來越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過程的濕度測量與控制。因此，自60年代起，許多國家開始竟相研制適用于高溫條件下進行測量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無機物上。實踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來測量濕度和諸如酒精等多種有機蒸氣，主要用于食品加工方面。 　　以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器，另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的濕度傳感器。
    幾乎所有的傳感器都存在時漂和溫漂。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸，所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年，到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請使用者在選擇傳感器時考慮好日后重新標(biāo)定的渠道，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問屬。
    選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場合的溫度變化范圍，看所選傳感器在指定溫度下能否正常工作，溫漂是否超出設(shè)計指標(biāo)。要提醒使用者注意的是：電容式濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個變量，它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因為水和高分子聚合物的介電系數(shù)隨溫度的改變是不同步的，而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù)，所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù)。電容式濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數(shù)*小，5-25℃時，中低濕段的溫漂可忽略不計。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時，就一定要考慮溫漂的影響，進行必要的補償或訂正。

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