濕度傳感器簡介

　　人類的生存和社會活動與濕度密切相關。隨著現代化的發展，很難找出一個與濕度無關的領域來。由于應用領域不同，對濕度傳感器的技術要求也不同。從制造角度看，同是濕度傳感器，材料、結構不同，工藝不同．其性能和技術指標（像精度方面）有很大差異，因而價格也相差甚遠。對使用者來說，選擇濕度傳感器時，首先要搞清楚需要什么樣的傳感器；在自己的財力允許的情況下選購何種檔次的產品，權衡好“需要與可能”的關系，不至于盲目行事。從我們與用戶的來往來看，覺得有以下幾個問題值得注意。

　　濕度傳感器選型

　　測量范圍

　　和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程（0-100%RH）測量。在當今的信息時代，傳感器技術與計算機技術、自動控制技術緊密結合著。測量的目的在于控制，測量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當然，對不需要搞測控系統的應用者來說，直接選擇通用型濕度儀就可以了。

　　測量精度

　　和測量范圍一樣，測量精度同是傳感器最重要的指標。每提高—個百分點．對傳感器來說就是上一個臺階，甚至是上一個檔次。因為要達到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠。例如進口的1只廉價的濕度傳感器只有幾美元，而1只供標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，相對濕度是溫度的函數，溫度嚴重地影響著指定空間內的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場合如果難以做到恒溫，則提出過高的測濕精度是不合適的。因為濕度隨著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測濕精度將失去實際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。

　　多數情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用±3%RH

　　以上精度的濕度傳感器。與此相對應的溫度傳感器．其測溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕連校準傳感器的標準濕度發生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國家標準物質研究中心濕度室的文章認為：“相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下，要達到2%RH的準確度仍是很困難的?！?/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。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當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。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。

　　濕度傳感器注意事項

　　濕度傳感器是非密封性的，為保護測量的準確度和穩定性，應盡量避免在酸性、堿性及含有機溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環境中使用。為正確反映欲測空間的濕度，還應避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大，就應放置多個傳感器。

　　有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，否則將影響測量精度．或者傳感器之間相互干擾，甚至無法工作。使用時應技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

　　傳感器需要進行遠距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過200m以上時，建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。

　　由于濕敏元件都存在一定的分散性，無論進口或國產的傳感器都需逐支調試標定。大多數在更換濕敏元件后需要重新調試標定，對于測量精度比較高的濕度傳感器尤其重要。

　　濕度傳感器現在正在被廣泛應用，濕度傳感器能夠很好的監控環境中濕度，在食品保護，環境檢測等方面有著重要的應用，我們在使用濕度傳感器的時候應該充分了解濕度傳感器的結構已經在使用過程中的一些注意事項。

　　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程中還是要注意以上幾個細節問題，不僅僅是濕度傳感器所有的傳感器在使用過程中都有它的注意事項，我們在使用的時候應該首先閱讀使用說明書已經和廠家咨詢相關的問題，才能更好的使用。

　　四個方面濕度傳感器好壞檢測

　　1、濕度傳感器的溫度系數

　　濕敏元件除對環境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，溫度每變化0.1℃。將產生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場合如果難以做到恒溫，則提出過高的測濕精度是不合適的。有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數又有差別。多數情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，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償式。采用單片機軟件補償，或無溫度補償的濕度傳感器是保證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償的效果，非線性的溫漂往往補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數。多數濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

　　2、精度和長期穩定性

　　濕度傳感器的精度應達到±2%~±5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷，一般說來，長期穩定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

　　3、濕度傳感器的供電

　　有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，否則將影響測量精度?；蛘邆鞲衅髦g相互干擾，甚至無法工作。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，會導致性能變化，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。使用時應按照技術要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。傳感器需要進行遠距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過200m以上時，建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。

　　4、互換性

　　目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現象，同一型號的傳感器不能互換，嚴重影響了使用效果，給維修、調試增加了困難，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種濕度傳感器應用電路

　　1、直讀式濕度計的應用電路

　　直讀式濕度計電路如圖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的多孔性物質，它與氯化錘結合后，水分子會很容易在感濕膜中吸附或釋放，從而使濕敏電阻器的電阻值發生迅速的變化。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膜。

　　對于一種配方的濕敏電阻，其測試濕度的范圍相當狹窄。要求濕度測量范圍較大時，需要將多個濕敏電阻器組合使用，其測量范圍才能達到20%～80%RH。由VT1、VT2和T1等組成測濕電橋的電源，其振蕩頻率為250～1000Hz。電橋的輸出信號經變壓器T2、C3耦合到VT3，經VT3放大后的信號由VD1～VD4橋式整流后輸入微安表，指示出由于相對濕度的變化而引起電流的改變。經標定并把濕度刻劃在微安表表盤上，就成為一個簡單而實用的直讀式濕度計了。

　　2 電容型濕度傳感器的應用電路

　　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，它利用有機高分子材料的吸濕性能與膨潤性能制成的，屬水分子親和力型濕敏元件，吸濕后，介電常數發生明顯變化的高分子電介質，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，響應速度快。這種濕敏元件的缺點是不宜用于含有機溶媒氣體的環境，元件也不能耐80度以上的高溫。電容型濕度傳感器的應用電路圖2所示。它由兩個時基電路IC1、IC2組成，556為雙時基電路即兩個555多諧振蕩器，IC1及外圍元件組成多諧振蕩器，主要產生觸發IC2的脈沖，IC2和電容型濕敏元件及外圍元件組成可調寬的脈沖發生器，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濕度，調寬脈沖從IC2的⑨腳輸出，經R5、C3濾波后成為直流信號輸出。輸出電壓的大小正比于空氣的相對濕度，其靈敏度為2mV/%RH。

　　3 線性頻率輸出式濕度傳感器的應用電路

　　線性頻率輸出式濕度傳感器HS1100/1101是基于獨特工藝設計的電容元件，具有可靠性高、穩定性好、反應時間快等優點，可用于線性電壓或頻率輸出回路當中。采用HS1100/1101的頻率輸出特性，實現對環境相對濕度的測量。線性頻率輸出式濕度傳感器測量電路如圖3所示，電源電壓范圍是UCC =+3.5~12V。利用一片CMOS定時器TLC555，配上HS1100/1101和電阻R2、R4構成單穩態電路，將相對濕度轉換成頻率信號。輸出頻率范圍是7351~6033Hz，所對應的相對濕度為0%～100%。當RH=55%時，f =6660Hz。輸出頻率信號可送至數字頻率計或單片機系統，測量并顯示出相對濕度值。3R為輸出端的限流電阻，起保護作用。555電路的非平衡電阻R1作為內部溫度補償用，應具有1%的精度，目的是為了引入溫度效應，使它與HS1100/1101的溫度效應相匹配。由于不同型號的555的內部溫度補償有所不同，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，起保護作用。

　　濕度傳感器發展趨勢

　　在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門，經常需要對環境濕度進行測量及控制。但在常規的環境參數中，濕度是最難準確測量的一個參數。用干濕球濕度計或毛發濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現代科技發展的需要。這是因為測量濕度要比測量溫度復雜的多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強、溫度）的影響。此外，濕度的標準也是一個難題。國外生產的濕度標定設備價格十分昂貴。

　　近年來，國內外在濕度傳感器研發領域取得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代濕度/溫度測控系統創造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。