ch12+湿敏传感器及其应用

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1、第12章湿敏传感器及其应用湿度是指大气中的水蒸气含量,通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是指单位空间中所含水蒸气的绝对含量或者浓度或者密度,一般用符号AH表示。相对湿度是指被测气体中蒸气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比,一般用符号RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度,它是一个无量纲的量,在实际使用中多使用相对湿度这一概念。12.1湿敏传感器概述一、湿度概念及其表示湿度是指大气中的水蒸气含量.在物理学和气象学中,对大气（空气）湿度的表征通常使用绝对湿度、相对湿度和露（霜）点湿度。在一定温度和压力条件下,单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度：mV：为待测混合

2、气体中所含水蒸气的质量；V：为待测混合气体的总体积；PV：为待测混合气体的绝对湿度，其单位为g/m3为了更好地描述一些与湿度有关的自然现象,目前,普遍用相对湿度（缩写为RH）来表示湿度。所谓相对湿度是指气体的绝对湿度（PV）与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度PS的百分比,即满足如下关系:保持压力一定而降温,使混合气体中的水蒸气达到饱和而开始结露或结霜时的温度称为露点温度,单位为℃。二、湿度传感器的主要参数1.湿度量程能保证一个湿敏器件正常工作的环境湿度的最大变化范围称为湿度量程。湿度范围用相对湿度（0~100）%RH表示。量程是湿度传感器工作性能的一项重要指标。2.感湿特征量-相对湿度特性

3、曲线每种湿度传感器都有其感湿特征量,如电阻、电容、电压、频率等,在规定的工作温度范围内,湿度传感器的感湿特征量随环境相对湿度变化的关系曲线,称为相对湿度特性曲线,简称感湿特性曲线。通常希望特性曲线应当在全量程上是连续的且呈线性关系。有的湿度传感器的感湿特征量随湿度的增加而增大,这称为正特性湿敏传感器;有的感湿特征量随湿度的增加而减小,这称为负特性湿敏传感器。3.感湿灵敏度在某一相对湿度范围内,相对湿度改变1%RH时,湿度传感器感湿特征量的变化值或百分率称为感湿灵敏度,简称灵敏度,又称湿度系数。感湿灵敏度表征湿度传感器对湿度变化的敏感程度。如果湿度传感器的特性曲线是线性的,则在整个使用范围内

4、,灵敏度就是相同的;如果湿度传感器的特性曲线是非线性的,则灵敏度的大小就与其工作的相对湿度范围有关。4.温度系数温度系数是反映湿度传感器的感湿特征量-相对湿度特性曲线随环境温度而变化的特征。感湿特征量随环境温度的变化越小,环境温度变化所引起的相对湿度的误差就越小。温度系数分为特征量温度系数和感湿温度系数。在环境湿度保持恒定的情况下,湿度传感器特征量的相对变化量与对应的温度变化量之比,称为特征量温度系数。如感湿特征量是电阻,则电阻温度系数为电阻温度系数（%/°C）感湿温度系数（%RH/°C）式中,ΔT为一个温度(25°C)与另一规定环境温度之差;H1为温度为25°C时湿度传感器的某一电阻值对

5、应的相对湿度值;H2为另一规定环境温度下,湿度传感器的同一电阻值对应的另一相对湿度值。5.响应时间在一定的温度下,当相对湿度发生跃变时,湿度传感器的感湿特征量之值达到稳态变化量的规定比例所需要的时间称为响应时间,也称为时间常数。一般是以相应于起始和终止这一相对湿度变化区间63%的相对湿度变化所需要的时间,叫响应时间,单位是s,也有规定从始到终90%的相对湿度变化作为响应时间的。响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间,一般以脱湿响应时间作为湿度传感器的响应时间。6.湿滞回线湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿和脱湿特性曲线不重合,所构成的

6、曲线叫湿滞回线。由于吸湿和脱湿特性曲线不重合,对应同一感湿特征量之值,相对湿度之差称为湿滞量。湿滞量越小越好,以免给湿度测量带来难度和误差。7.电压特性用湿度传感器测量湿度时,由于加直流测试电压引起感湿体内水分子的电解,致使电导率随时间的增加而下降,故测试电压应采用交流电压。湿度传感器感湿特征量之值与外加交流电压之间的关系称为电压特性。当交流电压较大时,由于产生焦耳热,对湿度传感器的特性会带来较大影响。8.频率特性湿度传感器的阻值与外加测试电压频率有关。在各种湿度下,当测试频率小于一定值时,阻值不随测试频率而变化,该频率被确定为湿度传感器的使用频率上限。当然,为防止水分子的电解,测试电压频

7、率也不能太低。9.其它特性与参数精度是指湿度量程内,湿度传感器测量湿度的相对误差。工作温度范围表示湿度传感器能连续工作的环境温度范围,它应由极限温度来决定,即由在额定功率条件下,能够连续工作的最高环境温度和最低环境温度所决定。稳定性是指湿度传感器在各种使用环境中,能保持原有性能的能力。一般用相对湿度的年变化率表示,即±%RH/年。寿命是指湿度传感器能够保持原来的精度,能够连续工作的最长时间。三、湿敏传感器分类湿敏传感器是