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1、传感器与检测技术课程报告题 目： 湿敏传感器 专业班级： 电气自动化技术2班 姓 名： 李岩 学 号： 122220255 日 期： 2014年6月6号 湿敏传感器摘要：在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为
2、开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新水平。关键词：湿敏传感器、湿度/温度测控系统、湿度测量技术Abstract：In industrial and agricultural production, meteorology, environmental protection, national defense, scientific research, aerospace and other departments, often need to temperature measurement and control to the environment. But
3、in a conventional environment parameters, humidity is the most difficult to accurately measure a parameter. This is because is much more complex than the measurement temperature measuring humidity, temperature is an independent is measured, and the humidity is affected by other factors (atmospheric
4、pressure, temperature). In addition, the standard of humidity is also a problem. Foreign production of humidity calibration equipment is very expensive. In recent years, both at home and abroad has made great progress in the field of research and development of humidity sensor. Moisture sensor is fr
5、om simple moisture sensor to integration, intelligent, the direction of the rapid development of multi-parameter detection, for the development of a new generation of humidity/temperature measurement and control system has created favorable conditions, and to increase the humidity measurement techno
6、logy to a new level.Keywords：Wet/temperature sensor, humidity measurement and control system, humidity measurement technology目 录引言11.湿敏传感器的背景22.湿敏传感器的选型32.1测量范围42.2测量精度43.湿敏传感器的分类54. 湿敏传感器的原理及分类64.1、氯化锂湿敏传感器74.2、碳湿敏元件94.3、陶瓷湿敏传感器104.4、高分子材料湿敏传感器114.5、金属氧化物膜湿敏传感器124.6、热敏电阻式湿敏传感器134.7、红外线吸收式湿敏传感器134.8
7、、微波式湿敏传感器145.湿敏传感器的特点146.湿敏传感器主要技术参数167.湿敏传感器的应用178.湿敏传感器注意事项179.湿敏传感器的发展方向1810.湿敏传感器市场前景18绪论很多行业中，如发电、纺织、食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格目前，在低温条件下(通常指100以下)，湿度的测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业另有许多行业需要在高温环境下测量湿度，如航空航天、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高温实验箱、高炉等场合这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想另外，在恶劣条件下工作，例如气流
8、速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业气体时，将使精度大大降低.随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发
9、生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。虽然人类早已发明了毛发湿度计、干湿球湿度计，但因其响应速度、灵敏度、准确性等性能都不高，而且难以与现代的控制设备相连接，所以只适用于家庭。20世纪50年代后，陆续出现了电阻型等湿敏计，使湿度的测量精度大大提高。但是，与其他物理量的检测相比，无论是敏感元件的性能，还是制造工艺和测量精度都差得多和困难得多。原因是空气中水蒸气的含量少，而且在水蒸气中，各种感湿材料涉及的种种物
10、理、化学过程十分复杂，目前尚未完全清楚所存在的问题的原因。1.湿敏传感器的背景湿度是表示空气中水蒸气的含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。所谓绝对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。一般用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示，即为Ha=mV / V ，式中，mV 为待测空气中水蒸气质量，V 为待测空气的总体积。单位为g / m3 。相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压（Pw ）和同温度下饱和水蒸气的分压（PN ）的百分比，即HT=（Pw / PN ) Tx 100 % RH。通常，用RH 表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气
11、体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。温度高的气体，含水蒸气越多。若将其气体冷却，即使其中所含水蒸气量不变，相对湿度将逐渐增加，增到某一个温度时，相对湿度达100 % ，呈饱和状态，再冷却时，蒸气的一部分凝聚生成露，把这个温度称为露点温度。即空气在气压不变下为了使其所含水蒸气达饱和状态时所必须冷却到的温度称为露点温度。气温和露点的差越小，表示空气越接近饱和。湿度的测量方式有以下几种，即采用伸缩式湿度计、干湿球湿度计、露点计和阻抗式湿度计等。伸缩式湿度计是利用毛发、纤维素等物质随湿度变化而伸缩的性质，以前多用于自动记录仪、空调的自动控制
12、等，目前用于家庭设备的是把纤维素与约50 pm 的金属箔粘合在一起，卷成螺旋状的。不需要进行温度补偿，但不能转换为电信号。阻抗式湿度计是根据湿敏传感器的阻抗值变化而求得湿度的一种湿度计，由于能简单地转变为电信号，它是广泛采用的一种方法。2.湿敏传感器的选型2.1测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100%RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制技术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。2.2测
13、量精度和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高个百分点对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低湿段(0一80%RH)为2%RH，而高湿段(80100%RH)为4%RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25)的值。如在不同温度下使用湿度传感器其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着
14、指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，5%RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用3%RH以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器其测温精度须足0.3以上，起码是0.5的。而精度高于2%RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发
15、生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在2025下，要达到2%RH的准确度仍是很困难的。”3.湿敏传感器的分类 湿度传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。有关湿度测量，早在16世纪就有记载。许多古老的测量方法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今仍被广泛采用。现代工业技术要求高精度、高可靠和连续地测量湿度，因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。 湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。利用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如，利用水分子附着或浸入某些物质后，其电气性能（电阻值、介电常数等）发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；利用水分子附着后引起材料长度变化，可制成尺寸变化式湿敏元件，如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水性能，不仅有物理吸
