电阻式湿度传感器是利用湿敏元件的电气特性(如电阻值),随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器,湿敏元件一般是在绝缘物上浸渍吸湿性物质,或者通过蒸发、涂覆等工艺制备一层金属、半导体、高分子薄膜和粉末状颗粒而制作的,在湿敏元件的吸湿和脱湿过程中,水分子分解出的离子H+的传导状态发生变化,从而使元件的电阻值随湿度而变化。
电阻式湿度传感器应当最适用于湿度控制领域,其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点,氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史,有着多种多样的产品型式和制作方法,都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性最强。
电阻式湿度传感器的敏感元件为湿敏电阻,其主要材料一般为电介质、半导体、多孔陶瓷、有机物及高分子聚合物。这些材料对水的吸附较强,其吸附水分多少随湿度而变化。而材料的电阻率(或电导率)也随吸附水分的多少而变化。这样,湿度的变化可导致湿敏电阻阻值的变化,电阻值的变化就可转化为需要的电信号。例如,氯化锂湿敏电阻,它是在绝缘基板上形成一对电极,涂上潮解性盐———氯化锂的水溶液而制成的。氯化锂的水溶液在基板上形成薄膜。随着空气中水蒸气含量的增减,薄膜吸湿脱湿,溶液中盐的浓度减小或增大,电阻率随之增大或减小,两极间电阻也就增大或减小。又如MgCr2O4-TiO2多孔陶瓷湿敏电阻,它是由TiO2和MgCr2O4在高温下烧制而成的多孔陶瓷,陶瓷本身是由许多小晶粒构成的。其中的气孔多与外界相通,相当于毛细管,通过气孔可以吸附水分子。在晶界处水分子被化学吸附时,有羟基和氢离子形成羟基又可对水分子进行物理吸附,从而形成水的多分子层,此时形成极高的氢离子浓度。环境湿度的变化会引起离子浓度变化,从而导致两极间电阻的变化。
电容式湿度传感器,是湿度传感器中常用的一种仪器,它是以高分子湿度湿敏电容器为基本感湿元件,利用单片机对测量结果进行分析处理、显示和远距离传输,测量准确度达±2.5%。下面我们来看看电容式湿度传感器的工作原理:
电容式湿度传感器,主要由湿敏电容和转换电路两部分组成。它由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极几部分组成。两个下电极与湿敏材料,上电极构成的两个电容成串联连接。
湿敏材料是一种高分子聚合物,它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时,湿敏元件的电容量随之发生改变,即当相对湿度增大时,湿敏电容量随之增大,反之减小(电容量通常在48~56pf间)。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化,对应于相对湿度0~100%RH的变化,传感器的输出呈0~1v的线性变化。
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