化学传感器调查研究08课件

3.3电容式湿敏传感器电容性湿敏传感器Capacitivehumiditysensor3.3电容式湿敏传感器

电容式湿敏传感器是有效利用湿敏元件电容量随湿度变化的特性来进行测量的，通过检测其电容量的变化值，从而间接获得被测湿度的大小。电容式湿敏传感器结构图

电容式湿敏元件的市场分析电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，30[%]RH以下，80[%]RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现"阶跃"性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1[%]RH的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH[%]的误差，大多数电容式湿敏元件不具备40℃以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。3.4其他类型湿敏传感器前面所介绍的几种湿敏传感器都是属于水分子亲和力型湿敏传感器，另外一种类型是非水分子亲和力型湿敏传感器。主要包括以下几类：热敏电阻式湿敏传感器红外线吸收式湿敏传感器超声波式湿敏传感器微波水分传感器热敏电阻式湿敏传感器（1）原理及绝对湿度测量下图所示为热敏电阻式湿敏传感器的桥路，热敏电阻R1、R2是电桥的两个臂。电源E所供电流的焦尔热使处于工作状态的R1、R2保持在200度左右的温度。R1、R2的组装结构如图示13—44（b）。

热敏电阻式湿敏传感器（2）性能与特点①热敏电阻式湿敏感器的输出电压与绝对湿度成正比。②传感器不用湿敏功能材料，因而不存在滞后误差。③从理论上看，传感器的测湿响应速度应该是极其迅速的。④很难在较宽的范围内将电桥调平衡，从而导致湿敏传感器成本较高。

水蒸汽可以吸收某波长的红外线，利用这个现象能够制成红外吸收式湿敏传感器。红外线吸收式湿敏传感器红外线吸收式湿敏传感器60年代中期，美国气象局以波长为1.37微米和1.25微米的红外光分别作敏感光束和参考光束，研制成红外线吸收式湿度传感器。这种传感器采用装有λ0滤光片和λ滤光片的旋转滤光片，当光源通过旋转滤光片时，轮流地选择波长为λ0和λ的红外光束,两条光束通过被测湿度的样气抵达光敏元件,由于波长为λ0的光束不被水蒸气吸收，其光强仍为I0，波长为λ的光束被水蒸气部分吸收，光强衰减为I。采用朗伯－贝尔法测量。红外线吸收式湿敏传感器式中I0为光源光强度，I为光敏元件处的光强度，ε为吸收系数,c为待测含水蒸气的浓度,l为光路长度。根据光强度的变化，将光敏元件上的信号处理后可获得正比于水蒸气浓度c的电信号。红外线吸收式湿度传感器属非水分子亲和力型湿敏元件，测量精度和灵敏度较高，能够测量高温或密封场所的气体湿度，也能解决其他湿度传感器不能解决的大风速或通风孔道环境中的湿度测量问题。缺点是结构复杂，光路系统存在温度漂移现象。超声波式湿敏传感器超声波在空气中的传播速度与温度、湿度有关，利用这一特性可制成超声波式湿度传感器。传感器由超声波气温计和铂丝电阻测温计组成，前者的测量数据与湿度有关，后者的测量数据只与温度有关，按照超声波在干燥空气和含湿空气中的传播速度可计算出空气的绝对湿度。超声波湿度传感器有很多优点，它的测湿数据比较准确，响应速度快，可以测出某一极小范围的绝对湿度而不受辐射热的影响。这种传感器尚处于研制阶段。微波水分传感器

微波水分传感器是利用微波在水蒸汽的空气中传播，水汽吸收微波使其产生损耗而制成的。

其工作原理示意图见下图。微波水分传感器利用微波电介质共振系统的品质因数随湿度变化的机理制成的传感器。微波共振器采用氧化镁-氧化钙-二氧化钛陶瓷体，共振器与耦合环构成共振系统，含水蒸气的气体进入传感器腔体后改变原共振系统的品质因数，其微波损失量与湿度成线性关系。这种传感器的测湿范围为相对湿度40～95[%