如何选择湿度传感器

如何选择湿度传感器电容，resisitive和导热性湿度传感器的工作原理这种讨论还涉及它们的优点，缺点和应用。.准确性.重复性.互换性.长期稳定性.能够冷凝回收.耐化学和物理污染.大小.包装.成本效益额外显著长期因素是与传感器的更换，字段和内部校准相关的成本，并且该信号调理和数据采集（DA）电路的复杂性和可靠性。基于上述考虑，以使感，潜在用户所需要的最广泛使用的类型的湿度传感器和它们的预期性能的一般趋势的理解。电容式湿度传感器电容式相对湿度（RH）传感器（见照片1），广泛应用于工业，商业，和天气遥测应用。照片1。容性相对湿度传感器是在大范围的式样，尺寸和形状，包括集成的单片电子元件。这里显示的传感器是由不同的制造商。它们由在其上的聚合物或金属氧化物的薄膜被沉积在两个导电电极之间的衬底。感测表面上涂有多孔金属电极，以保护它免受污染和暴露于冷凝。基板通常是玻璃，陶瓷，或硅。在电容式湿度传感器的介电常数的增量变化几乎是成正比的周围环境的相对湿度。电容的变化通常是0.2〜0.5pF为1%的相对湿度的变化，而大容量电容是100和500pF的之间，在50%相对湿度在25℃下电容式传感器的特征在于低的温度系数，在高温下发挥作用的能力（高达200℃）,从缩合完全恢复，并且对化学蒸气合理阻力。响应时间为30至60秒为63%RH的阶跃变化。国家的最先进的技术用于生产电容式传感器采取许多在半导体制造过程中使用，以产生感应器以最小的长期漂移和滞后的原则的优势。薄膜电容式传感器可以包括单片信号调节电路集成到基板上。最广泛使用的信号调节器采用了CMOS定时器脉冲的传感器，并产生一个接近线性的电压输出（见图1）。RH(%)图1.接近线性的响应在25°C。看到这个情节的电容变化与湿度的应用术语“大电容”指的是基值，在0%相对湿度。电容式传感器的典型的不确定性为±2%RH从5%到95%相对湿度与2点校准。电容式传感器是由距离传感元件可以位于从信号调理电路中，由于连接电缆的相对于所述传感器的相对小的电容变化的电容效应的限制。实际上的限制是<10英尺。直接字段互换性可以是一个问题，除非该传感器是激光修整，以减少偏差为±2%或提供了一种基于计算机的校准方法。这些校准方案可以补偿传感器电容100至500pF的露点。薄膜电容式传感器提供在低RH离散信号的变化，保持稳定的长期使用，并具有最小的漂移，但它们不是线性的下面几％相对湿度。这些特征导致了露点测量系统的发展结合有电容传感器和基于微处理器的电路，其存储在非易失性存储器的校正数据。这种方法减少了显著在工业HVAC和天气遥测应用中使用的露点湿度计和发射机的成本。该传感器被结合到一个单片电路，可提供一个电压输出为RH的函数。基于计算机的系统记录输出电压在20露点值在一个范围-40°C至27°C。参考露点被证实与NIST可追踪冷镜式湿度计。获取用于将传感器电压与露点/霜点值，然后存储在仪器中的EPROM中。上述微处理器一起同时干球温度的测量来计算的水蒸汽压力的线性回归算法使用这些值。一旦水蒸汽压力是确定的，露点温度从存储在EPROM的热力学方程计算。相关的冷冻镜子比±2°C露点更好地从-40°C至-10°C和±1°C从-10°C至27°C。该传感器提供优于1.5°C露点漂移/年的长期稳定性。使用这种方法的露点米已实地测试，并广泛用于在冷镜露点米的成本的一小部分了广泛的应用。电阻式湿度传感器电阻式湿度传感器（参见图2）测量在吸湿介质，例如导电聚合物，盐，或经处理的衬底的电阻抗的变化。

照片2。电阻式传感器是基于一个叉指或双线绕组。吸湿性聚合物涂层的沉积后，其电阻随湿度成反比变化。在邓莫尔传感器（右）所示的1/3大小。阻抗变化是典型的逆指数关系到湿度（参见图2）：图2。电阻传感器的指数响应，这里绘出在25。。下，通过用于直接抄表或过程控制信号调节线性化。电阻式传感器通常由任一沉积在衬底上通过在塑料或玻璃筒光致抗蚀剂技术或绕线电极的贵金属电极。在基板上涂布一种盐或导电性高分子。当它被溶解或悬浮在液体粘合剂它用作车辆以便均匀地涂覆在传感器。或者，衬底可以被激活的化学物质，如酸处理。传感器吸收的水蒸汽和离子性官能团解离，导致增加的电导率。的响应时间最电阻传感器范围从10到30秒的63%的阶跃变化。典型的电阻元件的阻抗变化范围从1千a到100米G。大多数电阻传感器使用对称的交流激励电压与没有DC偏置，以防止偏振传感器。所产生的电流流被转换并整流成直流电压信号进行缩放的缩放，放大，线性化，或A/DRconversion（参见图3）。3力 图3。电阻式传感器表现出对湿度变化的非线性响应。此反应可以通过模拟或数字方法进行线性化处理。典型的可变电阻的范围是从几千欧姆到100mV。额定励磁频率为30Hz至10kHz。在“电阻”传感器是不是纯电阻在电容的影响》为10-100umG作出反应的阻抗测量。的电阻相对湿度传感器的一个显着优点是其可互换性，通常在土2%RH,它允许电子信号调节电路可以由一个电阻器在一个固定的相对湿度点校准。这消除了对湿度校准标准，所以电阻湿度传感器通常是在现场更换。单个电阻湿度传感器的准确度可以通过在RH校准室测试或参考标准的湿度控制的环境中的基于计算机的系统的DA来确认。电阻式传感器的额定工作温度范围为-40。C至100°C。在住宅和商业环境中，这些传感器的寿命是＞＞5年。，但接触化学气体和其他污染物，如油雾可能导致过早失效。一些电阻传感器的另一个缺点是它们倾向于在暴露于缩合如果水溶性涂层是用来转移值。当安装在大（＞10°F）的温度波动的环境下电阻式湿度传感器具有显著的温度依赖性。同时进行温度补偿结合的准确性。体积小，成本低，互换性强，长期稳定性，使这些电阻传感器适用于控制和显示产品的工业，商业和住宅应用。其中的第一个大规模生产的湿度传感器是邓莫尔型，由NIST在1940年制定并沿用至今。它包括一个双重的塑料圆筒，然后将其涂覆有聚乙烯醇（粘合剂），要么澳化锂或氯化锂的混合物绕组钯丝。不同的澳化锂或氯化锂的结果中，覆盖20%-40%RH的湿度的跨度非常高的分辨率的传感器的浓度。在1%-2%RH范围内非常低的相对湿度控制功能，在0.1%的精度就可以实现。邓莫尔传感器被广泛应用于精密空调控制，以保持电脑室的环境和应用于电信监视器加压传输线，天线和波导。在电阻式湿度传感器的最新发展，采用了陶瓷涂层，以克服局限在发生结露的环境。该传感器包括一个陶瓷基片与沉积光致抗蚀剂工艺的贵金属电极。在衬底表面上涂覆有导电聚合物/陶瓷粘合剂混合物，并且该传感器带有灰尘过滤器安装在一个塑料保护外壳。粘结材料是一种陶瓷粉末悬浮在液体中的形式。后的表面上涂覆并在空气中干燥，传感器是热处理。这个过程的结果在一个明确的非水溶性的厚膜涂层完全恢复因暴露于凝结（参见图4）。RecoveryTimes(Min)图4。水浸渍后，在陶瓷涂层的电阻式传感器到它的预浸渍的典型恢复时间，30%的值是5-15分钟，取决于空气流速。制造过程中产生具有优于3%RH以上的15%-95%RH范围内的互换性传感器。这些传感器的精度被确定为±2%相对湿度由一个基于计算机的系统的DA。从全凝结到30%的恢复时间是几分钟。当与信号调节器中使用时，传感器输出电压直接正比于环境的相对湿度。导热性湿度传感器这些传感器（参见图3）通过定量的干燥空气的热导率和含有水蒸汽的空气之间的差测量的绝对湿度。照片3。用于测量绝对湿度在高温下，热导率传感器被经常使用。他们在不同的工作原理由电阻和电容式传感器。Avbsolute湿度传感器是左和中心；热敏电阻商会是在右边。当空气或气体是干燥的，它具有更大的容量，以“下沉”热量，如在一个沙漠气候的例子。沙漠可以是非常炎热的一天，但夜间气温迅速下降，由于干燥的大气条件。相比之下，潮湿的气候不降温如此迅速地在晚上，因为热量是由水蒸气在大气中留存。导热性湿度传感器（或绝对湿度传感器）由两个匹配的负温度系数的电桥电路（NTC）热敏电阻元件；1被气密封装在干燥的氮气，另一种是暴露于环境中（参见图5）。图5。在热导率传感器，两个匹配的热敏电阻被用于一DC电桥电路。一个传感器被密封在干燥的氮气和其他暴露到周围环境。电桥的输出电压直接正比于绝对湿度。当电流通过热敏电阻通过，电阻加热提高它们的温度至〉200℃。从密封的热敏电阻器散发的热量大于暴露热敏电阻由于在水蒸汽相比，干燥的氮气的热传导性的差异。由于热耗散收率不同的工作温度，在该热敏电阻的电阻差正比于绝对湿度（参见图6）。

>J-5snQ10102G>J-5snQ10102G3040EQ6070的如1001何1州130Absolute图6。的热导率传感器的输出信号由操作温度的影响。最大输出功率为600℃;在200℃产量下降了70%。一个简单的电阻网络提供的电压输出等于0-130克/米的范围内3在60°C。校准是通过将传感器在潮湿的空气或氮气，并调整输出到零进行。绝对湿度传感器是非常耐用的，在温度高达575°F(300℃)操作，并且借助于用于其结构，对于热敏电阻，高温，即，玻璃，半导体材料中的惰性材料的化学蒸气耐塑料或铝的热导率传感器的一个有趣的特点是，它们对具有热特性与干燥氮气不同的气体作出响应，这会影响测量结果。绝对湿度传感器通常用于家用电器如衣物干燥机和微波和蒸汽注入炉。工业应用包括窑烘干的木材，机械烘干纺织，造纸，化工等固体;药品生产，烹饪和食品脱水。由于副产物的燃烧和燃料电池的操作之一是水蒸汽，特别感兴趣的已被证明在使用绝对湿度传感器来监测这些反应的效率。在一般情况下，绝对湿度传感器提供更高的分辨率在温度＞200°F相比做电容式和电阻式传感器，并且可在应用中，这些传感器将无法生存被使用。绝对湿度传感器的典型精度为+3克/米3,这转换为大约±5%RH,在40℃和±0.5%相对湿度在100℃下。总结在半导体技术的快速进步，诸如薄膜沉积，离子溅射，