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陶瓷湿度传感器基础知识

陶瓷湿度传感器基础知识

【摘要】:
陶瓷湿度传感器由金属氧化物陶瓷构成,分离子型和电子型两类。离子型湿敏元件是由绝缘材料制成的多孔陶瓷元件。由于水分子在微孔中的物理吸附作用,在湿空气中呈现H+,使元件的电导率增加,主要成分分两种α-Fe2O3及K2CO3和ZnO.V2O5.LI2O。陶瓷湿度传感器在低湿段电阻随湿度阻值变化较大,在40%-80%RH范围内,线性度比较好,高湿段则变化过小,可见陶瓷湿度传感器在常湿状态下具有较好的特性曲

陶瓷湿度传感器由金属氧化物陶瓷构成,分离子型和电子型两类。

离子型湿敏元件是由绝缘材料制成的多孔陶瓷元件。由于水分子在微孔中的物理吸附作用,在湿空气中呈现H+,使元件的电导率增加,主要成分分两种α-Fe2O3及K2CO3和ZnO.V2O5.LI2O。

陶瓷湿度传感器在低湿段电阻随湿度阻值变化较大,在40%-80%RH范围内,线性度比较好,高湿段则变化过小,可见陶瓷湿度传感器在常湿状态下具有较好的特性曲线,而在高湿段,低湿段曲线发生畸变,非线性比较明显。陶瓷湿敏元件德感湿特性还受到温度变化的影响,温度补偿对测量精度是重要的。

电子型湿度传感器主要有氧化铝、一氧化镁合成陶瓷湿度传感器元件电导率的增加和减少,利用分子在氧化物表面上的化学吸附作用而成,N型半导体,P型半导体氧化物反应出正湿度特性和负湿度特性。

氧化铝和一氧化镁湿度传感器,在700℃以下温度下可以进行湿度测量而比较稳定。但结构复杂,需要加热光栅加热至700℃,耗电大使用条件苛刻,价格昂贵,还要防止空气流速变动所引的特性改变,不易在工业领域普及使用。

陶瓷湿度传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点在于湿度滞后,响应速度快,体积小,便于批量生产,但由于多孔型材质,对尘埃影响很大,日常维护频繁,时常需要电加热加以清洗易影响产品质量,易受湿度影响,在低湿高温环境下线性度差,特别是使用寿命短,长期可靠性差,是此类湿度传感器迫切解决的问题。

湿敏元件的特性

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。

a 湿敏电阻

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生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种

类很多,例如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。

b 湿敏电容

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。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主要厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%~99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当相对湿度从0变化到100%时,电容量的变化范围是163pF~202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,响应时间为5s。

除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

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