晶体湿度传感器工作原理

1. 构造与原理
晶体本身是压电材料，依切面的不同有不同的振动频率系数，亦即所谓频率常数（ frequency constant，Hz-m）。由频率常数的关系可知同一切面，不同厚度的水芯片，将有不同的振荡频率。且当水芯片存在空气中时，它会吸附空气中之水吩，使其外观密度增加，而使振荡频率改变，此即为晶体振荡湿度传感器的工作原理。图1为石英晶体振荡湿度传感器的基本结构，除了外围多加一层用来吸收水份的聚酰胺树脂吸湿膜之外，其余均与一般晶体振荡器相似。AT cut，100MHz程度的晶体振荡子表面上被覆树脂膜(厚1~2μm)

图1 水晶振荡式湿度传感器的构造模式图
2. 特性
设有一厚度为t，切面的频率常数为N，及密度为ρ的水芯片，因水蒸气使其外观密度ρ产生变化，设为△ρ，则其共振频率变化
△f 可表成下式

由此式可知因湿度增加而使ρ增大△ρ，而共振频率将由f 减少△f，图2即为振荡频率与相对湿度的关系。此类传感器适用于温度为0~50℃，湿度为0~100%RH的范围，其测定精密度在±5％以内，其使用之频率通常在常在10MHz。

图2 传感器的周波数应答