工业控制 | 能源技术 | 汽车电子 | 通信网络 | 安防监控 | 智能电网 | 移动手持 | 无线技术 | 家用电器 | 数字广播 | 消费电子 | 应用软件 | 其他方案

电路设计->综合电路图->综合电路图->湿度传感器介绍及选用

湿度传感器介绍及选用

作者:dolphin时间:2011-05-11

一.大气的湿度及露点
[1].绝对湿度和相对湿度
地球表面的大气层是由78%的氮气、21%的氧气和一小部分二氧化碳、水汽以及其他一些惰性气体混合而成的。由于地面上的水和动植物会发生水份蒸发现象,因而地面上不断地在生成水份,使大气中含有水汽的量在不停地变化。由于水份的蒸发及凝结的过程总是伴随着吸热和放热,因此大气中的水汽的多少不但会影响大气的湿度,而且使空气出现潮湿或干燥现象。大气的干湿程度,通常是用大气中水汽的密度来表示的。即每1m3大气所含水汽的克数来表示,它称为大气的绝对湿度。
要想直接测量出大气的水汽密度,方法比较复杂。而理论计算表明,在一般的气温条件下,大气的水汽密度,与大气中水汽的压强数值十分接近。所以大气的水汽密度又可以规定为大气中所含水汽的压强,又把它称为大气的绝对湿度,用符号D表示,常用的单位是mmHg。
在许多与大气的湿度有关的现象里,如农作物的生长绵纱的断头以及人们的感觉等等,都与大气的绝对湿度没有直接的关系,主要与大气中的水汽离饱和状态的远近程度有关。比如,同样是6mmHg的绝对湿度,如果在炎热的夏季中午,由于离当时的饱和水汽压(31.38mmHg)尚远,使人感到干燥,如果是在初冬的傍晚,由于水汽压接近当时的饱和水汽压(18.05mmHg)而使人感到潮湿。因此通常把大气的绝对湿度跟当时气温下饱和水汽压的百分偶称为大气的相对湿度,即

式中H——相对湿度
D——大气的绝对湿度(mmHg)
Ds——当时气温下的饱和水汽压(mmHg)
上式表明,若大气中所含水汽的压强等于当时气温下的饱和水汽压时,这时大气的相对湿度等于100%RH。

[2].露点
降低温度可以使未饱和水汽变成饱和水汽。露点就是指使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低的温度。因此只要能测出露点,就可以通过一些数据表查得当时大气的绝对湿度。
当大气中的未饱和水汽接触到温度较低的物体时,就会使大气中的未饱和水汽达到或接近饱和状态,在这些物体上凝结成水滴。这种现象被称为结露。结露对农作物有利,但对电子产品则是有害的。

二.湿敏传感器的分类
水是一种极强的电解质。水分子有较大的电偶极矩,在氢原子附近有极大的正电场,因而它有很大的电子亲和力,使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器,它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出,图1是湿度传感器的分类示意图。

如何选用湿度传感器
一、湿度传感器的分类及感湿特点
湿度传感器,分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化,从而制成湿敏元件。国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一,质量价格都相差较大,用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度,需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点:

  1. 精度和长期稳定性
    湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH,达不到这个水平很难作为计量器具使用,湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的,通常产品资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。在实际使用中,由于尘土、油污及有害气体的影响,使用时间一长,会产生老化,精度下降,湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断,一般说来,长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题,年漂移量控制在1%RH水平的产品很少,一般都在±2%左右,甚至更高。
  2. 湿度传感器的温度系数
    湿敏元件除对环境湿度敏感外,对温度亦十分敏感,其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内,而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下 ,其温度系数又有差别。温漂非线性,这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿,或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的,湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果,非线性的温漂往往补偿不出较好的效果,只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。
  3. 湿度传感器的供电
    金属氧化物陶瓷,高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时,会导致性能变化,甚至失效,所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。
  4. 互换性
    目前,湿度传感器普遍存在着互换性差的现象,同一型号的传感器不能互换,严重影响了使用效果,给维修、调试增加了困难,有些厂家在这方面作出了种种努力,(但互换性仍很差)取得了较好效果。
  5. 湿度校正
    校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可,而湿度的标定标准较难实现,干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的,精度无法保证,因其要求环境条件非常严格,一般情况,(最好在湿度环境适合的条件下)在缺乏完善的检定设备时,通常用简单的饱和盐溶液检定法,并测量其温度。

二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法
在湿度传感器实际标定困难的情况下,可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。

  1. 一致性判定,同一类型,同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上,越多越说明问题,放在一起通电比较检测输出值,在相对稳定的条件下,观察测试的一致性。若进一步检测,可在24h内间隔一段时间记录,一天内一般都有高、中、低3种湿度和温度情况,可以较全面地观察产品的一致性和稳定性,包括温度补偿特性。


评论

技术专区