【知識】溼度傳感器(一)

2021-02-13 RFP柔性傳感器

人類的生存和社會活動與溼度密切相關。據生理學家研究，人所處環境的溫溼度高低，會直接影響到人的體溫調節功能和熱傳導效應。人的體感適應度的好壞，會反映到思維活動的敏捷和精神狀態的優良，從而影響了我們學習、工作的效率。經過試驗分析，人體最適宜的室溫度應是18℃，溼度應是40%至60%。在人們的生產生活中，有許多不同的場所和環境對溫溼度都有特定的要求，因此，合理的溫溼度調控成為了一種必要手段。隨著現代化的發展，很難找出一個與溼度無關的領域來。由於應用領域不同，對溼度傳感器的技術要求也不同。

從製造角度看，同是溼度傳感器，材料、結構不同，工藝不同，其性能和技術指標（像精度方面）有很大差異，因而價格也相差甚遠。

對使用者來說，選擇溼度傳感器時，首先要搞清楚需要什麼樣的傳感器；在自己的財力允許的情況下選購何種檔次的產品，權衡好「需要與可能」的關係，不至於盲目行事。

具體溼度傳感器要怎麼選擇？其工作原理是做什麼？使用過程中需要注意事項呢？下面內容依次對這幾個問題進行解答。

　　

和測量重量、溫度一樣，選擇溼度傳感器首先要確定測量範圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、溼度測控的一般不需要全溼程（0-100%RH）測量。在當今的資訊時代，傳感器技術與計算機技術、自動控制技術緊密結合著。測量的目的在於控制，測量範圍與控制範圍合稱使用範圍。當然，對不需要搞測控系統的應用者來說，直接選擇通用型溼度儀就可以了。

和測量範圍一樣，測量精度同是傳感器最重要的指標。每提高—個百分點．對傳感器來說就是上一個臺階，甚至是上一個檔次。因為要達到不同的精度，其製造成本相差很大，售價也相差甚遠。例如進口的1隻廉價的溼度傳感器只有幾美元，而1隻供標定用的全溼程溼度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求「高、精、尖」。

生產廠商往往是分段給出其溼度傳感器的精度的。如中、低溼段（0一80%RH）為±2%RH，而高溼段（80—100%RH）為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下（如25℃）的值。如在不同溫度下使用溼度傳感器．其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對溼度是溫度的函數，溫度嚴重地影響著指定空間內的相對溼度。溫度每變化0.1℃。將產生0.5%RH的溼度變化（誤差）。使用場合如果難以做到恆溫，則提出過高的測溼精度是不合適的。因為溼度隨著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測溼精度將失去實際意義。所以控溼首先要控好溫，這就是大量應用的往往是溫溼度—體化傳感器而不單純是溼度傳感器的緣故。

多數情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對於要求精確控制恆溫、恆溼的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄溼度變化的場合，再選用±3%RH以上精度的溼度傳感器。與此相對應的溫度傳感器，其測溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高於±2%RH的要求恐怕連校準傳感器的標準溼度發生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國家標準物質研究中心溼度室的文章認為：「相對溼度測量儀表，即使在20—25℃下，要達到2%RH的準確度仍是很困難的。」

　　


溼度傳感器是一種能感受氣體中水蒸氣含量，並轉換成可用輸出信號的傳感器，不同的傳感器類型，其工作原理存在差異。按照以下分類進行說明：
根據敏感方案是否基於水分子的極性吸附特性，可以把溼度分為水分子親和力型和非水分子親和力型。

水分子親和型溼度傳感器是利用水分子具有較大的偶極矩，因此很容易吸附在固體表面上，並滲透到固體（作為水分子親和）溼度傳感器的內部特性及其測量原理，對溼敏材料的吸溼或解吸過程改變其自身的性能，從而形成不同的溼度傳感器類型。

非水親和型溼度傳感器，測量原理是：水分測定採用幹空氣和溼空氣的熱傳導；在空氣中傳播的水蒸氣利用微波，微波吸收水蒸氣產生的能量損失，能量和空氣中的溼度有關的傳輸損耗水分的測定;利用水蒸氣可以吸收一定波長的紅外光來測量空氣中的溼度。

溼敏元件是最簡單的溼度傳感器，溼敏元件主要有電阻式、電容式兩大類：
溼敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感溼材料製成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感溼膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量溼度。溼敏電容一般是用高分子薄膜電容製成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚醯亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境溼度發生改變時，溼敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對溼度成正比。溼敏電容的主要優點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、溼度的滯後量小、便於製造、容易實現小型化和集成化，其精度一般比溼敏電阻要低一些。　　

除電阻式、電容式溼敏元件之外，還有電解質離子型溼敏元件、重量型溼敏元件（利用感溼膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強型溼敏元件、聲表面波溼敏元件等。溼敏元件的線性度及抗汙染性差，在檢測環境溼度時，溼敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被汙染而影響其測量精度及長期穩定性。


溼度傳感器是非密封性的，為保護測量的準確度和穩定性，應儘量避免在酸性、鹼性及含有機溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環境中使用。為正確反映欲測空間的溼度，還應避免將傳感器安放在離牆壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大，就應放置多個傳感器。

有的溼度傳感器對供電電源要求比較高，否則將影響測量精度．或者傳感器之間相互幹擾，甚至無法工作。使用時應技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

傳感器需要進行遠距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過200m以上時，建議選用頻率輸出信號的溼度傳感器。

由於溼敏元件都存在一定的分散性，無論進口或國產的傳感器都需逐支調試標定。大多數在更換溼敏元件後需要重新調試標定，對於測量精度比較高的溼度傳感器尤其重要。

溼度傳感器現在正在被廣泛應用，溼度傳感器能夠很好的監控環境中溼度，在食品保護，環境檢測等方面有著重要的應用，我們在使用溼度傳感器的時候應該充分了解溼度傳感器的結構已經在使用過程中的一些注意事項。

溼度傳感器的形式不是很多，但是不管是什麼樣的溼度傳感器在使用過程中還是要注意以上幾個細節問題，不僅僅是溼度傳感器所有的傳感器在使用過程中都有它的注意事項，我們在使用的時候應該首先閱讀使用說明書已經和廠家諮詢相關的問題，才能更好的使用。

                                      

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內容|網絡資料整理

編輯|宇博智能—葉子

審核|宇博智能—阿文

  


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