湿度传感器的应用研究

麻姗姗 柳钰 燕丽颖

摘要：我国科技正在不断的迅速发展，湿度传感器的应用范围越来越广阔，本文主要介绍的是湿度传感器的选用，从发展史入手，对电阻式、电容式等湿度传感器的特点、结构作出了详细介绍。温度会对湿度的测量产生影响，将其称为温度补偿，可以通过软件或硬件的方式解决这个问题。

关键词：湿度传感器；温度补偿；测量误差

湿度是用来衡量空气中含水量的一种物理量。通常情况下，温度和湿度是紧密相关的。当空气湿度大时，环境温度相对低一些；当空气湿度小时，环境温度相对高一些。当然，湿度在温室大棚、动物养殖、药品储存、食品行业等领域应用广泛。为了准确测量出湿度的相关信息，出现了湿度传感器，它是将水蒸汽转换为其他可利用器件测量的物质的一种传感器。

1 湿度与湿度传感器的发展

1.1 湿度表达的方法

狭义上湿度指的是空气中含水汽的量，表示方式有相对湿度和绝对湿度两种。

（1）绝对湿度：绝对湿度[1]指的是在受到压力和温度的影响下，单位体积中待测气体水蒸气的质量，也就是水蒸气密度，数学表达方式为Ha=MVV。

式中MV——待测气体中水蒸气的质量；

V——待测气体的总体积；

Ha——待测气体的绝对湿度，单位为g/m3。

（2）相对湿度：相对湿度指的是待测气体水蒸气压和温度相同情况下水包含蒸气压二者比值百分数，通过数学表达式来进行表达为[1]RH=PVPW×100%。

式中PV——待测气体水蒸气压；

PW——温度相同情况下水包含蒸气压；

RH——相对湿度，单位为100%RH。

若是温度以及压力发生变化，那么饱和水蒸气压也会发生变化，即便是气体中水蒸气压还是相同，那么其相对湿度也会出现一些变化，温度越升高，那么其饱和水蒸气压也会越大。

1.2 湿度传感器的发展史

（1）毛发湿度计是最早的湿度检测手段，达芬奇用的材料是人的头发或者是羊毛。[2]这种仪器在进行湿度检测历史上发挥的作用是很大的。

（2）随着社会和科技的发展，人们对于电子湿度传感器研究所具备的重要意义认知也愈加准确。在1939年的时候，盾猛利用材料本身电气特征制造出了第一个湿度传感器。这种湿度传感器利用的是电解质，通过电阻值的变化来监测湿度。在监测时，其范围较小，想要测定的湿度变化比较宽，那么需要选择多个传感器，并且传感器的特性也应该不同。

（3）随着半导体技术的不断发展，人们开始分析怎样利用半导体来进行湿度传感器的制作，并且研制出了几种材料是陶瓷金属氧化物的传感器。测试的时候，使用了含金属氧化物厚膜硅胶或者是胶体涂印的传感器。并且，还利用将胶体电阻减小的办法来将响应速度提高。

2 湿度传感器的类别

2.1 半导体陶瓷湿度传感器

陶瓷湿度传感器本身的优点比较明显，主要体现在下面几点。首先，其测定湿范围的时候，可以在全湿的范围内来测量湿度；其次，其工作温度较高，常温湿度传感器可以在150℃以下开展工作，高温湿度传感器可以在800℃以下开展相关的工作；再次，响应需要时间比较短，并且多孔陶瓷本身的表面积大，无论是吸湿还是脱湿都方便，其湿滞比较小，抗沾污能力比较强，能够进行高温的清洗，无论是稳定性还是灵敏度都比较出色。

2.2 高分子湿度传感器

1）高分子电阻式湿度传感器。高分子电阻式湿度传感器湿敏层能够分成能够进行导电的高分子以及强电解质，其本身的吸水性比较出色。在湿度比较低的情况下，吸附量往往会比较小，很难生成电离子，这种情况下，电阻值较高；若是增加相对湿度，那么其吸附量也会有增加。高分子电解质若是吸水，那么能够电离，正负离子能够载流子，这种情况下，电阻也会下降。吸湿量不同，高分子介质所具备的阻值也是不一样的，并且能够根据其变化来测量相对的湿度。

2）高分子电容式湿度传感器。若是高分子聚合物的介质会吸湿，那么随着环境变化，元件介电常数也会出现变化，电容李也会变化。并且，高分子膜本身便薄，无论是吸湿还是脱湿速度都非常快。

3）结露传感器。结露传感器作为一种湿度传感器，其是比较特殊的，其特征是对感湿特征量，高湿敏感等有着开关式变化特征。揭露传感器主要分成电容型和电阻型两种，现在使用比较广泛的便是电阻型的传感器。

3 選用湿度传感器的注意事项

3.1 注意测量范围的选择

选择湿度传感器时，首先便必须确定测量的范围。除了一些专业部门之外，一般不需要测量全湿程（0100%RH）。

3.2 注意测量精度的选择

对湿度传感器来说，精度测量非常重要，每提高百分之一，湿度传感器的台阶甚至是档次便会上升。并且，精度不同，传感器的成本也不一样，售价差别也较大，这便要求必须根据自身需要来合理的选择传感器。

4 湿度传感器的主要问题——温度补偿

温度是对湿度测量造成影响的一个重要因素，研究温度补偿的重要性不言而喻。

进行温度补偿的时候，往往会选择软件或者硬件两种方法，并且，根据不同类型传感器温度特征，选择硬件补偿的班风，能够让阻值随着温度变化而呈现出指数变化的湿敏电阻脱离支出状态呈现出一种线性的关系；通过软件进行补偿的班风指的是高分子湿敏电容器你河方程中进行温度参量的引进，进行数学模型的建立。利用温度补偿能够让测量误差更小。

5 结论

湿度传感器已经广泛的运用到了各行各业中去。笔者介绍了几种湿度传感器，对其构成和原理进行了分析，并找到了一些注意事项和减小误差的手段，希望能够将湿度传感器的作用更好的发挥出来。

参考文献：

[1]李良.简易式湿度检测显示器设计[J]数学传媒研究，2014，31（2）：4650.

[2]杨少春.传感器原理及应用[M].北京电子工业出版社，2011.

基金项目：咸阳师范学院专项科研基金项目（XSYK17008），咸阳师范学院省级大学生创新创业训练计划资助项目（20172522）