Chapter8固态传感器8.5湿度传感器检测技术固态传感器第2页总计50页8.5湿度传感器湿度检测的意义在工业生产中，湿度测控关系到产品的质量。精密仪器、半导体集成电路与元器件制造场所，湿度的测控就显得更加重要。湿度测控在气象预报、医疗卫生、食品加工、家用电器、农林牧等行业都有广泛的应用。固态传感器第3页总计50页8.5湿度传感器湿度是指大气中的水蒸气含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位为g/m3，一般用符号AH表示。相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在实际使用中多使用相对湿度这一概念。固态传感器第4页总计50页8.5湿度传感器湿敏传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件。湿度检测较之其它物理量的检测困难的原因：因为空气中水蒸气含量要比空气少得多；液态水会使一些高分子材料和电解质材料溶解，一部分水分子电离后与溶入水中的空气中的杂质结合成酸或碱，使湿敏材料不同程度地受到腐蚀和老化，从而丧失其原有的性质；湿信息的传递必须靠水对湿敏器件直接接触来完成，因此湿敏器件只能直接暴露于待测环境中，不能密封。固态传感器第5页总计50页8.5湿度传感器对湿敏器件的要求：在各种气体环境下稳定性好，寿命长；满足要求的湿度测量范围，有较快的响应速度；在各种气体环境中特性稳定，不受尘埃、油污附着影响；能在－30～100℃的环境温度下使用，受温度影响小；互换性好、制造简单、价格便宜；微型化、集成化是湿敏器件的发展方向。固态传感器第6页总计50页8.5湿度传感器传统的方法是露点法、毛发膨胀法和干湿球温度测量法。石英振动式湿度计、微波湿度计、电容湿度计、电阻湿度计等。陶瓷湿敏电阻。固态传感器第7页总计50页8.5湿度传感器8.5.1湿度表示法8.5.2电解质湿度传感器8.5.3陶瓷湿度传感器8.5.4高分子湿度传感器8.5.5湿度传感器的测量电路固态传感器第8页总计50页8.5.1湿度表示法空气(或气体)中水水蒸气的量称为湿度。湿度的表示方法：质量百分比和体积百分比相对湿度和绝对湿度露点（霜点）固态传感器第9页总计50页1.质量百分比和体积百分比质量为M的混合气体中，若含水蒸气的质量为m，则质量百分比为：m／M×100％在体积为V的混合气体中，若含水蒸气的体积为v，则体积百分比为：v／V×100％这两种方法统称为水蒸气百分含量法。固态传感器第10页总计50页2.相对湿度和绝对湿度水蒸气压是指在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气分压(e)。而饱和蒸气压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值(es)。温度越高，饱和水蒸气压越大。在某一温度下，其水蒸气压同饱和蒸气压的百分比，称为相对湿度：绝对湿度表示单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其定义为：100%seRHe3g/mvmV固态传感器第11页总计50页2.相对湿度和绝对湿度如果把待测空气看作是由水蒸气和干燥空气组成的二元理想混合气体，根据道尔顿分压定律和理想气体状态方程，可得出：e：空气中水蒸气分压；M：水蒸气的摩尔质量R：理想气体常数；T：空气的绝对温度。veMRT固态传感器第12页总计50页3.露（霜）点水的饱和蒸气压随温度的降低而逐渐下降。在同样的空气水蒸气压下，温度越低，则空气的水蒸气压与同温度下水的饱和蒸气压差值越小。当空气温度下降到某一温度时，空气中的水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。此时，空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠，相对湿度为100％RH。该温度称为空气的露点温度，简称露点。如果这一温度低于0℃时，水蒸气将结霜，又称为霜点温度。空气中水蒸气压越小，露点越低，因而可用露点表示空气中的湿度。固态传感器第13页总计50页3.露（霜）点5010203040-1001020304050温度/℃10%RH露点/℃90%RH80%RH70%RH60%RH50%RH40%RH20%RH30%RH图1温度－相对湿度—露点的对应关系...
