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湿度传感器的发展趋势

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍湿敏元件的特性,重点阐述集成湿度传感器、单片智能化湿度/温度传感器的性能特点及产品分类,最后给出集成湿度传感器典型产品的技术指标。

    关键词:集成湿度传感器 单片智能湿度/温度传感器 校准 补偿

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外,湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。

近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展,为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。

1 湿敏元件的特性

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。

1.1 湿敏电阻

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。

1.2 湿敏电容

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%~99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当相对湿度从0变化到100%时,电容量的变化范围是163pF~202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,响应时间为5s。

除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

表1 集成湿度传感器的主要技术指标

产品型号 测量范围/(%RH) 测量精度/(%RH) 电源电压/V 电源电流μA 输出范围或
输出形式 工作温度范围/℃

主要特点

HIH-3602 0~100 ±2 4~5.8 200 0.8V~3.9 -40~+85 线性电压输出线,
HIH-3610的性能最好,
抗污染能力最强 HIH-3605 0~100 ±2 4~5.8 200 0.8V~3.9V -40~+85 HIH-3610 0~100 ±2 4~5.8 200 0.8V~3.9V -40~+85 HM1500 0~100 ±3 5 400 1V~4V -30~+60 线性电压输出式,
互换性好,不怕水浸。
HM1520特别适合测量低温度 HM1520 0~20 ±2 5 400 1V~1.6V -30~+60 线性频率输出式 HF3223 10~95 ±5 5 100

9650Hz~8030Hz

-40~+85 频率/温度输出线,带NTC热敏电阻测

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