湿敏元件百科知识

shimin yuanjian
湿敏元件
moisture sensiTIve element

运用湿敏资料对水分子的吸附才能或对水分子发作物理效应的办法丈量湿度的元件。有关湿度丈量，早在16世纪就有记载。许多陈旧的丈量办法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今仍被广泛选用。现代工业技术要求高精度、高牢靠和接连地丈量湿度，因此连续呈现了品种繁复的湿敏元件。
分类 湿敏元件首要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。运用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体外表的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如，运用水分子附着或浸入某些物质后,其电气功能(电阻值、介电常数等)发作改动的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；运用水分子附着后引起资料长度改动，可制成尺度改动式湿敏元件，如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水功能，不只有物理吸附,并且有化学吸附,可制成金属氧化物湿敏元件。这类元件在运用时附着或浸入被测的水蒸气分子，与资料发作化学反应生成氢氧化物，或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以悉数脱出，使重复运用时元件的特性不安稳，丈量时有较大的滞后差错和较慢的反应速度。现在运用较多的均归于这类湿敏元件。另一类非亲和力型湿敏元件运用其与水分子触摸发作的物理效应来丈量湿度。例如，运用热力学办法丈量的热敏电阻式湿度传感器，运用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。图1 湿敏元件的分类是湿敏元件的分类。
电解质湿敏元件 运用潮解性盐类受潮后电阻发作改动制成的湿敏元件。最常用的是电解质氯化锂(LiCl)。从1938年顿蒙创造这种元件以来，在较长的运用实践中，对氯化锂的载体及元件尺度作了许多改善，提高了呼应速度和扩展测湿规模。氯化锂湿敏元件的作业原理是依据湿度改动能引起电介质离子导电状况的改动，使电阻值发作改动。结构方式有顿蒙式和含浸式。顿蒙式氯化锂湿敏元件是在聚苯乙烯圆筒上平行地绕上钯丝电极，然后把皂化聚乙烯醋酸酯与氯化锂水溶液混合液均匀地涂在圆筒外表上制成，测湿规模约为相对湿度30％。含浸式氯化锂湿敏元件是由天然树皮基板用氯化锂水溶液浸泡制成的。植物的髓脉具有细密的网状结构，有利于水分子的吸入和放出。70年代研发成功玻璃基板含浸式湿敏元件，选用两种不同浓度的氯化锂水溶液浸泡多孔无碱玻璃基板（孔径均匀500埃）,可制成测湿规模为相对湿度20～80％的元件。
氯化锂元件具有滞后差错较小，不受测验环境的风速影响，不影响和损坏被测湿度环境等长处，但因其根本原理是运用潮解盐的湿敏特性，经重复吸湿、脱湿后，会引起电解质膜变形和功能变劣，特别遇到高湿及结露环境时，会构成电解质潮解而丢失，导至元件损坏。
高分子资料湿敏元件 运用有机高分子资料的吸湿功能与膨润功能制成的湿敏元件。吸湿后，介电常数发作明显改动的高分子电介质，可做成电容式湿敏元件。吸湿后电阻值改动的高分子资料，可做成电阻改动式湿敏元件。图2 高分子薄膜介质电容式湿敏元件结构是高分子薄膜电介质电容式湿敏元件的根本结构。常用的高分子资料是醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等。高分子湿敏元件的薄膜做得极薄,一般约5000埃,使元件易于很快的吸湿与脱湿,减少了滞后差错,呼应速度快。这种湿敏元件的缺陷是不宜用于含有机溶媒气体的环境，元件也不本领80℃以上的高温。
金属氧化物膜湿敏元件 许多金属氧化物如氧化铝、四氧化三铁、钽氧化物等都有较强的吸脱水功能，将它们制成烧结薄或涂布薄膜可制造多种湿敏元件。把铝基片置于草酸、硫酸或铬酸电解槽中进行阳极氧化，构成氧化铝多孔薄膜，经过真空蒸发或溅射工艺，在薄膜上构成透气性电极。这种多孔质的氧化铝湿敏元件互换性好，低湿规模测湿的时刻呼应速度较快，滞后差错小，常用于高空气球上测湿。四氧化三铁胶体的长处是固有电阻低，长时间置于大气环境外表状况不会改动，胶体粒子间彼此招引粘结严密等。它是一种价廉物美，较早投入批量出产的湿敏元件，在湿度丈量和湿度操控方面都有许多运用。
金属氧化物陶瓷湿敏元件 将极端微细的金属氧化物颗粒在高温1300℃下烧结，可制成多孔体的金属氧化物陶瓷，在这种多孔体外表加上电极，引出接线端子就可做成陶瓷湿敏元件。湿敏元件运用时有必要暴露于测验环境中，故油垢、尘土和有害于元件的物质(气、固体)都会使其物理吸赞同化学吸附功能发作改动，引起元件特性变坏。而金属氧化物陶瓷湿敏元件的陶瓷烧结体物理和化学状况安稳，能够用加热去污办法康复元件的湿敏特性，并且烧结体的外表结构极大地扩展元件外表与水蒸气的触摸面积，使水蒸气易于吸着和脱去，还可经过操控元件的纤细结构使物理性吸附占主导地位，取得最佳的湿敏特性。因此陶瓷湿敏元件的运用寿命长、元件特性安稳，是现在最有或许成为工程运用的首要湿敏元件之一。陶瓷湿敏元件的运用温度为0～160℃。
在许多的金属氧化物陶瓷资料中，由铬酸镁－二氧化钛固溶体组成的多孔性半导体陶瓷是功能较好的湿敏资料，它的外表电阻率能在很宽的规模内跟着湿度的改动而改动，并且能在高温条件下进行重复的热清洗，功能仍坚持不变。图3铬酸镁-二氧化钛陶瓷湿敏元件结构为这种陶瓷湿敏元件结构。
热敏电阻式湿度传感器 运用热敏电阻作湿敏元件。传感器中有组成桥式电路的珠状热敏电阻R1和R2,电源供应的电流使R1、R2坚持在200℃左右的温度（图4 热敏电阻式湿度传感器原理）。其间R2装在密封的金属盒内，内部封装着枯燥空气，R1置于与大气相触摸的开孔金属盒内。将R1先置于枯燥空气中，调理电桥平衡，使输出端A、B间电压为零，当R1触摸待测含湿空气时，含湿空气与枯燥空气发作热传导差，使R1受冷却，电阻值增高，A、B间发作输出电压，其值与湿度改动有关。热敏电阻式湿敏传感器的输出电压与肯定湿度成份额，因此可用于丈量大气的肯定湿度。传感器是运用湿度与大气导热率之间的联系作为丈量原理的，当大气中混入其他特种气体或气压改动时，丈量成果会有程度不同的影响。此外，热敏电阻的方位对丈量也有很大影响。但这种传感器从牢靠性、安稳性和不用特别保护等方面来看，很有特征，现已用于空调机湿度操控，或制成便携式肯定湿度表、直读式露点计、相对湿度计、水分计等。
红外线吸收式湿度传感器 运用水蒸气能吸收某波段的红外线制成的湿度传感器。60年代中期，美国气象局以波长为1.37微米和1.25微米的红外光别离作灵敏光束和参阅光束，研发成红外线吸收式湿度传感器。这种传感器选用装有□□滤光片和□ 滤光片的旋转滤光片，当光源经过旋转滤光片时，轮番地挑选波长为□□和□ 的红外光束,两条光束经过被测湿度的样气抵达光敏元件,因为波长为□□的光束不被水蒸气吸收，其光强仍为I0，波长为□ 的光束被水蒸气部分吸收，光强衰减为I（图5红外线吸收式湿度传感器原理）。选用朗伯－贝尔法丈量：
□式中I0为光源光强度，I为光敏元件处的光强度，□为吸收系数,□为待测含水蒸气的浓度,□为光路长度。依据光强度的改动，将光敏元件上的信号处理后可取得正比于水蒸气浓度 □的电信号。红外线吸收式湿度传感器属非水分子亲和力型湿敏元件，丈量精度和灵敏度较高，能够丈量高温或密封场所的气体湿度，也能处理其他湿度传感器不能处理的
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