濕度傳感(gan)器(qi)原理(li)

濕度傳感(gan)器(qi)原理(li)

   濕敏(min)元件是(shi)zui簡單的濕度傳感(gan)器(qi)。濕敏(min)元件主要(yao)有電阻(zu)式、電容式(shi)兩(liang)大(da)類(lei)。  濕敏(min)電阻(zu)的特(te)點(dian)是(shi)在(zai)基片上覆(fu)蓋(gai)壹層(ceng)用(yong)感(gan)濕材料制(zhi)成(cheng)的膜，當(dang)空(kong)氣(qi)中的水蒸氣(qi)吸(xi)附(fu)在(zai)感濕膜上時，元件的電阻(zu)率(lv)和(he)電阻(zu)值都(dou)發(fa)生變化，利(li)用這(zhe)壹特(te)性即可測量濕度。   濕敏(min)電容壹(yi)般(ban)是(shi)用高(gao)分子薄(bo)膜電容制(zhi)成(cheng)的，常用的高分子材料有聚(ju)苯乙(yi)烯(xi)、聚(ju)酰亞(ya)胺、酪(lao)酸醋酸纖(xian)維(wei)等(deng)。當(dang)環境(jing)濕度發(fa)生改(gai)變時(shi)，濕敏(min)電容的介電常數發(fa)生變化，使其(qi)電容量(liang)也(ye)發(fa)生變化，其(qi)電容變(bian)化量與相對濕度成(cheng)正比。  電子式濕敏(min)傳感(gan)器(qi)的準(zhun)確(que)度可達2-3%RH，這(zhe)比幹濕球測濕精度高。  濕敏(min)元件的線性(xing)度及抗汙染性(xing)差，在(zai)檢(jian)測環境(jing)濕度時，濕敏(min)元件要(yao)長期(qi)暴(bao)露在(zai)待測環境(jing)中(zhong)，很容易(yi)被汙染而(er)影(ying)響(xiang)其(qi)測量精度及長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)。這(zhe)方(fang)面沒(mei)有幹濕球測濕方(fang)法好(hao)。

   下面對各種(zhong)濕度傳感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)簡單的介紹。

 1、氯(lv)化鋰濕度傳感(gan)器(qi)  

   （1）電阻(zu)式氯(lv)化鋰濕度計      

      *個基(ji)於(yu)電阻(zu)-濕度特(te)性原理(li)的氯化鋰電濕敏(min)元件是(shi)美國(guo)標(biao)準(zhun)局的F.W.Dunmore研制(zhi)出(chu)來的。這(zhe)種(zhong)元件具有較高(gao)的精度，同時(shi)結(jie)構(gou)簡單、價廉(lian)，適用於常溫常濕的測控等壹(yi)系列優點(dian)。       氯(lv)化鋰元件的測量範(fan)圍(wei)與濕敏(min)層的氯化鋰濃(nong)度及其(qi)它成(cheng)分有關。單個元件的有效感濕範圍(wei)壹(yi)般(ban)在(zai)20％RH 以內(nei)。例如0.05％的濃(nong)度對應的感濕範圍(wei)約(yue)為（80～100）％RH ，0.2％的濃(nong)度對應範圍是(shi)（60～80）％RH 等。由此可(ke)見，要(yao)測量較(jiao)寬(kuan)的濕度範圍(wei)時(shi)，必(bi)須(xu)把(ba)不(bu)同(tong)濃(nong)度的元件組合(he)在(zai)壹起(qi)使用(yong)。可用於全(quan)量(liang)程測量的濕度計組合(he)的元件數壹般(ban)為(wei)5個，采(cai)用元件組合(he)法(fa)的氯化鋰濕度計可測範圍(wei)通(tong)常為（15～100）％RH，國(guo)外有些產品(pin)聲(sheng)稱其(qi)測量範(fan)圍(wei)可達（2 ～100）%RH 。  

  （2）露(lu)點(dian)式(shi)氯(lv)化鋰濕度計    

    露點(dian)式(shi)氯(lv)化鋰濕度計是(shi)由美國(guo)的 Forboro 公司(si)首先(xian)研制(zhi)出(chu)來的，其(qi)後(hou)我(wo)國(guo)和(he)許多(duo)國(guo)家(jia)都(dou)做(zuo)了大(da)量的研究工(gong)作。這(zhe)種(zhong)濕度計和上述電阻(zu)式氯(lv)化鋰濕度計形式(shi)相(xiang)似，但(dan)工作(zuo)原理(li)卻*不同。簡而(er)言(yan)之，它是(shi)利(li)用氯(lv)化鋰飽(bao)和水溶(rong)液的飽(bao)和水汽(qi)壓(ya)隨(sui)溫度變化而(er)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)的。

  2、碳濕敏(min)元件碳濕敏(min)元件是(shi)美國(guo)的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 於1942年(nian)首先(xian)提出(chu)來的，與常用的毛發(fa)、腸(chang)衣和(he)氯(lv)化鋰等(deng)探空(kong)元件相比，碳濕敏(min)元件具有響應(ying)速(su)度快、重(zhong)復(fu)性好(hao)、無沖(chong)蝕(shi)效應和滯後(hou)環窄等優點(dian)，因(yin)之令(ling)人(ren)矚(zhu)目。我(wo)國(guo)氣(qi)象部門於70年(nian)代(dai)初(chu)開(kai)展碳濕敏(min)元件的研制(zhi)，並(bing)取得(de)了積(ji)極的成(cheng)果(guo)，其(qi)測量不(bu)確(que)定(ding)度不超過(guo)±5％RH ，時間常數在(zai)正溫(wen)時為(wei)2～3s，滯差壹(yi)般(ban)在(zai)7％左右(you)，比阻穩(wen)定(ding)性(xing)亦(yi)較好(hao)。

 3、氧化鋁濕度計      

   氧化鋁傳感(gan)器(qi)的突出(chu)優點(dian)是(shi)，體積(ji)可(ke)以非(fei)常小（例如用於探(tan)空(kong)儀(yi)的濕敏(min)元件僅90μm厚、12mg重(zhong)），靈(ling)敏(min)度高（測量下(xia)限(xian)達-110℃露(lu)點(dian)），響(xiang)應(ying)速(su)度快（壹般(ban)在(zai) 0.3s 到 3s 之間），測量信(xin)號直接以電參量的形式輸出(chu)，大大(da)簡化了數據(ju)處理(li)程序(xu)，等等(deng)。另(ling)外，它還適用於測量液體中的水分。如上特(te)點(dian)正(zheng)是(shi)工業(ye)和(he)氣(qi)象中的某(mou)些(xie)測量領(ling)域所(suo)希(xi)望的。因此它被認(ren)為(wei)是(shi)進行(xing)高(gao)空(kong)大(da)氣(qi)探測可供(gong)選擇的幾種(zhong)合(he)乎要(yao)求(qiu)的傳感(gan)器(qi)之壹。也(ye)正是(shi)因為(wei)這(zhe)些特(te)點(dian)使(shi)人(ren)們對這(zhe)種(zhong)方(fang)法產生濃(nong)厚的興趣(qu)。然而(er)，遺(yi)憾的是(shi)盡管(guan)許多(duo)國(guo)家(jia)的專業人(ren)員(yuan)為(wei)改(gai)進傳感(gan)器(qi)的性能進行(xing)了(le)不(bu)懈(xie)的努力(li)，但(dan)是(shi)在(zai)探索生產質量(liang)穩(wen)定(ding)的產品(pin)的工藝(yi)條(tiao)件，以及提(ti)高(gao)性能(neng)穩(wen)定(ding)性(xing)等(deng)與實(shi)用有關的重(zhong)要(yao)問題.  上始終未能(neng)取得(de)重(zhong)大的突破。因此，到(dao)目前(qian)為止，傳感(gan)器(qi)通(tong)常只能在(zai)特(te)定(ding)的條件和有限(xian)的範圍內(nei)使用。近年(nian)來，這(zhe)種(zhong)方(fang)法在(zai)工業(ye)中的低霜點(dian)測量方(fang)面開(kai)始嶄(zhan)露(lu)頭(tou)角(jiao)。
  4、陶瓷濕度傳感(gan)器(qi)    

  在(zai)濕度測量領(ling)域中，對於低濕和高(gao)濕及其(qi)在(zai)低溫(wen)和高溫(wen)條(tiao)件下的測量，到(dao)目前(qian)為止仍(reng)然(ran)是(shi)壹個薄(bo)弱環節(jie)，而(er)其(qi)中(zhong)又(you)以高溫(wen)條(tiao)件下的濕度測量技(ji)術zui為落後。以往(wang)，通(tong)風(feng)幹(gan)濕球濕度計幾乎是(shi)在(zai)這(zhe)個溫(wen)度條件下可(ke)以使用(yong)的*方(fang)法，而(er)該法在(zai)實(shi)際使(shi)用中亦(yi)存在(zai)種(zhong)種(zhong)問(wen)題，無法(fa)令(ling)人(ren)滿意。另(ling)壹方(fang)面，科學技(ji)術的進展，要(yao)求(qiu)在(zai)高溫(wen)下測量濕度的場(chang)合(he)越來越多(duo)，例如水泥(ni)、金屬冶(ye)煉、食品(pin)加工等涉及工(gong)藝(yi)條(tiao)件和質量(liang)控制(zhi)的許多(duo)工(gong)業過(guo)程的濕度測量與控制(zhi)。因(yin)此，自(zi)60年(nian)代(dai)起(qi)，許(xu)多(duo)國(guo)家(jia)開始(shi)竟相研制(zhi)適用於高溫(wen)條(tiao)件下進(jin)行(xing)測量的濕度傳感(gan)器(qi)。 考(kao)慮到傳感(gan)器(qi)的使用條件，人(ren)們很自(zi)然(ran)地把(ba)探索方(fang)向著(zhe)眼於(yu)既具有吸(xi)水性又(you)能耐(nai)高(gao)溫的某(mou)些(xie)無機(ji)物(wu)上。實(shi)踐已經(jing)證(zheng)明，陶瓷元件不僅具有濕敏(min)特(te)性，而(er)且還可以作為(wei)感(gan)溫元件和氣(qi)敏(min)元件。這(zhe)些特(te)性使它極有可能(neng)成(cheng)為壹(yi)種(zhong)有發(fa)展前(qian)途的多(duo)功能(neng)傳感(gan)器(qi)。寺(si)日、福(fu)島(dao)、新田等人(ren)在(zai)這(zhe)方(fang)面已經(jing)邁出(chu)了頗(po)為成(cheng)功的壹步。他(ta)們於(yu) 1980 年(nian)研制(zhi)成(cheng)稱之為“濕瓷 - Ⅱ型(xing)”和“濕瓷 - Ⅲ型(xing)”的多(duo)功能(neng)傳感(gan)器(qi)。前(qian)者可測控溫度和濕度，主要(yao)用於(yu)空(kong)調(tiao)，後(hou)者可用來測量濕度和諸(zhu)如酒精等多(duo)種(zhong)有機(ji)蒸氣(qi)，主要(yao)用於(yu)食品(pin)加工方(fang)面。