濕敏感測器

濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量，常用絕對濕度、相對濕度、露點等表示。所謂絕對濕度就是單位體積空氣內所含水蒸氣的質量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數表示，即為ha=mv / v ，式中，mv 為待測空氣中水蒸氣質量，v 為待測空氣的總體積。單位為g / m3 。相對濕度是表示空氣中實際所含水蒸氣的分壓（pw ）和同溫度下飽和水蒸氣的分壓（pn ）的百分比，即ht=（pw / pn ) tx 100 % rh。通常，用rh %表示相對濕度。當溫度和壓力變化時，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對濕度也發生變化。日常生活中所說的空氣濕度，實際上就是指相對濕度而言。溫度高的氣體，含水蒸氣越多。若將其氣體冷卻，即使其中所含水蒸氣量不變，相對濕度將逐漸增加，增到某一個溫度時，相對濕度達100 % ，呈飽和狀態，再冷卻時，蒸氣的一部分凝聚生成露，把這個溫度稱為露點溫度。即空氣在氣壓不變下為了使其所含水蒸氣達飽和狀態時所必須冷卻到的溫度稱為露點溫度。氣溫和露點的差越小，表示空氣越接近飽和。濕度的測量方式有以下幾種，即採用伸縮式濕度計、乾濕球濕度計、露點計和阻抗式濕度計等。伸縮式濕度計是利用毛髮、纖維素等物質隨濕度變化而伸縮的性質，以前多用於自動記錄儀、空調的自動控制等，目前用於家庭設備的是把纖維素與約50 pm 的金屬箔粘合在一起，捲成螺旋狀的感測器。不需要進行溫度補償，但不能轉換為電信號。阻抗式濕度計是根據濕敏感測器的阻抗值變化而求得濕度的一種濕度計，由於能簡單地轉變為電信號，它是廣泛採用的一種方法。

一、氯化鋰濕敏電阻 氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解, 離子導電率發生變化而製成的測濕元件。該元件的結構如圖9 - 3所示, 由引線、基片、感濕層與電極組成。氯化鋰通常與聚乙烯醇組成混合體, 在氯化鋰（licl）溶液中, li和cl均以正負離子的形式存在, 而li+對水分子的吸引力強, 離子水合程度高, 其溶液中的離子導電能力與濃度成正比。當溶液置於一定溫濕場中, 若環境相對濕度高, 溶液將吸收水分，使濃度降低, 因此, 其溶液電阻率增高。反之, 環境相對濕度變低時, 則溶液濃度升高, 其電阻率下降, 從而實現對濕度的測量。氯化鋰濕敏元件的濕度——電阻特性曲線如圖9 - 4所示。由圖可知, 在50%~80%相對濕度範圍內, 電阻與濕度的變化呈線性關係。為了擴大濕度測量的線性範圍, 可以將多個氯化鋰含量不同的器件組合使用, 如將測量範圍分別為(10%~20%)rh, (20%~40%)rh, (40%~70%)rh, (70%~90%)rh和(80%~99%)rh五種元件配合使用, 就可自動地轉換完成整個濕度範圍的濕度測量。氯化鋰濕敏元件的優點是滯后小, 不受測試環境風速影響, 檢測精度高達±5%, 但其耐熱性差, 不能用於露點以下測量, 器件性能的重複性不理想, 使用壽命短。

二、半導體陶瓷濕敏電阻 半導體陶瓷濕敏電阻通常是用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結而成的多孔陶瓷。這些材料有zno-lio2-v2o5系、 si-na2o-v2o5系、 tio2-mgo-cr2o3系、fe3o4等, 前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降, 故稱為負特性濕敏半導體陶瓷，最後一種的電阻率隨濕度增大而增大，故稱為正特性濕敏半導體陶瓷(為敘述方便，有時將半導體陶瓷簡稱為半導瓷)。

通常，理想的濕敏感測器的特性要求是，適合於在寬溫、濕範圍內使用，測量精度要高；使用壽命長，穩定性好；響應速度快，濕滯回差小，重現性好；靈敏度高，線形好，溫度係數小；製造工藝簡單，易於批量生產，轉換電路簡單，成本低；抗腐蝕，耐低溫和高溫特性等。