濕度傳感器

       從制造角度看，同是濕度傳感器，材料、結(jié)構(gòu)不同，工藝不同．其性能和技術(shù)指標(biāo)（像精度方面）有很大差異，因而價格也相差甚遠(yuǎn)。對使用者來說，選擇濕度傳感器時，首先要搞清楚需要什么樣的傳感器；在自己的財力允許的情況下選購何種檔次的產(chǎn)品，權(quán)衡好“需要與可能”的關(guān)系，不至于盲目行事。從我們與用戶的來往來看，覺得有以下幾個問題值得注意。

選型

測量范圍

　　和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程（0-100%RH）測量。在當(dāng)今的信息時代，傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測量的目的在于控制，測量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然，對不需要搞測控系統(tǒng)的應(yīng)用者來說，直接選擇通用型濕度儀就可以了。

測量精度

　　和測量范圍一樣，測量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高—個百分點．對傳感器來說就是上一個臺階，甚至是上一個檔次。因為要達(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠(yuǎn)。例如進口的1只廉價的濕度傳感器只有幾美元，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。

　　生產(chǎn)廠商往往是分段給出其濕度傳感器的精度的。如中、低濕段（0一80%RH）為±2%RH，而高濕段（80—100%RH）為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下（如25℃）的值。如在不同溫度下使用濕度傳感器．其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場合如果難以做到恒溫，則提出過高的測濕精度是不合適的。因為濕度隨著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測濕精度將失去實際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。

　　多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用±3%RH

　　以上精度的濕度傳感器。與此相對應(yīng)的溫度傳感器．其測溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為：“相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的?！?nbsp;

原理

 　　濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。

　　濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。

　　濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。

　　電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH，這比干濕球測濕精度高。

　　濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。下面對各種濕度傳感器進行簡單的介紹。 

1、氯化鋰濕度傳感器

　　（1）電阻式氯化鋰濕度計

　　第一個基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度，同時結(jié)構(gòu)簡單、價廉，適用于常溫常濕的測控等一系列優(yōu)點。

　　氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對應(yīng)范圍是（60～80）%RH 等。由此可見，要測量較寬的濕度范圍時，必須把不同濃度的元件組合在一起使用?？捎糜谌砍虦y量的濕度計組合的元件數(shù)一般為5個，采用元件組合法的氯化鋰濕度計可測范圍通常為（15～100）%RH，國外有些產(chǎn)品聲稱其測量范圍可達(dá)（2 ～100）%RH 。

 　　（2）露點式氯化鋰濕度計

 　　露點式氯化鋰濕度計是由美國的 Forboro 公司首先研制出來的，其后我國和許多國家都做了大量的研究工作。這種濕度計和上述電阻式氯化鋰濕度計形式相似，但工作原理卻完全不同。簡而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進行工作的。

2、碳濕敏元件

 　　碳濕敏元件是美國的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點，因之令人矚目。我國氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測量不確定度不超過±5%RH ，時間常數(shù)在正溫時為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。

3、氧化鋁濕度計

 　　氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點是，體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測量下限達(dá)-110℃露點），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測量信號直接以電參量的形式輸出，大大簡化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測量液體中的水分。如上特點正是工業(yè)和氣象中的某些測量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進行高空大氣探測可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因為這些特點使人們對這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國家的專業(yè)人員為改進傳感器的性能進行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實用有關(guān)的重要問題.

　　上始終未能取得重大的突破。因此，到目前為止，傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來，這種方法在工業(yè)中的低霜點測量方面開始嶄露頭角。

4、陶瓷濕度傳感器

 　　在濕度測量領(lǐng)域中，對于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量，到目前為止仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測量技術(shù)最為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計幾乎是在這個溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法在實際使用中亦存在種種問題，無法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進展，要求在高溫下測量濕度的場合越來越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過程的濕度測量與控制。因此，自60年代起，許多國家開始竟相研制適用于高溫條件下進行測量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無機物上。實踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來測量濕度和諸如酒精等多種有機蒸氣，主要用于食品加工方面。

　　以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器，另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的濕度傳感器，這里就不一一介紹了。 

時漂和溫漂

 　　幾乎所有的傳感器都存在時漂和溫漂。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸，所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年，到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請使用者在選擇傳感器時考慮好日后重新標(biāo)定的渠道，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問屬。

　　溫漂在上1節(jié)已經(jīng)提到。選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場合的溫度變化范圍，看所選傳感器在指定溫度下能否正常工作，溫漂是否超出設(shè)計指標(biāo)。要提醒使用者注意的是：電容式濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個變量，它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因為水和高分子聚合物的介電系數(shù)隨溫度的改變是不同步的，而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù)，所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù)。電容式濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數(shù)最小，5-25℃時，中低濕段的溫漂可忽略不計。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時，就一定要考慮溫漂的影響，進行必要的補償或修正。

領(lǐng)域 部門 溫度（℃） 濕度（%RH）

　　紡織 紡紗廠 23 60

　　織布廠 18 85

　　醫(yī)藥 制藥廠 10～ 30 50～60

　　手術(shù)室 23～ 26 50～60

　　輕工 印刷廠 23～ 27 49～51

　　卷煙廠 21～ 24 55～65

　　火柴廠 18～22 50

　　電子 半導(dǎo)體 22 30～45

　　計算機房 20～30 40～70

　　通 訊 電纜充氣 -10～30 0～20

　　食 品 啤酒發(fā)酵 4～8 50～70

　　農(nóng)業(yè) 良種培育 15～40 40～75

　　人工大棚 5～40 40～100

　　倉儲 水果冷凍 -3～5 80～90

　　地下菜窖 -3～ -1 70～ 80

　　文物保管 16～18 50～55

　　注：在不同領(lǐng)域的使用范圍（%RH/℃）

　　與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系

　　早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計，而電子式濕度傳感器是近幾十年．特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。新舊事物的交替與人們的觀念轉(zhuǎn)變很有關(guān)系。由于干濕球、毛發(fā)濕度計的價格仍明顯低于濕度傳感器，造成一部分人對電子濕度傳感器價格的不認(rèn)可。正好像用慣了掃帚的人改用吸塵器時，總覺得花幾百元錢買一臺吸塵器有些不上算，不如花幾元錢買把掃帚那樣心理容易平衡。

　　由于傳統(tǒng)測濕方法在人們的腦海中印象太深了，一些人形成了只有干濕球濕度計才是準(zhǔn)確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計來對比剛購得的濕度傳感器，如發(fā)現(xiàn)示值不同，馬上認(rèn)為濕度傳感器不準(zhǔn)。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有5%一7%RH，不但低于電子濕度傳感器，而且還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，最常用分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來進行標(biāo)定。所以希望用戶在需要校準(zhǔn)時也采用相同的方法，避免用準(zhǔn)確度低的器具去校準(zhǔn)或比對精度高的傳感器。

注意事項

 　　濕度傳感器是非密封性的，為保護測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大，就應(yīng)放置多個傳感器。

　　有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，否則將影響測量精度．或者傳感器之間相互干擾，甚至無法工作。使用時應(yīng)技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

　　傳感器需要進行遠(yuǎn)距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當(dāng)傳輸距離超過200m以上時，建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。

　　由于濕敏元件都存在一定的分散性，無論進口或國產(chǎn)的傳感器都需逐支調(diào)試標(biāo)定。大多數(shù)在更換濕敏元件后需要重新調(diào)試標(biāo)定，對于測量精度比較高的濕度傳感器尤其重要。

　　濕度傳感器現(xiàn)在正在被廣泛應(yīng)用，濕度傳感器能夠很好的監(jiān)控環(huán)境中濕度，在食品保護，環(huán)境檢測等方面有著重要的應(yīng)用，我們在使用濕度傳感器的時候應(yīng)該充分了解濕度傳感器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在使用過程中的一些注意事項。

　　濕度傳感器的形式不是很多，但是不管是什么樣的濕度傳感器在使用過程中還是要注意以上幾個細(xì)節(jié)問題，不僅僅是濕度傳感器所有的傳感器在使用過程中都有它的注意事項，我們在使用的時候應(yīng)該首先閱讀使用說明書已經(jīng)和廠家咨詢相關(guān)的問題，才能更好的使用。

發(fā)展趨勢

 　　介紹濕敏元件的特性，重點闡述集成濕度傳感器、單片智能化濕度/溫度傳感器的性能特點及產(chǎn)品分類，最后給出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。

　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進行測量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴。

　　近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。

特性

 　　濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。

濕敏電阻

　　濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產(chǎn)品的互換性差。

濕敏電容

 　　濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測量范圍是（1%～99%）RH，在55%RH時的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對濕度從0變化到100%時，電容量的變化范圍是163pF～202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應(yīng)時間為5s。

　　除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。

　　濕度傳感器的主要特性可以歸納為以下幾個方面：

1. 響應(yīng)靈敏度

　　定義：指相對濕度改變1%RH時，濕度傳感器的響應(yīng)特征量的變化值。

　　重要性：高靈敏度意味著傳感器能夠更快速、更準(zhǔn)確地感知到環(huán)境濕度的微小變化。

2. 濕度響應(yīng)量程

　　定義：濕度傳感器能夠比較精準(zhǔn)測量的環(huán)境濕度范圍。

　　重要性：不同的應(yīng)用場景需要不同的濕度測量范圍，因此選擇合適的濕度響應(yīng)量程對于確保測量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

3. 濕滯特性

　　定義：在吸濕和脫濕過程中，響應(yīng)特征量相同時所對應(yīng)的環(huán)境相對濕度的最大值為濕滯回差。

　　重要性：濕滯回差小意味著傳感器在吸濕和脫濕過程中的測量值更為一致，從而提高了測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

4. 響應(yīng)、恢復(fù)時間

　　定義：達(dá)到響應(yīng)特征量變化值的90%所需的時間。

　　重要性：快速的響應(yīng)時間意味著傳感器能夠迅速捕捉到環(huán)境濕度的變化，這對于需要實時監(jiān)測濕度的應(yīng)用場景尤為重要?；謴?fù)時間則關(guān)系到傳感器在濕度變化后的穩(wěn)定速度。

5. 長期穩(wěn)定性

　　定義：傳感器在長時間使用過程中，其性能保持穩(wěn)定的能力。

　　重要性：長期穩(wěn)定性好的傳感器能夠確保長期測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，減少因傳感器老化等因素引起的測量誤差。

6. 精度

　　定義：傳感器測量結(jié)果與實際數(shù)值之間的偏差程度。

　　重要性：高精度的傳感器能夠提供更為準(zhǔn)確的濕度測量值，滿足對測量精度要求較高的應(yīng)用場景。

7. 溫度影響

　　定義：濕度傳感器的工作性能受溫度變化的影響程度。

　　重要性：由于許多濕度傳感器的工作性能會受到溫度變化的影響，因此一些先進的濕度傳感器會考慮溫度補償技術(shù)，以確保在不同溫度下仍能提供準(zhǔn)確的濕度測量結(jié)果。

8. 濕敏元件類型

　　電阻式濕敏元件：在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。其優(yōu)點是靈敏度高，但線性度和產(chǎn)品的互換性可能較差。

　　電容式濕敏元件：一般是用高分子薄膜電容制成的，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。其優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，但精度可能略低于電阻式濕敏元件。

　　綜上所述，濕度傳感器的特性涵蓋了響應(yīng)靈敏度、濕度響應(yīng)量程、濕滯特性、響應(yīng)和恢復(fù)時間、長期穩(wěn)定性、精度、溫度影響以及濕敏元件類型等多個方面。這些特性共同決定了濕度傳感器的測量準(zhǔn)確性和可靠性，因此在選擇和使用濕度傳感器時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來綜合考慮這些特性。

特點

 　　目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：

線性電壓輸出式集成濕度傳感器

 　　典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強。

線性頻率輸出集成濕度傳感器

 　　典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)相對濕度從10%變化到95%時，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數(shù)字電路或單片機、價格低等優(yōu)點。

頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器

 　　典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。

單片智能化濕度/溫度傳感器

 　　2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化濕度/溫度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）×5（mm）×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲器中，在測量過程中可對相對濕度進行自動校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測量相對溫度，還能測量溫度和露點。測量相對溫度的范圍是0～100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測量溫度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.01℃。測量露點的精度<±1℃。在測量濕度、溫度時A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，不需要外部元件，適配各種單片機，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度/濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。

　　芯片內(nèi)部包含相對濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲器（E2PROM）、易失存儲器（RAM）是、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至μC。鑒于SHT11/15輸出的相對濕度讀數(shù)值與被測相對濕度呈非線性關(guān)系，為獲得相對濕度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須利用μC對讀數(shù)值進行非線性補償。此外當(dāng)環(huán)境溫度TA≠+25℃時，還需要對相對濕度傳感器進行溫度補償。

　　芯片內(nèi)部有一個加熱器。將狀態(tài)寄存器的第2位置“1”時該加熱器接通電源，可使傳感器的溫度大約升高5℃，電源電流亦增加8mA（采用+5V電源）。使用加熱器可實現(xiàn)以下三種功能：①通過比較加熱前后測出的相對濕度值及溫度值，可確定傳感器是否正常工作；②在潮濕環(huán)境下使用加熱器，可避免傳感器凝露；③測量露點時也需要使用加熱器。

　　露點也是濕度測量中的一個重要參數(shù)，它表示在水汽冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。為了計算露點，Sensirion公司還向用戶提供一個測量露點的程序“SHT xdp.bsx”。利用該程序可以控制內(nèi)部加熱器的通、斷，再根據(jù)所測得的溫度值及相對濕度值計算出露點。在命令響應(yīng)界面上運行此程序時，計算機屏幕上就顯示提示符“>”。用戶首先從鍵盤上輸入字母“S”，然后輸入相應(yīng)的數(shù)字，即可獲得下述結(jié)果：

　　輸入數(shù)字“1”時，測量并顯示出攝氏溫度dgC=xx.x；

　　輸入數(shù)字“2”時，測量并顯示出相對濕度%RH=xx.x；

　　輸入數(shù)字“3”時，打開加熱器，使傳感器溫度升高5℃；

　　輸入數(shù)字“4”時，關(guān)閉加熱器，使傳感器降溫；

　　輸入數(shù)字“5”時，顯示露點溫度dpC=xx.x。

技術(shù)指標(biāo)

 　　集成濕度傳感器的測量范圍一般可達(dá)到0～100%。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測量范圍限制為10%～95%。設(shè)計+3.3V低壓供電的濕度/溫度測試系統(tǒng)時，可選用SHT11、SHT15傳感器。這種傳感器在測量階段的工作電流為550μA，平均工作電流為28μA（12位）或2μA（8位）。上電時默認(rèn)為休眠模式（Sleep Mode），電源電流僅為0.3μA（典型值）。測量完畢只要沒有新的命令，就自動返回休眠模式，能使芯片功耗降至最低。此外，它們還具有低電壓檢測功能。當(dāng)電源電壓低于+2.45V±0.1V時，狀態(tài)寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，從而起到了保護作用。

封裝方法

 　　濕度傳感器由于其工作原理的限制，必須采取非密封封裝形式，即要求封裝管殼留有和外界連通的接觸孔或者接觸窗，讓濕敏芯片感濕部分和空氣中的濕汽能夠很好的接觸。同時，為了防止?jié)衩粜酒豢諝庵械幕覊m或雜質(zhì)污染，需要采取一些保護措施。目前，主要手段是使用金屬防塵罩或者聚合物多孔膜進行保護。下面介紹幾種濕度傳感器的不同封裝形式 。

 　　1.晶體管外殼（TO）封裝 

　　封裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖1[1]；目前，用TO型封裝技術(shù)封裝濕敏元件是一種比較常見的方法。TO型封裝技術(shù)有金屬封裝和塑料封裝兩種。金屬封裝先將濕敏芯片固定在外殼底座的中心，可以采用環(huán)氧樹脂粘接固化法；然后在濕敏芯片的焊區(qū)與接線柱用熱壓焊機或者超聲焊機將Au絲或其他金屬絲連接起來；最后將管帽套在底座周圍的凸緣上，利用電阻熔焊法或環(huán)形平行焊法將管帽與底座邊緣焊牢。金屬管帽的頂端或者側(cè)面開有小孔或小窗，以便濕敏芯片和空氣能夠接觸。根據(jù)不同濕敏芯片和性能要求，可以考慮加一層金屬防塵罩，以延長濕度傳感器的使用壽命 。 

　　2.單列直插封裝（SIP）封裝 

　　單列直插封裝（SIP）也常用來封裝濕度傳感器。濕敏芯片的輸出引腳數(shù)一般只有數(shù)個[1]，因而可以將基板上的I/O引腳引向一邊，用鍍Ni、鍍Ag或者鍍Pb-Sn的“卡式”引線（基材多為Kovar合金）卡在基板的I/O焊區(qū)上，將卡式引線浸入熔化的Pb-Sn槽中進行再流焊，將焊點焊牢。根據(jù)需要，卡式引線的節(jié)距有2.54 mm和1.27 mm兩種，平時引線均連成帶狀，焊接后再剪成單個卡式引線。通常還要對組裝好元器件的基板進行涂覆保護，最簡單的是浸漬一層環(huán)氧樹脂，然后固化。最后塑封保護，整修毛刺，完成封裝。

　　單列直插封裝的插座占基板面積小，插取自如，SIP工藝簡便易行，適于多品種，小批量生產(chǎn)，且便于逐個引線的更換和返修。 

　　3.小外形封裝（SOP） 

　　小外形封裝（SOP）法是另一種封裝濕度傳感器的方法。SOP是從雙列直插封裝（DIP）變形發(fā)展而來的，它將DIP的直插引腳向外彎曲成90°，變成了適于表面組裝技術(shù)（SMT）的封裝。SOP基本全部是塑料封裝，其封裝工藝為：先將濕敏芯片用導(dǎo)電膠或環(huán)氧樹脂粘接在引線框架上，經(jīng)樹脂固化，使?jié)衩粜酒潭ǎ賹衩粜酒系暮竻^(qū)與引線框架引腳的鍵合區(qū)用引線鍵合法連接。然后放入塑料模具中進行膜塑封裝，出模后經(jīng)切筋整修，去除塑封毛刺，對框架外引腳打彎成型。塑料外殼表面開有與空氣接觸的小窗，并貼上空氣過濾薄膜，阻擋灰塵等雜質(zhì)，從而保護濕敏芯片。相較于TO和SIP兩種封裝形式，SOP封裝外形尺寸要小的多，重量比較輕。SOP封裝的濕度傳感器長期穩(wěn)定性很好，漂移小，成本低，容易使用。同時適合SMT，是一種比較優(yōu)良的封裝方法。

 　　4.其它封裝形式 

　　外部支撐框架是由高分子化合物形成，用預(yù)先設(shè)計的模子澆鑄而成，其設(shè)計充分考慮了空間結(jié)構(gòu)，保證濕敏芯片和空氣能充分接觸。濕敏芯片沿著滑道直接插入外框架，然后固定。從外框架另一端插入外引線，與濕敏芯片的焊區(qū)相接（也可以懸空），然后用導(dǎo)電膠熱固法將濕敏芯片和外引線連接起來。最后，外框架的正反兩面都貼上空氣過濾薄膜。過濾薄膜由聚四氟乙烯制成的多孔膜，能夠允許空氣滲透進入傳感器而能阻擋灰塵和水滴 。

　　這種濕度傳感器的封裝有別于傳統(tǒng)的濕度傳感器封裝，它不采用傳統(tǒng)的引線鍵合的方法連接外引線和濕敏芯片，而是直接將濕敏芯片外引線連接，從而避免了因為內(nèi)引線的原因而導(dǎo)致的失效問題。同時，它的封裝體積較小，傳感器性能穩(wěn)定，能夠長時間工作。不過，它對外框架制作要求較高，工藝相對比較復(fù)雜。 

　　5.濕度傳感器和其它傳感器混合封裝 

　　很多時候，濕度傳感器并不是單獨封裝的，而是和溫度傳感器、風(fēng)速傳感器或壓力傳感器等其它傳感器以及后端處理電路集成混合封裝，以滿足相應(yīng)的功能需求。其封裝工藝為：先將濕敏芯片用導(dǎo)電膠或環(huán)氧樹脂粘接在基板上，經(jīng)樹脂固化，使?jié)衩粜酒潭āＴ賹衩粜酒系暮竻^(qū)與基板鍵合區(qū)用引線鍵合法連接。然后封蓋外殼（材料可選擇水晶聚合物）。外殼的表面開有與空氣接觸的小窗，使?jié)穸让舾性蜏囟让舾性酒涂諝獬浞纸佑|，而其他部分與空氣隔離，密封保護。小窗貼有空氣過濾薄膜，以防止雜質(zhì)的沾污。

　　LCC封裝由于沒有引腳，所以寄生電容和寄生電感均較小。同時它還具有電性能和熱性能優(yōu)良，封裝體積小，適合SMT等優(yōu)點。 

國家標(biāo)準(zhǔn)

　　GB-T15768-1995電容式濕敏元件與濕度傳感器總規(guī)范

　　GBT 11605-2005 濕度測量方法

　　JJF 1012-1987常用濕度計量名詞術(shù)語

　　JJF 1076-2001濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范

　　JJF 1101-2003環(huán)境試驗設(shè)備溫度濕度校準(zhǔn)規(guī)范

　　JJG 205-2005機械式溫濕度計檢定規(guī)程

　　JJG 499-2004精密露點儀檢定規(guī)程

　　JJG 500-2005電解法濕度儀檢定規(guī)程

　　JJG 826-1993 二級標(biāo)準(zhǔn)分流式濕度發(fā)生器

　　JJG 899-1995石油低含水率分析儀檢定方法

安裝方法 　　

 　　可以通過一些簡便的方法進行濕度傳感器性能判斷與檢查。

　　1、一致性判定，同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。若進一步檢測，可在24h內(nèi)間隔一段時間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補償特性。

　　2、用嘴呵氣或利用其它加濕手段對傳感器加濕，觀察其靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。

　　3、對產(chǎn)品作開盒和關(guān)盒兩種情況的測試。比較是否一致，觀察其熱效應(yīng)情況。

　　4、對產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說明書標(biāo)準(zhǔn)）進行測試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測和實驗前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。

 　　濕度傳感器的安裝方法因型號、使用場景和具體需求的不同而有所差異，但一般可以遵循以下步驟和注意事項：

一、安裝前準(zhǔn)備

 　　1、工具準(zhǔn)備：根據(jù)安裝方式和傳感器型號，準(zhǔn)備相應(yīng)的工具，如螺絲刀、自攻絲、膨脹螺絲等。

 　　2、物料準(zhǔn)備：確保濕度傳感器及其配件（如底座、連接線等）齊全且完好。

 　　3、資料準(zhǔn)備：查閱濕度傳感器的安裝說明書，了解具體安裝步驟和注意事項。

二、安裝位置選擇

 　　1、代表性：選擇能夠代表所需測量環(huán)境的位置，避免安裝在溫度死角、強磁場處或距離加熱物體過近的地方。

 　　2、空氣流通：確保濕度傳感器周圍有足夠的空間以保證空氣流通，避免安裝在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。

 　　3、環(huán)境因素：避免陽光直射和雨水淋濺，同時避免在酸性、堿性及含有機溶劑的氣氛中使用。如果房間有吊頂，可以在天花板下安裝一個支架來支撐探頭。如果房間是密閉的空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)將傳感器安裝在空調(diào)系統(tǒng)的進風(fēng)口附近。

三、安裝步驟

 　　1、固定底座：根據(jù)安裝位置，使用螺絲刀和膨脹螺絲將濕度傳感器的底座固定在墻上或設(shè)備上。

 　　2、連接傳感器：將濕度傳感器的連接線接入底座的相應(yīng)端口，并確保連接牢固。

 　　3、設(shè)置參數(shù)：根據(jù)安裝說明書，設(shè)置濕度傳感器的參數(shù)，如設(shè)備地址、波特率等。

四、注意事項

 　　1、供電電源：確保濕度傳感器獲得穩(wěn)定的供電電源，避免電壓波動對測量精度的影響。

 　　2、信號傳輸：如果需要進行遠(yuǎn)距離信號傳輸，注意信號的衰減問題，并選擇合適的信號傳輸方式。

 　　3、定期校準(zhǔn)：為了保持濕度傳感器的測量精度，建議定期對其進行校準(zhǔn)。

 　　4、避免干擾：在安裝過程中，應(yīng)避免濕度傳感器與其他電子設(shè)備的相互干擾，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

五、特殊場景安裝

 　　1、工業(yè)管道：對于工業(yè)管道濕度傳感器，安裝時插入深度一般可按實際需要決定，但最少插入深度不應(yīng)少于溫度傳感器保護套管直徑的8-10倍。安裝位置盡可能垂直安裝，但在有流速的情況下，則必須采用和流速逆向傾斜安裝（一般傾斜45°）。

 　　2、數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心的濕度傳感器主要布置在熱通道熱源集中的地方或冷通道中最可能缺乏冷量的地方。柜外濕度傳感器不能放在其他空調(diào)出風(fēng)口，位置不能離空調(diào)太遠(yuǎn)，防止吹不到風(fēng)。對于不同的空調(diào)系統(tǒng)，濕度傳感器的安裝連接方式可能有所不同，需要參照設(shè)計圖紙進行安裝。

 　　總之，濕度傳感器的安裝需要根據(jù)具體型號和使用場景進行靈活調(diào)整，但遵循上述步驟和注意事項可以確保安裝過程的順利進行和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

用途

 　　1、濕度傳感器的用途

 　　濕度傳感器用于濕度測量，基于濕度定義有很多表示方法，本文將濕度傳感器定義為測量環(huán)境相對濕度的電子式敏感元件/器件。

 　　2、濕度傳感器的分類

 　　碳膜濕度傳感器

　　金屬氧化物陶瓷式濕度傳感器

　　電解質(zhì)濕度傳感器——氯化鋰濕敏電阻

　　高分子濕度傳感器——高分子濕敏電阻

　　高分子濕度傳感器——高分子濕敏電容（流行）

　　紅外濕度傳感器

　　微波濕度傳感器

　　超聲波濕度傳感器

產(chǎn)品品牌

 　　寶力馬、施奈德、西門子、三菱、松下、德國德國HLP、日本神榮、法國Humirel、韓國Syhitech、美國Honeywell

市場前景 

　　咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。

　　一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統(tǒng)）傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計會超過25%。

　　目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。 

市場分析

 　　國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。 電容式濕敏元件的優(yōu)點在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國外名牌，價格都較昂貴。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機補償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)“階躍”性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。

　　電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會失效，往往采用通電除塵的方法來處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無法克服其表面結(jié)構(gòu)“天然老化”的弱點，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長期穩(wěn)定性差的弱點。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點是長期穩(wěn)定性極強，因此通過嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長期穩(wěn)定性其它感濕材料尚無法取代。

　　產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對檢測，產(chǎn)品還應(yīng)進行長期使用過程中的長期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。

型號及參數(shù)

       濕度傳感器的型號眾多，每種型號的具體參數(shù)也會有所不同。以下是一些常見的濕度傳感器型號及其主要參數(shù)介紹：

一、常見濕度傳感器型號

       1、SHT21

       品牌：盛思銳

       特點：尺寸最小的濕度傳感器之一，集成了敏感元件、標(biāo)定存儲器和數(shù)字接口。

       應(yīng)用：適用于多種條件應(yīng)用，因其小巧的尺寸和集成的功能而受歡迎。

       2、SHT11（通用型）

       特點：貼片型溫濕度傳感器芯片，全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出。

       應(yīng)用：廣泛用于需要精確溫濕度測量的場合。

二、濕度傳感器主要參數(shù)

       濕度傳感器的參數(shù)通常包括濕度量程、靈敏度、溫度系數(shù)、響應(yīng)時間、濕滯回差等，以下是對這些參數(shù)的詳細(xì)解釋：

       1、濕度量程

       定義：濕度傳感器能夠較精確測量的環(huán)境濕度的最大范圍。

       示例：大多數(shù)濕度傳感器的量程為0～100%RH（相對濕度）。

       2、靈敏度

       定義：描述傳感器電學(xué)參數(shù)（如電阻、電容）隨環(huán)境濕度變化大小的物理量，數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為特性曲線的斜率。

       注意：由于大多數(shù)濕度傳感器的感濕特性曲線是非線性的，因此靈敏度可能在不同濕度范圍內(nèi)有所不同。

       3、溫度系數(shù)

       定義：在器件感濕特征量恒定的條件下，該感濕特征量值所表示的環(huán)境相對濕度隨環(huán)境溫度的變化率。

       影響：環(huán)境溫度的變化可能影響測濕精度，因此選擇具有低溫度系數(shù)的濕度傳感器更為理想。

       4、響應(yīng)時間

       定義：當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時，傳感器完成吸濕或脫濕以及達(dá)到動態(tài)平衡過程所需的時間。

       示例：一些濕度傳感器的響應(yīng)時間可能小于30秒（90%響應(yīng)）。

       5、濕滯回差

       定義：濕度傳感器在吸濕和脫濕兩種狀況下的感濕特性曲線不相重復(fù)，形成的回線特性稱為濕滯特性，其差值即為濕滯回差。

       影響：濕滯回差越小，表示傳感器的性能越穩(wěn)定。

三、示例參數(shù)（以某型號濕度傳感器為例）

       參數(shù)名稱pace:pre"> 參數(shù)值

       濕度量程 0～100%RH

       靈敏度 根據(jù)具體型號和濕度范圍而定（非線性）

       溫度系數(shù) 如α=0.3%RH/℃

       響應(yīng)時間 < 30秒（90%響應(yīng)）

       濕滯回差 根據(jù)具體型號而定

       請注意，上述參數(shù)僅為示例，實際濕度傳感器的參數(shù)可能因型號、品牌和生產(chǎn)廠家而異。在選擇濕度傳感器時，建議根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來選擇合適的型號和參數(shù)。同時，也建議參考廠家提供的技術(shù)手冊或聯(lián)系技術(shù)支持以獲取更詳細(xì)和準(zhǔn)確的信息。