湿度传感器(15周)

1 湿度传感器应 用 领 域 ： 精 密 仪 器 、 半 导 体 集 成 电 路 与 元 器 件 生 产 ，气 象 预 报 、 医 疗 卫 生 、 食 品 加 工 等 行 业 。湿 度 传 感 器 依 据 使 用 材 料 分 类 ：电 解 质 型 ： 氯 化 锂 为 例 ， 在 绝 缘 基 板 上 制 作 一 对 电 极 ，涂 上 氯 化 锂 盐 胶 膜 。 氯 化 锂 极 易 潮 解 ， 并 产 生 离 子 导 电 ，随 湿 度 升 高 而 电 阻 减 小 。陶 瓷 型 ： 一 般 以 金 属 氧 化 物 为 原 料 ， 制 成 多 孔 陶 瓷 。 利用 多 孔 陶 瓷 的 阻 值 对 空 气 中 水 蒸 气 的 敏 感 特 性 而 制 成 。高 分 子 型 ： 在 玻 璃 等 绝 缘 基 板 上 蒸 发 梳 状 电 极 ， 通 过 浸渍 或 涂 覆 ， 使 其 在 基 板 上 附 着 一 层 有 机 高 分 子 感 湿 膜 。单 晶 半 导 体 型 ： 所 用 材 料 主 要 是 硅 单 晶 ， 制 成 二 极 管 湿敏 器 件 ， 其 特 点 是 易 于 和 半 导 体 电 路 集 成 在 一 起 。 2 3 4 一、湿度表示法湿 度 ： 空 气 中 含 有 水 蒸 气 的 量 。 主 要 有 质 量 百 分 比 、 体 积 百 分 比 、 相 对 湿 度 和 绝 对湿 度 、 露 点 (霜 点 )等 表 示 法 。 1、 质 量 百 分 比 和 体 积 百 分 比 质 量 为 M的 混 合 气 体 中 ， 若 含 水 蒸 气 的 质 量 为 m ， 则质 量 百 分 比 为 ： v/V 100这 两 种 方 法 统 称 为 水 蒸 气 百 分 含 量 法 。m/M 100 在 体 积 为 V的 混 合 气 体 中 ， 若 含 水 蒸 气 的 体 积 为 v，则 体 积 百 分 比 为 ： 5 2、 相 对 湿 度 和 绝 对 湿 度 水 蒸 气 压 ： 在 一 定 的 温 度 条 件 下 ， 混 合 气 体 中 的 水 蒸气 分 压 (p)。 饱 和 蒸 气 压 ： 在 同 一 温 度 下 ， 混 合 气 体 中 所 含 水 蒸 气分 压 的 最 大 值 (ps)。 温 度 越 高 ， 饱 和 水 蒸 气 压 越 大 。 相 对 湿 度 ： 在 某 一 温 度 下 ， 水 蒸 气 压 同 饱 和 蒸 气 压 的百 分 比 。 绝 对 湿 度 ： 单 位 体 积 内 ， 空 气 里 所 含 水 蒸 气 的 质 量 。%100 sppRHVmv m水 蒸 气 质 量 ； V空 气 的 总 体 积 ；v绝 对 湿 度 。 如 果 把 待 测 空 气 看 作 是 由 水 蒸 气 和 干 燥 空 气 组 成 的 二 元理 想 混 合 气 体 ， RTpM v P： 空 气 中 水 蒸 气 分 压 ； M： 水 蒸 气 的 摩 尔 质 量R： 理 想 气 体 常 数 ； T： 空 气 的 绝 对 温 度 。 6 3、 露 （ 霜 ） 点 水 的 饱 和 蒸 气 压 随 温 度 的 降 低 而 逐 渐 下 降 。 在 同 样 的水 蒸 气 压 下 ， 温 度 越 低 ， 空 气 相 对 湿 度 越 大 。 当 空 气 温度 下 降 到 某 一 温 度 时 ， 空 气 中 的 水 蒸 气 压 达 到 饱 和 蒸 气压 ， 相 对 湿 度 为 100 RH ， 空 气 中 的 水 蒸 气 将 液 化 而 凝结 成 露 珠 ， 该 温 度 5010 20 30 40-10 01020304050 温 度 /10%RH露 点 / 90%RH80%RH70%RH60%RH50%RH40%RH20%RH30%RH称 为 露 点 温 度 ， 简 称 露点 。 如 果 这 一 温 度 低 于 0 ，水 蒸 气 将 结 霜 ， 又 称 为霜 点 温 度 。 两 者 统 称 为露 点 。 空 气 中 水 蒸 气 压越 小 ， 露 点 越 低 ， 因 而可 用 露 点 表 示 空 气 中 的湿 度 。 7 二、湿度传感器的主要参数 1、 湿 度 量 程 湿 度 传 感 器 的 感 湿 范 围 。 湿 度 量 程 用 相 对 湿 度 (0100) RH 表 示 ， 它 是 湿 度 传 感 器 工 作 性 能 的 一 项 重 要指 标 。 2、 感 湿 特 征 量 相 对 湿 度 特 性 每 种 湿 度 传 感 器 都 有 其 感 湿 特 征 量 ， 如 电 阻 、 电 容等 ， 电 阻 比 较 多 。 以 电 阻 为 例 ， 在 规 定 的 工 作 湿 度 范 围 内 ， 电 阻 值 随环 境 湿 度 变 化 的 关 系 特 性 曲 线 ， 简 称 阻 -湿 特 性 。 湿 度 传 感 器 的 电 阻 值 随 湿 度 的 增 加 而 增 大 ， 称 为 正特 性 湿 敏 电 阻 器 ， 如 Fe 3O 4湿 敏 电 阻 器 。 阻 值 随 湿 度 的 增 加 而 减 小 ， 称 为 负 特 性 湿 敏 电 阻 器 ，如 TiO 2 SnO 2陶 瓷 湿 敏 电 阻 器 。 8 3、 感 湿 灵 敏 度 简 称 灵 敏 度 ， 又 称 湿 度 系 数 。 在 某 一 相 对 湿 度 范围 内 ， 相 对 湿 度 改 变 1 RH 时 ， 湿 度 传 感 器 电 参 量 的变 化 值 。 不 同 湿 度 传 感 器 ， 相 对 灵 敏 度 的 要 求 不 同 。 对 于 低 湿 型 或 高 湿 型 的 湿 度 传 感 器 ， 它 们 的 量 程 较窄 ， 灵 敏 度 要 求 高 。 对 于 全 湿 型 湿 度 传 感 器 ， 因 为 电 阻 值 的 动 态 范 围 很宽 ， 给 配 制 二 次 仪 表 带 来 不 利 ， 所 以 灵 敏 度 的 大 小 要适 当 ， 并 非 越 大 越 好 。 9 4、 特 征 量 温 度 系 数 阻 -湿 特 性 曲 线 随 环 境 温 度 而 变 化 。 感 湿 特 征 量 随 环境 温 度 变 化 越 小 ， 环 境 温 度 变 化 所 引 起 的 测 量 误 差 越 小。 特 征 量 温 度 系 数 ： 湿 度 传 感 器 特 征 量 的 相 对 变 化 量 与对 应 的 温 度 变 化 量 之 比 。 100 1 21 TR RR 1001 21 TC CC T温 度 25 与 另 一 规 定 环 境 温 度 之 差 ；R1(C1)温 度 25 时 湿 度 传 感 器 的 电 阻 值 (或 电 容 值 )；R2(C2)另 一 规 定 环 境 温 度 时 湿 度 传 感 器 的 电 阻 值 (或 电 容 值 )。 电 容 温 度 系 数 (%/ )=电 阻 温 度 系 数 (%/ )= 10 5、 感 湿 温 度 系 数 在 两 个 规 定 的 温 度 下 ， 湿 度 传 感 器 的 电 阻 值 (或 电 容 值 )达 到 相 等 时 ， 其 对 应 的 相 对 湿 度 之 差 与 两 个 规 定 的 温 度变 化 量 之 比 ， 称 为 感 湿 温 度 系 数 。 环 境 温 度 每 变 化 1 时 ， 所 引 起 的 湿 度 传 感 器 的 湿 度 误 差 。T温 度 25 与 另 一 规 定 环 境 温 度 之 差 ；H 1温 度 25 时 湿 度 传 感 器 一 电 阻 值 (或 电 容 值 )对 应 的 相对 湿 度 值 ； H 2另 一 规 定 环 境 温 度 下 湿 度 传 感 器 的 电 阻 值 (或 电 容 值 )对 应 的 相 对 湿 度 。下 图 为 感 湿 温 度 系 数 示 意 图 。 THH 21(%RH / )= 11相 对 湿 度 /%H1 H2H2感 湿 温 度 系 数 示 意 图相 对 湿 度 /%H1 H2H2 R CT2 T2 T2 T225 25(a) 电 阻 型 (b)电 容 型 12 6、 响 应 时 间 在 一 定 温 度 下 ， 当 相 对 湿 度 发 生 跃 变 时 ， 湿 度 传 感器 的 电 参 量 达 到 稳 态 所 需 要 的 时 间 。 一 般 是 以 电 参 量 变 化 整 个 变 化 量 的 63 (90%)作 为 响应 时 间 ， 也 称 时 间 常 数 。 反 映 相 对 湿 度 发 生 变 化 时 ， 反 应 速 度 的 快 慢 。 单 位是 s。 响 应 时 间 分 为 吸 湿 响 应 时 间 和 脱 湿 响 应 时 间 。 大 多数 湿 度 传 感 器 脱 湿 响 应 时 间 大 于 吸 湿 响 应 时 间 ， 一 般 以脱 湿 响 应 时 间 作 为 响 应 时 间 。 13 7、 电 压 特 性 加 直 流 电 会 引 起 感 湿 体 内 水 分 子 的 电 解 ， 使 电 导 率 随时 间 的 增 加 而 下 降 ， 用 湿 度 传 感 器 测 量 湿 度 时 ， 不 能 用直 流 电 压 ， 采 用 交 流 电 压 。 右 图 表 示 湿 度 传 感 器 的 电阻 与 外 加 交 流 电 压 之 间 的 关 系 。 测 试 电 压 小 于 5V时 ， 电 压对 阻 湿 特 性 没 有 影 响 。 交 流 电 压 大 于 15V时 ， 由 于产 生 焦 耳 热 ， 对 湿 度 传 感 器 的阻 湿 特 性 产 生 了 较 大 影 响 ，因 而 一 般 湿 度 传 感 的 使 用 电 压都 小 于 10V。 Lg R / 0 1 2 3 4 565784 20 100Hz11% RH33% RH75% RH100% RH U/V 14电 阻 频 率 特 性20 5V11% RH33% RH100% RH Lg f / Hz0 1 2 3 4 565784 75% RHLg R / 8、 频 率 特 性 湿 度 传 感 器 的 阻 值 与 外 加 电 压 频 率 的 关 系 。 在 高 湿 时 ， 频 率 对 阻 值 的 影 响 很 小 ， 当 低 湿 高 频 时 ，随 着 频 率 的 增 加 ， 阻 值 下 降 。 对 这 种 湿 度 传 感 器 ， 当 电压 频 率 小 于 103H z时 ， 阻 值 不 随 电 压 频 率 而 变 化 ， 所 以电 压 频 率 的 上 限 为 103H z。 湿 度 传 感 器 的 电 压 频 率 上 限 由 实 验 确 定 。 直 流 电 压会 引 起 水 分 子 的 电 解 ， 因 此 ， 测 试 电 压 频 率 也 不 能 太 低 。 15 三、电解质湿度传感器 电 解 质 是 以 离 子 形 式 导 电 的 物 质 ， 分 为 固 体 电 解 质 和液 体 电 解 质 。 若 物 质 溶 于 水 中 ， 在 极 性 水 分 子 作 用 下 ，能 全 部 或 部 分 地 离 解 为 自 由 移 动 的 正 、 负 离 子 ， 称 为 液体 电 解 质 。 电 解 质 溶 液 的 电 导 率 与 溶 液 的 浓 度 有 关 ， 而溶 液 的 浓 度 ， 在 一 定 的 温 度 下 又 是 环 境 相 对 湿 度 的 函 数 。 氯 化 锂 湿 度 传 感 器 的 结 构AB B 钯 丝 A 涂 有 聚 苯 乙 烯 薄 膜 的 圆 筒电 解 质 氯 化 锂 湿 度 传 感 器 最 为 典 型0 30 60 900.010.1110R/108相 对 湿 度 /% 1.0 % LiCl 2.2%LiCl 0.5% LiCl 0.25% LiCl PVAC氯 化 锂 湿 度 传 感 器 的 阻 湿 特 性 组 合 式 氯 化 锂 的 阻 湿 特 性0 30 60 900.010.1110相 对 湿 度 /%R/108 把 不 同 感 湿 范 围 的 单 片 湿度 传 感 器 组 合 起 来 ,可 制 成相 对 湿 度 工 作 量 程 为 20 90 RH 的 湿 度 传 感 器 16 四、陶瓷湿度传感器 利 用 半 导 体 陶 瓷 材 料 制 成 。优 点 ： 测 湿 范 围 宽 ， 可 实 现 全 湿 范 围 内 的 湿 度 测 量 ； 工作 温 度 高 ， 常 温 型 工 作 温 度 在 150 以 下 ， 高 温 型 工 作 温度 可 达 800 ， 响 应 时 间 较 短 ， 精 度 高 ， 抗 污 染 能 力 强 ，工 艺 简 单 ， 成 本 低 。 典 型 产 品 是 烧 结 型 陶 瓷 湿 敏 元 件 是 MgCr2O 4 TiO 2。此 外 ， 还 有 TiO 2-V2O 5、 ZnO Li2O V2O 5、 ZnCr2O 4、ZrO 2 MgO 、 Fe3O 4、 Ta2O 5等 。 这 类 湿 度 传 感 器 的 感 湿特 征 量 大 多 数 为 电 阻 。 除 Fe3O 4外 ， 都 为 负 特 性 湿 度 传感 器 ， 即 随 着 环 境 相 对 湿 度 的 增 加 ， 阻 值 下 降 。 也 有 少数 陶 瓷 湿 度 传 感 器 ， 它 的 感 湿 特 性 量 为 电 容 。 17 1、 结 构 感 湿 体 是 MgCr2O 4-TiO 2系 多 孔 陶 瓷 。 陶 瓷 的 气 孔 大部 分 为 粒 间 气 孔 ， 气 孔 直 径 随 TiO 2添 加 量 的 增 加 而 增 大 。粒 间 气 孔 与 颗 粒 大 小 无 关 ， 相 当 于 一 种 开 口 毛 细 管 ，容 易 吸 附 水 分 。 材 料 的 主 晶 相 是 MgCr2O 4相 ， 此 外 ， 还有 TiO 2相 等 ， 感 湿 体 是 一 个 多 晶 多 相 的 混 合 物 。陶 瓷 湿 敏 元 件 结 构 18 2、 主 要 特 性 与 性 能 （ 1） 电 阻 一 湿 度 特 性 MgCr2O 4 TiO 2陶 瓷 湿 度 传 感 器 的 电 阻 一 湿 度 特 性 ，随 着 相 对 湿 度 的 增 加 ， 电 阻 值 急 骤 下 降 ， 基 本 按 指 数 规律 下 降 。 在 单 对 数 的 坐 标 中 ， 电 阻 湿 度 特 性 近 似 呈 线性 关 系 。 当 相 对 湿 度 由 0变 为 100 RH 时 ， 阻 值 从 108下降 到 104， 即 变 化 了 四 个 数 量 级 。 20 40 60 80 100103104105106107108 相 对 湿 度 /%R/ 19 （ 2） 电 阻 温 度 特 性 在 不 同 的 温 度 环 境 下 ， 测 量 陶 瓷 湿 度 传 感 器 的 电阻 温 度 特 性 。 从 图 可 见 ， 从 20 到 80 各 条 曲 线 的 变化 规 律 基 本 一 致 ， 具 有 负 温 度 系 数 ， 感 湿 负 温 度 系 数 为0.38 RH 。 如 果 要 求 精 确 的 湿 度 测 量 ， 需 要 对 湿度 传 感 器 进 行 温 度 补 偿 。 20 40 60 80 100103104105106107108 相 对 湿 度 /%20 40 60 80R/MgCr2O 4-TiO 2系 湿 度 传 感 器 的 电 阻 温 度 特 性 20MgCr2O4-TiO2系 湿 度 传 感 器 的 时 间 响 应 特 性204060 801000 10 20 3094%RH 50%RH1%RH 50%RH t /s%RH （ 3） 响 应 时 间 响 应 时 间 特 性 如 图 ， 根 据 响 应 时 间 的 规 定 ， 从 图 中可 知 ， 响 应 时 间 小 于 10s。 21 （ 4） 稳 定 性 制 成 的 MgCr2O 4-TiO 2陶 瓷 类 湿 度 传 感 器 ， 需 要 实 验 ： 高 温 负 荷 实 验 (大 气 中 ， 温 度 150 ， 交 流 电 压 5V，时 间 104h)； 高 温 高 湿 负 荷 试 验 (湿 度 大 于 95 RH ， 温 度 60 ，交 流 电 压 5V， 时 间 104h)； 常 温 常 湿 试 验 湿 度 (10 90) RH ， 温 度 (10 40 )； 油 气 循 环 试 验 (油 蒸 气 加 热 清 洗 循 环 25万 次 ， 交 流电 压 5V)。 经 过 以 上 各 种 试 验 ， 大 多 数 陶 瓷 湿 度 传 感 器仍 能 可 靠 地 工 作 ， 说 明 稳 定 性 比 较 好 。 22 五、高分子湿度传感器 有 机 高 分 子 材 料 制 成 的 湿 度 传 感 器 ， 主 要 是 利 用 其吸 湿 性 与 胀 缩 性 。 电 容 式 湿 度 传 感 器 ： 高 分 子 电 介 质 吸 湿 后 ， 介 电 常数 明 显 改 变 。 电 阻 式 湿 度 传 感 器 ： 高 分 子 电 解 质 吸 湿 后 ， 电 阻 明显 变 化 。 利 用 胀 缩 性 高 分 子 (如 树 脂 )材 料 和 导 电 粒 子 ，在 吸 湿 之 后 的 开 关 特 性 ， 制 成 结 露 传 感 器 。（ 一 ） 电 容 式 湿 度 传 感 器 1、 结 构 高 分 子 薄 膜 电 介 质 电 容 式湿 度 传 感 器 的 基 本 结 构 。 高 分 子 薄 膜 上 部 电 极 下 部 电 极 23 2、 感 湿 机 理 与 性 能 电 容 式 高 分 子 湿 度 传 感 器 ， 其 上 部 多 孔 质的 金 电 极 可 使 水 分 子 透 过 ， 水 的 介 电 系 数 比 较大 ， 室 温 时 约 为 79。 感 湿 高 分 子 材 料 的 介 电 常数 并 不 大 ， 当 水 分 子 被 高 分 子 薄 膜 吸 附 时 ， 介电 常 数 发 生 变 化 。 随 着 环 境 湿 度 的 提 高 ， 高 分子 薄 膜 吸 附 的 水 分 子 增 多 ， 因 而 湿 度 传 感 器 的电 容 量 增 加 ， 根 据 电 容 的 变 化 测 得 相 对 湿 度 。 24（ 2） 响 应 特 性 高 分 子 薄 膜 可 以 做 得 极 薄 ， 响 应 时 都 很 短 ， 一 般 都 小于 5s， 有 的 响 应 时 间 仅 为 1s。（ 3） 电 容 一 温 度 特 性 感 湿 特 性 受 温 度 影 响 非 常 小 ， 在 5 50 范 围 内 ,电容 温 度 系 数 约 为 0.06 RH / 相 对 湿 度 /%0 50 100200250300350 电 容 湿 度 特 性C/pF（ f=1.5MHZ）（ 1） 电 容 湿 度 特 性 电 容 随 着 环 境 湿 度 的 增 加 而 增 加 ,基 本 上 呈 线 性 关 系 。 当 测 试 频 率 为l.5MH z左 右 时 ,其 输 出 特 性 有 良 好 的线 性 度 。 对 其 它 测 试 频 率 ,如 1kHz、10kHz， 尽 管 传 感 器 的 电 容 量 变 化 很大 ， 但 线 性 度 欠 佳 。 可 外 接 转 换 电 路 ,使 电 容 湿 度 特 性 趋 于 理 想 直 线 。 25 （ 二 ） 电 阻 式 高 分 子 膜 湿 度 传 感 器1、 结 构 聚 苯 乙 烯 磺 酸 锂 湿 度 传 感 器 的 结 构 。 引 线 端感 湿 膜 聚 苯 乙 烯 磺 酸 锂 湿 度 传 感 器 的 结 构梳 状 电 极基 片 26 2、 主 要 特 性 （ 1） 电 阻 湿 度 特 性 当 环 境 湿 度 变 化 时 ， 传 感 器 在 吸 湿 和 脱 湿 两 种 情 况 的感 湿 特 性 曲 线 。 如 图 ， 在 整 个 湿 度 范 围 内 ， 传 感 器 均 有感 湿 特 性 ， 其 阻 值 与 相 对 湿 度 的 关 系 在 单 对 数 坐 标 纸 上近 似 为 一 直 线 。 吸 湿 和 脱 湿 时 湿 度 指 示 的 最 大 误 差 值 为(3 4) RH 。 1K30 40 50 60 70 80 90吸 湿10K100K1M10M 相 对 湿 度 /%R/ 脱 湿 3%RH电 阻 湿 度 特 性 27 （ 2） 温 度 特 性 聚 苯 乙 烯 磺 酸 锂 的 电 导 率 随 温 度 的 变 化 较 为 明 显 ，具 有 负 温 度 系 数 。 在 (0 55) 时 ， 温 度 系 数 为 (0.6 1.0 )RH / 。 0 4020104 60 80 1005010102103 聚 苯 乙 烯 磺 酸 锂 湿 度 传 感 器 的 湿 度 特 性25 40R/ 相 对 湿 度 /% 28 （ 3） 其 它 特 性 聚 苯 乙 烯 磺 酸 锂 湿 度 传 感 器 的 升 湿 响 应 时 间 比 较 长 ，降 湿 响 应 时 间 比 较 短 ， 响 应 时 间 在 一 分 钟 之 内 。 有 良 好 的 稳 定 性 。 存 储 一 年 后 ， 测 量 误 差 不 超 过 2RH ， 可 以 满 足 器 件 稳 定 性 的 要 求 。 缺 点 ： 含 有 机 溶 液 气 体 的 环 境 下 测 湿 时 ， 器 件 易 损 坏 ；不 能 用 于 80 以 上 的 高 温 。 29 六、湿度传感器的测量电路 （一）检测电路的选择 1、 电 源 选 择 电 阻 式 湿 度 传 感 器 必 须 使 用 交 流 电 源 ， 否 则 性 能 会劣 化 甚 至 失 效 。 电 解 质 湿 度 传 感 器 的 电 导 是 靠 离 子 的 移 动 实 现 的 ，在 直 流 电 源 作 用 下 ， 正 、 负 离 子 必 然 向 电 源 两 极 运 动 ，产 生 电 解 作 用 ， 使 感 湿 层 变 薄 甚 至 被 破 坏 ； 在 交 流 电 源作 用 下 ， 正 负 离 子 往 返 运 动 ， 不 会 产 生 电 解 作 用 ， 感 湿膜 不 会 被 破 坏 。 交 流 电 源 的 频 率 选 择 ： 在 不 产 生 正 、 负 离 子 定 向 积累 情 况 下 尽 可 能 低 一 些 。 在 高 频 情 况 下 ， 测 试 引 线 的 容抗 明 显 下 降 ， 会 把 湿 敏 电 阻 短 路 。 另 外 ， 湿 敏 膜 在 高 频下 也 会 产 生 集 肤 效 应 ， 阻 值 发 生 变 化 ， 影 响 到 测 湿 灵 敏度 和 准 确 性 。 30 2 温 度 补 偿 湿 度 传 感 器 具 有 正 或 负 的 温 度 系 数 ， 其 温 度 系 数 大小 不 一 ， 工 作 温 区 有 宽 有 窄 。 所 以 要 考 虑 温 度 补 偿 问 题 。 对 于 半 导 体 陶 瓷 传 感 器 ， 其 电 阻 与 温 度 的 的 关 系 一般 为 指 数 函 数 关 系 ， 通 常 其 温 度 关 系 属 于 NTC型 ， 即 AHTBRR exp 0 H ： 相 对 湿 度 ； T： 绝 对 温 度 ；R0： 在 T=0 相 对 湿 度 ； H =0时 的 阻 值 ；A： 湿 度 常 数 ； B： 温 度 常 数 。温 度 系 数 21 TBTRR 湿 度 系 数 AHRR 1湿 度 温 度 系 数 2ATBTH 湿 度 系 数温 度 系 数 若 传 感 器 的 湿 度 温 度 系 数 为 0.07 RH / ， 工 作 温 度差 为 30 ， 测 量 误 差 为 0.21 RH / ， 则 不 必 考 虑 温 度 补偿 ； 若 湿 度 温 度 系 数 为 0.4 RH / ， 则 引 起 12 RH / 的误 差 ,必 须 进 行 温 度 补 偿 。 31 3 线 性 化 湿 度 传 感 器 的 感 湿 特 征 量 与 相 对 湿 度 之 间 的 关 系 不是 线 性 的 ， 给 湿 度 的 测 量 、 控 制 和 补 偿 带 来 了 困 难 。 需要 通 过 一 种 变 换 使 感 湿 特 征 量 与 相 对 湿 度 之 间 的 关 系 线性 化 。 下 图 为 湿 度 传 感 器 测 量 电 路 原 理 框 图 。 A 2A1 A3 A4 A5 A6+ +_ _湿敏元件R1 R2R3 R4 R5R6 RT USCC1 C2 C3W湿 度 传 感 器 测 量 电 路 原 理 框 图D1振 荡 器 放 大 电 路传 感 器驱 动 电 路 整 流 电 路 对 数 温 补 电 路 32 （二）典型电路 电 阻 式 湿 度 传 感 器 ， 其 测 量 电 路 主 要 有 两 种 形 式 : 1 电 桥 电 路 振 荡 器 对 电 路 提 供 交 流 电 源 。 电 桥 的 一 臂 为 湿 度 传 感器 ， 湿 度 变 化 使 湿 度 传 感 器 的 阻 值 发 生 变 化 ， 电 桥 失 去平 衡 ， 产 生 信 号 输 出 ， 放 大 器 可 把 不 平 衡 信 号 加 以 放 大 ，整 流 器 将 交 流 信 号 变 成 直 流 信 号 ， 由 直 流 毫 安 表 显 示 。振 荡 器 和 放 大 器 都 由 9V直 流 电 源 供 给 。 电 桥 法 适 合 于 氯化 锂 湿 度 传 感 器 。 振 荡 器 电 桥 放 大 器 桥 式 整 流 电 表 指 示直 流 电 源 9V湿 度传 感 器电 桥 测 湿 电 路 框 图 33100k 传 感 器湿 度3AX3 2 10k 100k 6 3DG6 2k 2k2.2k 9V10 F 10 F20 F10 F20 F3k 2 U 10 F51k51k 100mA便 携 式 湿 度 计 的 实 际 电 路 34 2 欧 姆 定 律 电 路 电 路 用 于 可 承 受 较 大 电 流 的 陶 瓷 湿 度 传 感 器 。 由 于 测湿 电 路 可 以 获 得 较 强 信 号 ， 故 可 以 省 去 电 桥 和 放 大 器 ，用 市 电 作 为 电 源 ， 降 压 变 压 器 降 压 。 欧 姆 定 律 电 路220V 22k51k3V 2AP9 4 输 入Rd 插 口0.05 F 2 35 3 带 温 度 补 偿 的 湿 度 测 量 电 路 在 实 际 应 用 中 ， 需 要 同 时 考 虑 对 湿 度 传 感 器 进 行 线性 处 理 和 温 度 补 偿 ， 常 常 采 用 运 算 放 大 器 构 成 湿 度 测 量电 路 。 下 图 为 湿 度 测 量 电 路 中 Rt是 热 敏 电 阻 器 (20k，B=4100K)； RH 为 H 204C湿 度 传 感 器 ， 运 算 放 大 器 型 号为 LM2904。 该 电 路 的 湿 度 电 压 特 性 及 温 度 特 性 表 明 ：在 (30 90 )RH 、 15 35 范 围 内 ， 输 出 电 压 表示 的 湿 度 误 差 不 超 过 3 RH 。 _+ _+1V120HZ51k 91k 22k 91kRH+12V-12V D20 F 47k100k100k 330k UOUT-VSRt A2A1