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1 相关知识
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2 实训6-2
1. 湿度的表示方法
湿度是指大气干燥程度，在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。通常采用绝对湿度和相对湿度及露点几种方法表示。
绝对湿度是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。绝对湿度只有与温度一起才有意义，因为空气中能够含有湿度的量随温度而变化，在不同的高度中绝对湿度也不同，因为随着高度的变化空气的体积变化。
但绝对湿度愈靠近最高湿度，它随高度的变化就愈小。
相对湿度是指被测气体中的水蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压的百分比，用符号RH表示。日常生活中常用相对湿度来表示湿度大小。当相对湿度达100%时，称饱和状态，开始从气态变成液态而凝结成露珠，这种现象称为结露，这一特定温度就称为露点温度。
2.湿敏传感器的分类
湿敏传感器就是一种有一些能产生与湿度变化有关的物理或者化学反应，并将其转换成电信号的装置。主要由两个部分组成：湿敏元件和测量电路，除此之外还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设备等。
湿敏传感器按照输出的电学量分类可以分成电阻式、电容式、频率式等，按照材料分可以分成陶瓷式、高分子式、半导体式、电解质式等，下面按照材料分类依次介绍几种常用的的湿敏传感器。
3.常用的湿敏传感器
（1）氯化锂湿敏电阻
氯化锂湿敏电阻是属于电解质式的湿敏传感器，它是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的湿敏元件。氯化锂湿敏电阻如图6-7所示，它由引线、基片、感湿层与电极组成。氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，当溶液置于一定温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水分，浓度降低，溶液电导率增高。反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电导率下降，从而实现对湿度的测量。通常氯化锂湿敏电阻呈负阻特性。
（a）实物图 （b）结构示意图
图6-7 电解质式湿敏电阻结构示意图
氯化锂湿敏元件的优点：滞后小，不受测试环境风速影响， 检测精度高达±５%
缺点：耐热性差，不能用于露点以下测量，器件性能重复性不理想，使用寿命短。
（2）半导体陶瓷湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，分成负特性湿敏半导体陶瓷和正特性湿敏半导体陶瓷。
负特性湿敏半导体陶瓷的表面电阻会随着湿度的增大而减小，主要是由于水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导题陶瓷表面吸附时，就有可能从半导体陶瓷表面俘获电子，使半导体陶瓷表面带负电。通常采用ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、 TiO2-MgO-Cr2O3系的金属氧化物组成烧结而成。
图6-8 MgCr2O4-TiO2陶瓷式湿敏电阻结构示意图
以Fe3O4正特性湿敏半导瓷为例，正特性湿敏电阻的表面电阻将随湿度的增加而加大。通常湿敏半导瓷材料都是多孔的，表面电导占的比例很大，故表面层电阻的升高， 必将引起总电阻值的明显升高。
以MgCr2O4-TiO2陶瓷式湿敏电阻为例，介绍一下半导体陶瓷湿敏电阻的结构，如图6-8所示，由加热线圈、湿敏陶瓷片、金属电极（涂在湿敏陶瓷片两面上），固定端子、陶瓷基片和引线构成。加热线圈的作用是对器件能够进行清洗，使湿敏电阻恢复性能。
陶瓷式湿敏传感器表面与水蒸气的接触面积大，易于水蒸气的吸收与脱却；陶瓷烧结体能耐高温，物理、化学性质稳定，适合采用加热去污的方法恢复材料的湿敏特性；可以通过调整烧结体表面晶粒、晶粒界和细微气孔的构造，改善传感器湿敏特性。
（3）高分子式电容湿敏传感器
高分子式电容式湿敏传感器是一种利用湿敏器件的电容值随湿度变化来进行湿度测量的。这类湿敏元件其实就是一个介电常数随着湿度变化的吸湿性电介质材料构成的薄片电容。这类吸湿性电介质材料主要有高分子聚合物（例如乙酸-丁酸纤维素和乙酸-丙酸纤维素）和金属氧化物（例如多孔氧化铝）等。
如图6-9所示为高分子电容式湿敏传感器的结构。它是在绝缘衬底上，蒸镀一层厚度约1 μm的叉指形金（Au）电极，在其表面上均匀涂覆（或浸渍）一层的感湿膜，在感湿膜的表面上再蒸镀一层多孔性金薄膜。
图6-9 高分子电容式湿敏传感器结构
当被测环境中湿度增大，水分子沿着多孔的透明金薄膜构成的电极很顺利的进入感湿膜而被吸附时，湿敏元件的电容值与相对湿度之间成正比关系，线性度约±1%，如图6-10所示。这类电容式湿敏传感器的响应速度快，吸湿和脱湿非常容易。
图6-10 高分子电容式湿敏传感器相对湿度与电容关系
这种薄片状电容式湿敏传感器能测全湿范围的湿度，且线性好，重复性好，滞后小，响应快，尺寸小，所以应用很广泛。
