濕敏傳感器

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(fā)生變化而制成的測濕元件。該元件由引線、 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。當溶液置于一定溫濕場中, 若環(huán)境相對濕度高, 溶液將吸收水分， 使?jié)舛冉档? 因此, 其溶液電阻率增高。 反之, 環(huán)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(xiàn)對濕度的測量。由電阻特性曲線可知, 在50%~80%相對濕度范圍內(nèi), 電阻與濕度的變化呈線性關系。 為了擴大濕度測量的線性范圍, 可以將多個氯化鋰含量不同的器件組合使用, 如將測量范圍分別為(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(zhuǎn)換完成整個濕度范圍的濕度測量。 　氯化鋰濕敏元件的優(yōu)點是滯后小, 不受測試環(huán)境風速影響, 檢測精度高達±5%, 但其耐熱性差, 不能用于露點以下測量, 器件性能的重復性不理想, 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，最后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)。

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(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)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(shù)表示，即為ha=mv / v ，式中，mv 為待測空氣中水蒸氣質(zhì)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(fā)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(tài)，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(tài)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，即采用伸縮式濕度計、干濕球濕度計、露點計和阻抗式濕度計等。伸縮式濕度計是利用毛發(fā)、纖維素等物質(zhì)隨濕度變化而伸縮的性質(zhì)，以前多用于自動記錄儀、空調(diào)的自動控制等，目前用于家庭設備的是把纖維素與約50 pm 的金屬箔粘合在一起，卷成螺旋狀的傳感器。不需要進行溫度補償，但不能轉(zhuǎn)換為電信號。 　阻抗式濕度計是根據(jù)濕敏傳感器的阻抗值變化而求得濕度的一種濕度計，由于能簡單地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，它是廣泛采用的一種方法。

通常，理想的濕敏傳感器的特性要求是，適合于在寬溫、濕范圍內(nèi)使用，測量精度要高；使用壽命長，穩(wěn)定性好；響應速度快，濕滯回差小，重現(xiàn)性好；靈敏度高，線形好，溫度系數(shù)小；制造工藝簡單，易于批量生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換電路簡單，成本低；抗腐蝕，耐低溫和高溫特性等。

半導體傳感器濕度的分類

濕度的分類：絕對濕度和相對濕度

（1）絕對濕度：一定溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位g/m3，一般用符號AH表示。

（2）相對濕度：氣體的絕對濕度與同一溫度下達到飽和狀態(tài)的絕對濕度之比，一般用符號%RH表示。

在實際使用中多使用相對濕度這個概念。

半導體傳感器氯化鋰濕敏電阻

（1）原理：材料吸濕潮解或干化（能互逆），使器件的電阻率發(fā)生變化。

（2）氯化鋰通常與聚乙烯醇組成混合體，其溶液中的離子導電能力與濃度成正比。當溶液置于一定溫濕場中，若環(huán)境相對濕度高，溶液將吸收水分， 使?jié)舛冉档?，因此，其溶液電阻率增高?反之，環(huán)境相對濕度變低時， 則溶液濃度升高，其電阻率下降。見下圖2：

半導體傳感器陶瓷濕敏電阻

（1）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。

導電機理：類似氣敏電阻

（2）一般有兩種：

Ⅰ：負特性濕敏半導體陶瓷：電阻率隨溫度增加而下降水分子中的氫原子具有很強的正電場，當水在半導瓷表面吸附時，有可能從半導瓷表面俘獲電子，使半導瓷表面帶負電。對于P型半導體，將吸引更多的空穴到達其表面，使其表面層的電阻下降。

Ⅱ：正特性濕敏半導體陶瓷：電阻率隨溫度增加而增大當水分子附著半導瓷的表面使電勢變負時，導致其表面層電子濃度下降。