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一文解剖濕敏電阻與濕敏電容的特點(diǎn)和區(qū)別

御風(fēng)傳感 ? 2019-12-09 17:39 ? 次閱讀

濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類(lèi)。在我們生活里應(yīng)用非常廣泛,常常在空調(diào)、加濕器、除濕機(jī)、樓宇空調(diào)、事務(wù)設(shè)備、溫濕度計(jì)、干燥機(jī)、玩具、IAQ監(jiān)控、通風(fēng)風(fēng)扇、家用電器、過(guò)程控制和儀表、醫(yī)療器械、手持設(shè)備、氣象站、食品加工、打印機(jī)、射頻識(shí)別、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、測(cè)量?jī)x表等場(chǎng)合能看到它們的身影。

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(shí),濕敏電容式傳感器的介電常數(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(duì)濕度成正比。濕敏電容式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)小型化和集成化,其精度一般比濕敏電阻要低一些。

在市場(chǎng)上,典型的濕敏電容首推法國(guó)HumirelHS1101LF,該傳感器基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的濕敏電容元件。全互換性,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正,長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕,可以自動(dòng)化焊接,包括波峰焊,高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性,專(zhuān)利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),可用于線(xiàn)性電壓或頻率輸出回路,快速反應(yīng)時(shí)間快。適用于大批量,低成本應(yīng)用。

濕敏電阻的特點(diǎn)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(shí),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(cè)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(shí),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(duì)濕度成正比 。濕敏電阻的種類(lèi)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(diǎn)是靈敏度高,主要缺點(diǎn)是線(xiàn)性度和產(chǎn)品的互換性差。除電阻式、電容式濕敏傳感器元件之外,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(lái)改變振蕩頻率)、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差,檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中,很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

在市場(chǎng)上,應(yīng)用比較廣泛的濕敏電阻型號(hào)可參考韓國(guó)SamyoungSYH-2R,該傳感器采用專(zhuān)利聚合物涂層,適用于惡劣環(huán)境(-20°C~85°C)、經(jīng)常發(fā)生冷凝和化學(xué)蒸汽場(chǎng)合。具有精度高、測(cè)量范圍寬、濕滯回差好、可靠性好、無(wú)標(biāo)定要求等優(yōu)點(diǎn)。

濕敏電阻只能用交流的,直流會(huì)導(dǎo)致濕敏失效,因?yàn)橹绷鞯碾妶?chǎng)會(huì)導(dǎo)致高分子材料中的帶電粒子偏向兩極,一定時(shí)間以后濕敏電阻就會(huì)失效。所以必須用交流維持其動(dòng)態(tài)平衡,這也是為什么測(cè)濕敏電阻阻值要用電橋而不能用普通萬(wàn)用表的原因。

水分子是極性分子,在直流電場(chǎng)中會(huì)分解為H2O2,影響測(cè)量,并且在濕度傳感器中存在導(dǎo)電離子,在高濕情況下,如采用直流電會(huì)漂移,造成電導(dǎo)率漂移,影響傳感器的使用壽命。可采用RC充放電,計(jì)時(shí)方式,有些芯片RFC功能,亦可使用,或用IC直接產(chǎn)生1KHZ方波,疊加在采樣電阻與濕度傳感器之上,通過(guò)AD,在正周期內(nèi)測(cè)量分壓亦可?;虿捎?a href="http://www.1cnz.cn/analog/" target="_blank">模擬電路,通過(guò)對(duì)數(shù)運(yùn)算進(jìn)行R/V轉(zhuǎn)換,再AD采樣。濕敏電阻的應(yīng)用:濕敏電阻器廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)、空調(diào)器、錄像機(jī)、微波爐等家用電器及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面作濕度檢測(cè)、濕度控制用。

而目前濕敏電容常規(guī)的生產(chǎn)方法有兩種:一是將信號(hào)引出的焊盤(pán)制作在基底材料上,多孔電極制作在高分子濕敏薄膜上,形成串聯(lián)的兩個(gè)電容,這樣一是增大了元件的尺寸,另一方面同一尺寸下減小了容值,降低了靈敏度。后期改型設(shè)計(jì)是采用兩次金屬成膜的方法,在多孔透氣的金屬薄膜和與下電極同時(shí)制作的焊盤(pán)間再沉積上一層較厚的金屬膜層,將透氣金屬薄膜與焊盤(pán)連接,這樣保證元件的尺寸不增加的情況下靈敏度提高,但是透氣金屬薄膜的厚度只能在幾十納米,工藝可控制性不好,而且該層不能對(duì)敏感材料層有效保護(hù),容易劃傷,后續(xù)應(yīng)用較為不方便,導(dǎo)致這種電容式高分子濕度傳感器可靠性差。

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