濕度傳感器的發展趨勢

濕度傳感器的發展趨勢

摘要：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品分類，最后給出集成濕度傳感器典型產品的技術指標。

在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門，經常需要對環境濕度進行測量及控制。但在常規的環境參數中，濕度是最難準確測量的一個參數。用干濕球濕度計或毛發濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現代科技發展的需要。這是因為測量濕度要比測量溫度復雜的多，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，濕度的標準也是一個難題。國外生產的濕度標定設備價格十分昂貴。

近年來，國內外在濕度傳感器研發領域取得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代濕度/溫度測控系統創造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。

1 濕敏元件的特性

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。

1.1 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。濕敏電阻的優點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產品的互換性差。

1.2 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。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現小型化和集成化，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。溫度系數為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應時間為5s。

除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質離子型濕敏元件、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，在檢測環境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩定性。

表1 集成濕度傳感器的主要技術指標

產品型號測量范圍/（%RH）測量精度/（%RH）電源電壓/V電源電流μA輸出范圍或
輸出形式工作溫度范圍/℃

主要特點

HIH-36020～100±24～5.82000.8V～3.9-40～ 85線性電壓輸出線，
HIH-3610的性能最好，
抗污染能力最強HIH-36050～100±24～5.82000.8V～3.9V-40～ 85HIH-36100～100±24～5.82000.8V～3.9V-40～ 85HM15000～100±354001V～4V-30～ 60線性電壓輸出式，
互換性好，不怕水浸。
HM1520特別適合測量低溫度HM15200～20±254001V～1.6V-30～ 60線性頻率輸出式HF322310～95±55100

9650Hz～8030Hz

-40～ 85頻率/溫度輸出線，帶NTC熱敏電阻測量溫度HTF322310～95±551009650Hz～8030Hz，還能輸出代表-30℃～ 80℃溫度的電阻值-40～ 85SHT1110～95±3.52.45.528μA（12位）串行數據-40～ 120溫度/溫度輸出式，
單片智能化，適配μPSHT1510～95±22.45.5串行數據-40～ 120

2 集成濕度傳感器的性能特點及產品分類

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

2.1 線性電壓輸出式集成濕度傳感器

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

2.2 線性頻率輸出集成濕度傳感器

典型產品為HF3223型。它采用模塊式結構，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），當上對濕度從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、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。

2.3 頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器

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

3 單片智能化溫度/溫度傳感器

2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化溫度/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準，標準系數被編成相應的程序存入校準存儲器中，在測量過程中可對相對濕度進行自動校準。

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