濕度傳感器,基本形式都為利用濕敏材料對水分子的吸附能力或?qū)λ肿赢a(chǎn)生物理效應(yīng)的方法測量濕度。有關(guān)濕度測量,早在16世紀(jì)就有記載。許多古老的測量方法,如干濕球溫度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)和露點(diǎn)計(jì)等至今仍被廣泛采用,F(xiàn)代工業(yè)技術(shù)要求高精度、高可靠和連續(xù)地測量濕度,因而陸續(xù)出現(xiàn)了種類繁多的濕敏元件。
濕敏元件主要分為二大類:水分子親和力型濕敏元件和非水分子親和力型濕敏元件。利用水分子有較大的偶極矩,易于附著并滲透入固體表面的特性制成的濕敏元件稱為水分子親和力型濕敏元件。例如,利用水分子附著或浸入某些物質(zhì)后,其電氣性能(電阻值、介電常數(shù)等)發(fā)生變化的特性可制成電阻式濕敏元件、電容式濕敏元件;利用水分子附著后引起材料長度變化,可制成尺寸變化式濕敏元件,如毛發(fā)濕度計(jì)。金屬氧化物是離子型結(jié)合物質(zhì),有較強(qiáng)的吸水性能,不僅有物理吸附,而且有化學(xué)吸附,可制成金屬氧化物濕敏元件。這類元件在應(yīng)用時(shí)附著或浸入被測的水蒸氣分子,與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氫氧化物,或一經(jīng)浸入就有一部分殘留在元件上而難以全部脫出,使重復(fù)使用時(shí)元件的特性不穩(wěn)定,測量時(shí)有較大的滯后誤差和較慢的反應(yīng)速度。目前應(yīng)用較多的均屬于這類濕敏元件。另一類非親和力型濕敏元件利用其與水分子接觸產(chǎn)生的物理效應(yīng)來測量濕度。例如,利用熱力學(xué)方法測量的熱敏電阻式濕度傳感器,利用水蒸氣能吸收某波長段的紅外線的特性制成的紅外線吸收式濕度傳感器等。
1、電解質(zhì)濕敏元件
利用潮解性鹽類受潮后電阻發(fā)生變化制成的濕敏元件。最常用的是電解質(zhì)氯化鋰(LiCl)。從1938年頓蒙發(fā)明這種元件以來,在較長的使用實(shí)踐中,對氯化鋰的載體及元件尺寸作了許多改進(jìn),提高了響應(yīng)速度和擴(kuò)大測濕范圍。氯化鋰濕敏元件的工作原理是基于濕度變化能引起電介質(zhì)離子導(dǎo)電狀態(tài)的改變,使電阻值發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)形式有頓蒙式和含浸式。頓蒙式氯化鋰濕敏元件是在聚苯乙烯圓筒上平行地繞上鈀絲電極,然后把皂化聚乙烯醋酸酯與氯化鋰水溶液混合液均勻地涂在圓筒表面上制成,測濕范圍約為相對濕度30[%]。含浸式氯化鋰濕敏元件是由天然樹皮基板用氯化鋰水溶液浸泡制成的。植物的髓脈具有細(xì)密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有利于水分子的吸入和放出。70年代研制成功玻璃基板含浸式濕敏元件,采用兩種不同濃度的氯化鋰水溶液浸泡多孔無堿玻璃基板(孔徑平均500埃),可制成測濕范圍為相對濕度20~80[%]的元件。