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一文解剖湿敏电阻与湿敏电容的特点和区别

2019-11-28 09:46
ISweek工采网
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湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。在我们生活里应用非常广泛,常常在空调、加湿器、除湿机、楼宇空调、事务设备、温湿度计、干燥机、玩具、IAQ监控、通风风扇、家用电器、过程控制和仪表、医疗器械、手持设备、气象站、食品加工、打印机、射频识别、大气环境监测、农业、测量仪表等场合能看到它们的身影。

一文解剖湿敏电阻与湿敏电容的特点和区别

湿敏电容湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容式传感器的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容式传感器的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。

在市场上,典型的湿敏电容首推法国Humirel的HS1101LF,该传感器基于独特工艺设计的湿敏电容元件。全互换性,在标准环境下不需校正,长时间饱和下快速脱湿,可以自动化焊接,包括波峰焊,高可靠性与长时间稳定性,专利的固态聚合物结构,可用于线性电压或频率输出回路,快速反应时间快。适用于大批量,低成本应用。

一文解剖湿敏电阻与湿敏电容的特点和区别

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度 。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。

当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比 。湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。除电阻式、电容式湿敏传感器元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

一文解剖湿敏电阻与湿敏电容的特点和区别

在市场上,应用比较广泛的湿敏电阻型号可参考韩国Samyoung的SYH-2R,该传感器采用专利聚合物涂层,适用于恶劣环境(-20°C~85°C)、经常发生冷凝和化学蒸汽场合。具有精度高、测量范围宽、湿滞回差好、可靠性好、无标定要求等优点。

湿敏电阻只能用交流的,直流会导致湿敏失效,因为直流的电场会导致高分子材料中的带电粒子偏向两极,一定时间以后湿敏电阻就会失效。所以必须用交流维持其动态平衡,这也是为什么测湿敏电阻阻值要用电桥而不能用普通万用表的原因。

水分子是极性分子,在直流电场中会分解为H2及O2,影响测量,并且在湿度传感器中存在导电离子,在高湿情况下,如采用直流电会漂移,造成电导率漂移,影响传感器的使用寿命。可采用RC充放电,计时方式,有些芯片有RFC功能,亦可使用,或用IC直接产生1KHZ方波,叠加在采样电阻与湿度传感器之上,通过AD,在正周期内测量分压亦可。或采用模拟电路,通过对数运算进行R/V转换,再AD采样。湿敏电阻的应用:湿敏电阻器广泛应用于洗衣机、空调器、录像机、微波炉等家用电器及工业、农业等方面作湿度检测、湿度控制用。

而目前湿敏电容常规的生产方法有两种:一是将信号引出的焊盘制作在基底材料上,多孔电极制作在高分子湿敏薄膜上,形成串联的两个电容,这样一是增大了元件的尺寸,另一方面同一尺寸下减小了容值,降低了灵敏度。后期改型设计是采用两次金属成膜的方法,在多孔透气的金属薄膜和与下电极同时制作的焊盘间再沉积上一层较厚的金属膜层,将透气金属薄膜与焊盘连接,这样保证元件的尺寸不增加的情况下灵敏度提高,但是透气金属薄膜的厚度只能在几十纳米,工艺可控制性不好,而且该层不能对敏感材料层有效保护,容易划伤,后续应用较为不方便,导致这种电容式高分子湿度传感器可靠性差。

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