湿度传感器的发展趋势研究分析
湿度传感器的发展趋势研究分析
近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。
1湿敏元件的特性
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。
1.1湿敏电阻
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。
1.2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。国外生产湿敏电容的主厂家有humirel公司、philips公司、siemens公司等。以humirel公司生产的sh1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%～99%）rh，在55%rh时的电容量为180pf（典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量的变化范围是163pf～202pf。温度系数为0.04pf/℃，湿度滞后量为±1.5%，响应时间为5s。
除电阻式、电容式湿敏元件之外，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。
2集成湿度传感器的性能特点及产品分类
目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610型），humirel公司（hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型），sensiron公司（sht11、sht15型）。这些产品可分成以下三种类型：
2.1线性电压输出式集成湿度传感器
典型产品有hih3605/3610、hm1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。
2.2线性频率输出集成湿度传感器
典型产品为hf3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%rh时的输出频率为8750hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560hz减小到8030hz。
这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。
2.3频率/温度输出式集成湿度传感器
典型产品为htf3223型。它除具有hf3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（ntc）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从ntc端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。3单片智能化温度/温度传感器
2002年sensiron公司在世界上率先研制成功sht11、sht15型智能化温度/温度传感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）×5（mm）×2.5（mm），体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%rh，最高精度为±2%rh。测量温度的范围是-40℃～+123.8℃，分辨力为0.01℃。测量露点的精度”。用户首先从键盘上输入字母“s”，然后输入相应的数字，即可获得下述结果：
输入数字“1”时，测量并显示出摄氏温度dgc=xx.x；输入数字“2”时，测量并显示出相对湿度%rh=xx.x；输入数字“3”时，打开加热器，使传感器温度升高5℃；输入数字“4”时，关闭加热器，使传感器降温；输入数字“5”时，显示露点温度dpc=xx.x。
4集成湿度传感器典型产品的技术指标
集成湿度传感器的测量范围一般可达到0～100%。但有的厂家为保证精度指标而将测量范围限制为10%～95%。设计+3.3v低压供电的湿度/温度测试系统时，可选用sht11、sht15传感器。这种传感器在测量阶段的工作电流为550μa，平均工作电流为28μa（12位）或2μa（8位）。上电时默认为休眠模式（sleepmode），电源电流仅为0.3μa（典型值）。测量完毕只要没有新的命令，就自动返回休眠模式，能使芯片功耗降至最低。此外，它们还具有低电压检测功能。当电源电压低于+2.45v±0.1v时，状态寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，从而起到了保护作用。
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