濕度傳感器的分類
?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。
氯化鋰元件具有滯后誤差較小，不受測試環(huán)境的風(fēng)速影響，不影響和破壞被測濕度環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但因其基本原理是利用潮解鹽的濕敏特性，經(jīng)反復(fù)吸濕、脫濕后，會(huì)引起電解質(zhì)膜變形和性能變劣，尤其遇到高濕及結(jié)露環(huán)境時(shí)，會(huì)造成電解質(zhì)潮解而流失，導(dǎo)致元件損壞。
2、高分子材料濕敏元件
利用有機(jī)高分子材料的吸濕性能與膨潤性能制成的濕敏元件。吸濕后，介電常數(shù)發(fā)生明顯變化的高分子電介質(zhì)，可做成電容式濕敏元件。吸濕后電阻值改變的高分子材料，可做成電阻變化式濕敏元件。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。高分子濕敏元件的薄膜做得極薄，一般約5000埃，使元件易于很快的吸濕與脫濕,減少了滯后誤差，響應(yīng)速度快。這種濕敏元件的缺點(diǎn)是不宜用于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境，元件也不能耐80℃以上的高溫。
3、金屬氧化物膜濕敏元件
許多金屬氧化物如氧化鋁、四氧化三鐵、鉭氧化物等都有較強(qiáng)的吸脫水性能，將它們制成燒結(jié)薄膜或涂布薄膜可制作多種濕敏元件。把鋁基片置于草酸、硫酸或鉻酸電解槽中進(jìn)行陽極氧化，形成氧化鋁多孔薄膜，通過真空蒸發(fā)或?yàn)R射工藝，在薄膜上形成透氣性電極。這種多孔質(zhì)的氧化鋁濕敏元件互換性好，低濕范圍測濕的時(shí)間響應(yīng)速度較快，滯后誤差小，常用于高空氣球上測濕。四氧化三鐵膠體的優(yōu)點(diǎn)是固有電阻低，長期置于大氣環(huán)境表面狀態(tài)不會(huì)變化，膠體粒子間相互吸引粘結(jié)緊密等。它是一種價(jià)廉物美，較早投入批量生產(chǎn)的濕敏元件，在濕度測量和濕度控制方面都有大量應(yīng)用。
4、金屬氧化物陶瓷濕敏元件
將極其微細(xì)的金屬氧化物顆粒在高溫1300℃下燒結(jié)，可制成多孔體的金屬氧化物陶瓷，在這種多孔體表面加上電極，引出接線端子就可做成陶瓷濕敏元件。濕敏元件使用時(shí)必須裸露于測試環(huán)境中，故油垢、塵土和有害于元件的物質(zhì)（氣、固體）都會(huì)使其物理吸附和化學(xué)吸附性能發(fā)生變化，引起元件特性變壞。而金屬氧化物陶瓷濕敏元件的陶瓷燒結(jié)體物理和化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，可以用加熱去污方法恢復(fù)元件的濕敏特性，而且燒結(jié)體的表面結(jié)構(gòu)極大地?cái)U(kuò)展元件表面與水蒸氣的接觸面積，使水蒸氣易于吸著和脫去，還可通過控制元件的細(xì)微構(gòu)造使物理性吸附占主導(dǎo)地位，獲得最佳的濕敏特性。因此陶瓷濕敏元件的使用壽命長、元件特性穩(wěn)定，是目前最有可能成為工程應(yīng)用的主要濕敏元件之一。陶瓷濕敏元件的使用溫度為0～160℃。
在諸多的金屬氧化物陶瓷材料中，由鉻酸鎂－二氧化鈦固溶體組成的多孔性半導(dǎo)體陶瓷是性能較好的濕敏材料，它的表面電阻率能在很寬的范圍內(nèi)隨著濕度的變化而變化，而且能在高溫條件下進(jìn)行反復(fù)的熱清洗，性能仍保持不變