選型

　　測(cè)量范圍

　　和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程（0-100%RH）測(cè)量。在當(dāng)今的信息時(shí)代，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于控制，測(cè)量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然，對(duì)不需要搞測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用者來(lái)說(shuō)，直接選擇通用型濕度儀就可以了。

　　測(cè)量精度

　　和測(cè)量范圍一樣，測(cè)量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高—個(gè)百分點(diǎn)．對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的1只廉價(jià)的濕度傳感器只有幾美元，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。

　　生產(chǎn)廠商往往是分段給出其濕度傳感器的精度的。如中、低濕段（0一80%RH）為±2%RH，而高濕段（80—100%RH）為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下（如25℃）的值。如在不同溫度下使用濕度傳感器．其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化（誤差）。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測(cè)濕精度將失去實(shí)際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。

　　多數(shù)情況下，如果沒(méi)有精確的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用±3%RH

　　以上精度的濕度傳感器。與此相對(duì)應(yīng)的溫度傳感器．其測(cè)溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為：“相對(duì)濕度測(cè)量儀表，即使在20—25℃下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。”

　　原理

　　濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。

　　濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。

　　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、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。

　　電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH，這比干濕球測(cè)濕精度高。

　　濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這方面沒(méi)有干濕球測(cè)濕方法好。下面對(duì)各種濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

　　1、氯化鋰濕度傳感器

　?。?）電阻式氯化鋰濕度計(jì)

　　第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來(lái)的。這種元件具有較高的精度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。

　　氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是（60～80）%RH 等。由此可見，要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí)，必須把不同濃度的元件組合在一起使用?？捎糜谌砍虦y(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè)，采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為（15～100）%RH，國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱其測(cè)量范圍可達(dá)（2 ～100）%RH 。

　　（2）露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)

　　露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro 公司首先研制出來(lái)的，其后我國(guó)和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似，但工作原理卻完全不同。簡(jiǎn)而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。

　　2、碳濕敏元件

　　碳濕敏元件是美國(guó)的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來(lái)的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn)，因之令人矚目。我國(guó)氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測(cè)量不確定度不超過(guò)±5%RH ，時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。

　　3、氧化鋁濕度計(jì)

　　氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是，體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測(cè)量下限達(dá)-110℃露點(diǎn)），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測(cè)量信號(hào)直接以電參量的形式輸出，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測(cè)量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測(cè)量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測(cè)可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國(guó)家的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問(wèn)題.

　　上始終未能取得重大的突破。因此，到目前為止，傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來(lái)，這種方法在工業(yè)中的低霜點(diǎn)測(cè)量方面開始嶄露頭角。

　　4、陶瓷濕度傳感器

　　在濕度測(cè)量領(lǐng)域中，對(duì)于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測(cè)量，到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測(cè)量技術(shù)最為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問(wèn)題，無(wú)法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，要求在高溫下測(cè)量濕度的場(chǎng)合越來(lái)越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過(guò)程的濕度測(cè)量與控制。因此，自60年代起，許多國(guó)家開始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無(wú)機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測(cè)控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣，主要用于食品加工方面。

　　以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器，另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的濕度傳感器，這里就不一一介紹了。

　　時(shí)漂和溫漂

　　幾乎所有的傳感器都存在時(shí)漂和溫漂。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸，所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下，生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年，到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請(qǐng)使用者在選擇傳感器時(shí)考慮好日后重新標(biāo)定的渠道，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問(wèn)屬。

　　溫漂在上1節(jié)已經(jīng)提到。選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場(chǎng)合的溫度變化范圍，看所選傳感器在指定溫度下能否正常工作，溫漂是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。要提醒使用者注意的是：電容式濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個(gè)變量，它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因?yàn)樗透叻肿泳酆衔锏慕殡娤禂?shù)隨溫度的改變是不同步的，而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù)，所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù)。電容式濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數(shù)最小，5-25℃時(shí)，中低濕段的溫漂可忽略不計(jì)。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時(shí)，就一定要考慮溫漂的影響，進(jìn)行必要的補(bǔ)償或修正。

　　領(lǐng)域 部門 溫度（℃） 濕度（%RH）

　　紡織 紡紗廠 23 60

　　織布廠 18 85

　　醫(yī)藥 制藥廠 10～ 30 50～60

　　手術(shù)室 23～ 26 50～60

　　輕工 印刷廠 23～ 27 49～51

　　卷煙廠 21～ 24 55～65

　　火柴廠 18～22 50

　　電子 半導(dǎo)體 22 30～45

　　計(jì)算機(jī)房 20～30 40～70

　　通 訊 電纜充氣 -10～30 0～20

　　食 品 啤酒發(fā)酵 4～8 50～70

　　農(nóng)業(yè) 良種培育 15～40 40～75

　　人工大棚 5～40 40～100

　　倉(cāng)儲(chǔ) 水果冷凍 -3～5 80～90

　　地下菜窖 -3～ -1 70～ 80

　　文物保管 16～18 50～55

　　注：在不同領(lǐng)域的使用范圍（%RH/℃）

　　與傳統(tǒng)測(cè)濕方法的關(guān)系

　　早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計(jì)，而電子式濕度傳感器是近幾十年．特別是近20年才迅速發(fā)展起來(lái)的。新舊事物的交替與人們的觀念轉(zhuǎn)變很有關(guān)系。由于干濕球、毛發(fā)濕度計(jì)的價(jià)格仍明顯低于濕度傳感器，造成一部分人對(duì)電子濕度傳感器價(jià)格的不認(rèn)可。正好像用慣了掃帚的人改用吸塵器時(shí)，總覺得花幾百元錢買一臺(tái)吸塵器有些不上算，不如花幾元錢買把掃帚那樣心理容易平衡。

　　由于傳統(tǒng)測(cè)濕方法在人們的腦海中印象太深了，一些人形成了只有干濕球濕度計(jì)才是準(zhǔn)確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計(jì)來(lái)對(duì)比剛購(gòu)得的濕度傳感器，如發(fā)現(xiàn)示值不同，馬上認(rèn)為濕度傳感器不準(zhǔn)。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有5%一7%RH，不但低于電子濕度傳感器，而且還取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來(lái)逐支標(biāo)定，最常用分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。所以希望用戶在需要校準(zhǔn)時(shí)也采用相同的方法，避免用準(zhǔn)確度低的器具去校準(zhǔn)或比對(duì)精度高的傳感器。

　　注意事項(xiàng)

　　濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測(cè)空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測(cè)的房間太大，就應(yīng)放置多個(gè)傳感器。

　　有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度．或者傳感器之間相互干擾，甚至無(wú)法工作。使用時(shí)應(yīng)技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

　　傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)，要注意信號(hào)的衰減問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離超過(guò)200m以上時(shí)，建議選用頻率輸出信號(hào)的濕度傳感器。

　　由于濕敏元件都存在一定的分散性，無(wú)論進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的傳感器都需逐支調(diào)試標(biāo)定。大多數(shù)在更換濕敏元件后需要重新調(diào)試標(biāo)定，對(duì)于測(cè)量精度比較高的濕度傳感器尤其重要。

　　濕度傳感器現(xiàn)在正在被廣泛應(yīng)用，濕度傳感器能夠很好的監(jiān)控環(huán)境中濕度，在食品保護(hù)，環(huán)境檢測(cè)等方面有著重要的應(yīng)用，我們?cè)谑褂脻穸葌鞲衅鞯臅r(shí)候應(yīng)該充分了解濕度傳感器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在使用過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)。

　　濕度傳感器的形式不是很多，但是不管是什么樣的濕度傳感器在使用過(guò)程中還是要注意以上幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，不僅僅是濕度傳感器所有的傳感器在使用過(guò)程中都有它的注意事項(xiàng)，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候應(yīng)該首先閱讀使用說(shuō)明書已經(jīng)和廠家咨詢相關(guān)的問(wèn)題，才能更好的使用。

　　發(fā)展趨勢(shì)

　　介紹濕敏元件的特性，重點(diǎn)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(diǎn)及產(chǎn)品分類，最后給出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。

　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量濕度的方法，早已無(wú)法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。

　　特性

　　濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。

　　濕敏電阻

　　濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)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(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。

　　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(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國(guó)外生產(chǎn)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(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測(cè)量范圍是（1%～99%）RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pF～202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應(yīng)時(shí)間為5s。

　　除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)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(lái)改變振蕩頻率）、光強(qiáng)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(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　特點(diǎn)

　　目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)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(chǎn)品可分成以下三種類型：

　　線性電壓輸出式集成濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。

　　線性頻率輸出集成濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)相對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，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(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

　　頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。

　　單片智能化濕度/溫度傳感器

　　2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化濕度/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(guò)精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)溫度，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)溫度的范圍是0～100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測(cè)量溫度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.01℃。測(cè)量露點(diǎn)的精度<±1℃。在測(cè)量濕度、溫度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度/濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。

　　芯片內(nèi)部包含相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、易失存儲(chǔ)器（RAM）是、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。其測(cè)量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)二線串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至μC。鑒于SHT11/15輸出的相對(duì)濕度讀數(shù)值與被測(cè)相對(duì)濕度呈非線性關(guān)系，為獲得相對(duì)濕度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須利用μC對(duì)讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償。此外當(dāng)環(huán)境溫度TA≠+25℃時(shí)，還需要對(duì)相對(duì)濕度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　芯片內(nèi)部有一個(gè)加熱器。將狀態(tài)寄存器的第2位置“1”時(shí)該加熱器接通電源，可使傳感器的溫度大約升高5℃，電源電流亦增加8mA（采用+5V電源）。使用加熱器可實(shí)現(xiàn)以下三種功能：①通過(guò)比較加熱前后測(cè)出的相對(duì)濕度值及溫度值，可確定傳感器是否正常工作；②在潮濕環(huán)境下使用加熱器，可避免傳感器凝露；③測(cè)量露點(diǎn)時(shí)也需要使用加熱器。

　　露點(diǎn)也是濕度測(cè)量中的一個(gè)重要參數(shù)，它表示在水汽冷卻過(guò)程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。為了計(jì)算露點(diǎn)，Sensirion公司還向用戶提供一個(gè)測(cè)量露點(diǎn)的程序“SHT xdp.bsx”。利用該程序可以控制內(nèi)部加熱器的通、斷，再根據(jù)所測(cè)得的溫度值及相對(duì)濕度值計(jì)算出露點(diǎn)。在命令響應(yīng)界面上運(yùn)行此程序時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上就顯示提示符“>”。用戶首先從鍵盤上輸入字母“S”，然后輸入相應(yīng)的數(shù)字，即可獲得下述結(jié)果：

　　輸入數(shù)字“1”時(shí)，測(cè)量并顯示出攝氏溫度dgC=xx.x；

　　輸入數(shù)字“2”時(shí)，測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度%RH=xx.x；

　　輸入數(shù)字“3”時(shí)，打開加熱器，使傳感器溫度升高5℃；

　　輸入數(shù)字“4”時(shí)，關(guān)閉加熱器，使傳感器降溫；

　　輸入數(shù)字“5”時(shí)，顯示露點(diǎn)溫度dpC=xx.x。

　　技術(shù)指標(biāo)

　　集成濕度傳感器的測(cè)量范圍一般可達(dá)到0～100%。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測(cè)量范圍限制為10%～95%。設(shè)計(jì)+3.3V低壓供電的濕度/溫度測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可選用SHT11、SHT15傳感器。這種傳感器在測(cè)量階段的工作電流為550μA，平均工作電流為28μA（12位）或2μA（8位）。上電時(shí)默認(rèn)為休眠模式（Sleep Mode），電源電流僅為0.3μA（典型值）。測(cè)量完畢只要沒(méi)有新的命令，就自動(dòng)返回休眠模式，能使芯片功耗降至最低。此外，它們還具有低電壓檢測(cè)功能。當(dāng)電源電壓低于+2.45V±0.1V時(shí)，狀態(tài)寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，從而起到了保護(hù)作用。

　　封裝方法

　　濕度傳感器由于其工作原理的限制，必須采取非密封封裝形式，即要求封裝管殼留有和外界連通的接觸孔或者接觸窗，讓濕敏芯片感濕部分和空氣中的濕汽能夠很好的接觸。同時(shí)，為了防止?jié)衩粜酒豢諝庵械幕覊m或雜質(zhì)污染，需要采取一些保護(hù)措施。目前，主要手段是使用金屬防塵罩或者聚合物多孔膜進(jìn)行保護(hù)。下面介紹幾種濕度傳感器的不同封裝形式 。

　　1.晶體管外殼（TO）封裝

　　封裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖1[1]；目前，用TO型封裝技術(shù)封裝濕敏元件是一種比較常見的方法。TO型封裝技術(shù)有金屬封裝和塑料封裝兩種。金屬封裝先將濕敏芯片固定在外殼底座的中心，可以采用環(huán)氧樹脂粘接固化法；然后在濕敏芯片的焊區(qū)與接線柱用熱壓焊機(jī)或者超聲焊機(jī)將Au絲或其他金屬絲連接起來(lái)；最后將管帽套在底座周圍的凸緣上，利用電阻熔焊法或環(huán)形平行焊法將管帽與底座邊緣焊牢。金屬管帽的頂端或者側(cè)面開有小孔或小窗，以便濕敏芯片和空氣能夠接觸。根據(jù)不同濕敏芯片和性能要求，可以考慮加一層金屬防塵罩，以延長(zhǎng)濕度傳感器的使用壽命 。

　　2.單列直插封裝（SIP）封裝

　　單列直插封裝（SIP）也常用來(lái)封裝濕度傳感器。濕敏芯片的輸出引腳數(shù)一般只有數(shù)個(gè)[1]，因而可以將基板上的I/O引腳引向一邊，用鍍Ni、鍍Ag或者鍍Pb-Sn的“卡式”引線（基材多為Kovar合金）卡在基板的I/O焊區(qū)上，將卡式引線浸入熔化的Pb-Sn槽中進(jìn)行再流焊，將焊點(diǎn)焊牢。根據(jù)需要，卡式引線的節(jié)距有2.54 mm和1.27 mm兩種，平時(shí)引線均連成帶狀，焊接后再剪成單個(gè)卡式引線。通常還要對(duì)組裝好元器件的基板進(jìn)行涂覆保護(hù)，最簡(jiǎn)單的是浸漬一層環(huán)氧樹脂，然后固化。最后塑封保護(hù)，整修毛刺，完成封裝。

　　單列直插封裝的插座占基板面積小，插取自如，SIP工藝簡(jiǎn)便易行，適于多品種，小批量生產(chǎn)，且便于逐個(gè)引線的更換和返修。

　　3.小外形封裝（SOP）

　　小外形封裝（SOP）法是另一種封裝濕度傳感器的方法。SOP是從雙列直插封裝（DIP）變形發(fā)展而來(lái)的，它將DIP的直插引腳向外彎曲成90°，變成了適于表面組裝技術(shù)（SMT）的封裝。SOP基本全部是塑料封裝，其封裝工藝為：先將濕敏芯片用導(dǎo)電膠或環(huán)氧樹脂粘接在引線框架上，經(jīng)樹脂固化，使?jié)衩粜酒潭?，再將濕敏芯片上的焊區(qū)與引線框架引腳的鍵合區(qū)用引線鍵合法連接。然后放入塑料模具中進(jìn)行膜塑封裝，出模后經(jīng)切筋整修，去除塑封毛刺，對(duì)框架外引腳打彎成型。塑料外殼表面開有與空氣接觸的小窗，并貼上空氣過(guò)濾薄膜，阻擋灰塵等雜質(zhì)，從而保護(hù)濕敏芯片。相較于TO和SIP兩種封裝形式，SOP封裝外形尺寸要小的多，重量比較輕。SOP封裝的濕度傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性很好，漂移小，成本低，容易使用。同時(shí)適合SMT，是一種比較優(yōu)良的封裝方法。

　　4.其它封裝形式

　　外部支撐框架是由高分子化合物形成，用預(yù)先設(shè)計(jì)的模子澆鑄而成，其設(shè)計(jì)充分考慮了空間結(jié)構(gòu)，保證濕敏芯片和空氣能充分接觸。濕敏芯片沿著滑道直接插入外框架，然后固定。從外框架另一端插入外引線，與濕敏芯片的焊區(qū)相接（也可以懸空），然后用導(dǎo)電膠熱固法將濕敏芯片和外引線連接起來(lái)。最后，外框架的正反兩面都貼上空氣過(guò)濾薄膜。過(guò)濾薄膜由聚四氟乙烯制成的多孔膜，能夠允許空氣滲透進(jìn)入傳感器而能阻擋灰塵和水滴 。

　　這種濕度傳感器的封裝有別于傳統(tǒng)的濕度傳感器封裝，它不采用傳統(tǒng)的引線鍵合的方法連接外引線和濕敏芯片，而是直接將濕敏芯片外引線連接，從而避免了因?yàn)閮?nèi)引線的原因而導(dǎo)致的失效問(wèn)題。同時(shí)，它的封裝體積較小，傳感器性能穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間工作。不過(guò)，它對(duì)外框架制作要求較高，工藝相對(duì)比較復(fù)雜。

　　5.濕度傳感器和其它傳感器混合封裝

　　很多時(shí)候，濕度傳感器并不是單獨(dú)封裝的，而是和溫度傳感器、風(fēng)速傳感器或壓力傳感器等其它傳感器以及后端處理電路集成混合封裝，以滿足相應(yīng)的功能需求。其封裝工藝為：先將濕敏芯片用導(dǎo)電膠或環(huán)氧樹脂粘接在基板上，經(jīng)樹脂固化，使?jié)衩粜酒潭?。再將濕敏芯片上的焊區(qū)與基板鍵合區(qū)用引線鍵合法連接。然后封蓋外殼（材料可選擇水晶聚合物）。外殼的表面開有與空氣接觸的小窗，使?jié)穸让舾性蜏囟让舾性酒涂諝獬浞纸佑|，而其他部分與空氣隔離，密封保護(hù)。小窗貼有空氣過(guò)濾薄膜，以防止雜質(zhì)的沾污。

　　LCC封裝由于沒(méi)有引腳，所以寄生電容和寄生電感均較小。同時(shí)它還具有電性能和熱性能優(yōu)良，封裝體積小，適合SMT等優(yōu)點(diǎn)。

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

　　GB-T15768-1995電容式濕敏元件與濕度傳感器總規(guī)范

　　GBT 11605-2005 濕度測(cè)量方法

　　JJF 1012-1987常用濕度計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)

　　JJF 1076-2001濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范

　　JJF 1101-2003環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度濕度校準(zhǔn)規(guī)范

　　JJG 205-2005機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程

　　JJG 499-2004精密露點(diǎn)儀檢定規(guī)程

　　JJG 500-2005電解法濕度儀檢定規(guī)程

　　JJG 826-1993 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分流式濕度發(fā)生器

　　JJG 899-1995石油低含水率分析儀檢定方法

　　安裝方法

　　可以通過(guò)一些簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。

　　1、一致性判定，同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購(gòu)買兩支以上，越多越說(shuō)明問(wèn)題，放在一起通電比較檢測(cè)輸出值，在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，觀察測(cè)試的一致性。若進(jìn)一步檢測(cè)，可在24h內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。

　　2、用嘴呵氣或利用其它加濕手段對(duì)傳感器加濕，觀察其靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。

　　3、對(duì)產(chǎn)品作開盒和關(guān)盒兩種情況的測(cè)試。比較是否一致，觀察其熱效應(yīng)情況。

　　4、對(duì)產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說(shuō)明書標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行測(cè)試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。

　　用途

　　1、濕度傳感器的用途

　　濕度傳感器用于濕度測(cè)量，基于濕度定義有很多表示方法，本文將濕度傳感器定義為測(cè)量環(huán)境相對(duì)濕度的電子式敏感元件/器件。

　　2、濕度傳感器的分類

　　碳膜濕度傳感器

　　金屬氧化物陶瓷式濕度傳感器

　　電解質(zhì)濕度傳感器——氯化鋰濕敏電阻

　　高分子濕度傳感器——高分子濕敏電阻

　　高分子濕度傳感器——高分子濕敏電容（流行）

　　紅外濕度傳感器

　　微波濕度傳感器

　　超聲波濕度傳感器

　　產(chǎn)品品牌

　　寶力馬、施奈德、西門子、三菱、松下、德國(guó)德國(guó)HLP、日本神榮、法國(guó)Humirel、韓國(guó)Syhitech、美國(guó)Honeywell

　　市場(chǎng)前景

　　咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場(chǎng)報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

　　一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)線傳感器、MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%。

　　目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。

　　市場(chǎng)分析

　　國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少國(guó)內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。 電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國(guó)外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國(guó)外名牌，價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)“階躍”性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無(wú)論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級(jí)，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。[5]

　　電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn)，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來(lái)處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無(wú)法克服其表面結(jié)構(gòu)“天然老化”的弱點(diǎn)，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此通過(guò)嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長(zhǎng)期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性其它感濕材料尚無(wú)法取代。

　　產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測(cè)手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對(duì)檢測(cè)，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期使用過(guò)程中的長(zhǎng)期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。