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    公司新聞

    濕敏電阻器在溫濕度傳感器中的性能
    閱讀次數:377  發布時間:2022/12/7 9:18:53
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     濕敏電阻器在溫濕度傳感器中的性能
    本領奇特的濕敏電阻器

    通常,人們將大氣中水蒸氣的含量以及某些物質中所含水分的多少籠統稱為濕度。濕度和溫度一樣,與人們的生產活動和日常生活密切相關,測量和控制濕度有時候顯得非常重要。

    濕敏電阻器作為一種應用最廣泛的濕度傳感器,其電阻值對濕度的變化極為敏感,當環境相對濕度(rh)變化時,其阻值也會隨之變化。濕敏電阻器種類較多、形狀各異,已被廣泛應用于各種濕度測量和控制系統之中。生活中常用的電子濕度計、洗衣機里用到的高濕度檢測元件、錄像機里用到的結露傳感器等,一般都是用濕敏電阻器作為傳感器的。

    濕敏電阻器的主要特點是對空氣濕度變化反應靈敏、結構簡單、體積小、使用簡便,它具有靈活多樣的外形和不同的功能,廣泛應用在各種電子、電氣設備中。

    濕敏電阻器是利用濕敏材料能夠吸收空氣中的水分并導致其電阻值發生變化這一特性制成的。普通濕敏電阻器由基體(具有一定機械強度的絕緣材料)、吸濕材料和電極構成(有的還加有防塵保護外殼),其基本結構如圖所示;w采用氧化鋁、陶瓷、聚碳酸脂板等不吸水、耐高溫的材料制成,形狀可以是方片狀或圓柱狀。吸濕材料附著在基體上,形成感濕層,其特點為微孔型結構,且多具有電解質特性。當感濕層吸附了空氣中的水分后,其微粒間接觸電阻會發生改變,具有電解質特性的感濕層還會形成含有正、負離子的水溶液并參與導電,從而使對應兩電極之間的阻值發生變化,實現由相對濕度變化到阻值變化的轉換。

    濕敏電阻器所用吸濕材料不同,其電阻值變化可以隨濕度增大而增大(稱正電阻濕度特性),也可以隨濕度增大而減小(稱負電阻濕度特性)。

    圖濕敏電阻器的基本結構

    外形和分類

    常見濕敏電阻器幾乎全部是兩端無極性元件,其種類按外觀不同劃分,有圖所示的無外殼型(即裸片狀)和塑料外殼型(即加有防塵保護罩)兩大類。外殼型實際上是將片狀濕敏電阻器裝入一個多孔型塑料(或金屬)外殼內,既保護濕敏電阻器不受外力損傷,又具有一定的防塵作用。

    無外殼型產品除了圖中所示的最常見長方形片狀外,還有不常見的圓片形、圓柱形產品。

    如果按濕敏電阻器所用吸濕材料的不同劃分,常用的產品有電解質式濕敏電阻器、碳膜濕敏電阻器、陶瓷式濕敏電阻器、高分子式濕敏電阻器等。電解質式濕敏電阻器的典型產品是氯化鋰濕敏電阻器,已有50年以上的生產和研究歷史,其應用很普遍。碳膜濕敏電阻器是將石墨滲在具有溶脹特性的高分子材料中制成,其特點是電阻值隨濕度的增加而變大,具有正電阻濕度特性。陶瓷式濕敏電阻器不僅有負電阻濕度特性產品,而且還有正電阻濕度特性產品。高分子式濕敏電阻器目前發展迅速、應用較廣,其性價比高、體積小、使用靈活方便。

    圖常用濕敏電阻器實物

    名詞與參數

    濕敏電阻器在實際應用中,經常會涉及與使用環境有關的絕對濕度、相對濕度、露點等名詞,讀者必須準確把握其含義。

    ①絕對濕度。這是指在一定的溫度及壓力條件下,單位體積空氣中所含水蒸氣的質量,其單位為g/m3。

    ②相對濕度。這是指空氣中所含實際水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的比值,通常用百分數表示,其單位為“%rh”(rh表示相對濕度)。例如:30%rh,表示空氣相對濕度為30%。當相對濕度達到100%時,稱飽和狀態。

    ③露點。這是指空氣在氣壓不變的條件下冷卻,當降至某一溫度時,空氣中的水蒸氣會達到飽和狀態。這時,空氣中的水蒸氣將轉化凝結成露珠(稱結露),其相對濕度為100%rh,這一特定的溫度被稱為空氣的露點溫度,簡稱露點。當這一特定溫度低于0℃時,水蒸氣將會結霜,所以此時又可稱為霜點溫度。通常,將露點溫度與霜點溫度統稱為露點。

    由以上可看出,濕度測量與溫度有著密切關系。實際當中,在測出了絕對濕度及溫度后,就能通過計算得出相對濕度、露點等濕度參數。

    另外,濕敏電阻器的主要參數有測濕范圍、濕度溫度系數、測濕靈敏度、響應時間等,其具體定義如下。

    ①測濕范圍。也叫濕度量程,它表明了濕敏電阻器所允許的濕度測量范圍,使用時一般不得超過該范圍。

    ②濕度溫度系數。這是指在環境濕度恒定時,濕敏電阻器在溫度每變化1℃時,其濕度指示的變化量,單位為%rh/℃。

    ③測濕靈敏度。這是指在某一相對濕度范圍內,相對濕度改變1%rh時,濕敏電阻器電參量的變化值或百分率。顯然,這一參數反映了濕敏電阻器在檢測濕度時的分辨率。

    ④響應時間。又稱時間常數,是指濕敏電阻器在濕度檢測環境快速變化時,其電阻值從原值變化到穩定值的63%所需的時間,它表征了濕敏電阻器對濕度變化的反應速度。

    型號命名

    國產大多數濕敏電阻器的型號命名遵循了敏感電阻器(包括光敏電阻器、壓敏電阻器、熱敏電阻器、氣敏電阻器、力敏電阻器和磁敏電阻器等)的統一命名規則,其型號一般由4部分組成,格式和含義如圖所示。第1部分用漢語拼音字母“m”表示“敏感電阻器”。第2部分用漢語拼音字母“s”表示濕敏電阻器。第3部分用漢語拼音字母表示產品的用途和特征,其中“c”表示“測濕用”,“k”表示“控濕用”,無字母則表示“通用型”。第4部分用數字或數字與字母混合表示序號,以區別濕敏電阻器的外形尺寸及性能參數等,有的在兩個序號之間還加上了“-”號。例如:ms01-a型表示通用型濕敏電阻器,其序號為“01-a”。還有一些濕敏電阻器的型號命名采用了生產廠家自定的命名規則,如zhc-1、ysh、hr31、hds10型等。表匯集了一些常用國產濕敏電阻器的型號及性能參數,僅供參考。

    圖國產濕敏電阻器的命名規則

    圖常用國產濕敏電阻器的性能參數

     

    產品標識

    常用濕敏電阻器從外表來看,無外乎有圖(a)所示的裸片狀(無外殼)和加防護罩(有外殼)兩大類型。防護罩多為塑料外殼,但也有金屬外殼,形狀大多為方形,但也有圓形產品。由于濕敏電阻器的外形跟其他元器件有著較為明顯的區別,所以看外觀大體上就能識別出來。

    大多數濕敏電阻器的體積都比較小,在外殼上打印型號等參數有困難,加上濕敏電阻器的型號品種不是很多等原因,常見產品幾乎都看不到任何的文字標識,這給使用者帶來一定的不便。但也有個別一些產品在外殼上標出型號,如圖(b)所示?梢,使用者要了解濕敏電阻器的具體特性和有關參數等,唯一的途經就是查看廠家提供的說明書或有關元器件參數手冊。

    常用濕敏電阻器都是兩端無極性產品,但有時候也可碰到四端型產品,如圖(c)所示。四端型產品主要為帶有一對加熱電極的特殊濕敏電阻器,或者是“一體化”濕度/溫度傳感器(即將濕敏電阻器和熱敏電阻器裝入同一個外殼內,其各自的兩個引腳分別引出)。圖中示例即為四引腳的濕度/溫度傳感器。

    圖濕敏電阻器的識別

    電路符號

    濕敏電阻器目前尚無統一的標準符號,其常用電路符號如圖所示。一些電路圖中多以普通電阻器圖形符號為基礎,增加一條斜線,并在斜線一端標出水分子式“h?o”,以明確表示這是一只電阻值與濕度相關的濕敏電阻器。有的電路圖中用一個小圓點(可理解成為小水滴)代替斜線和水分子式,還有些電路圖中干脆直接使用了普通電阻器的圖形符號。

    濕敏電阻器的文字符號常用“rs”或“r”來表示。當同一個電路圖中出現多個濕敏電阻器時,可按習慣在其文字符號后面加上數字編號,以示區別。

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