湿敏电阻传感器的应用

1.金属氧化物陶瓷湿敏电阻传感器

金属氧化物陶瓷湿敏电阻传感器是当今湿敏传感器的发展方向。近几年研究出许多电阻型湿敏多孔陶瓷材料，如Sn O2－Al2O3－Ti O2、La2O3－Ti O2－V2O5、Ni O、Ti O2－Nb2O5、Mn O2－Mn2O3等。下面重点介绍Mg Cr2O4－Ti O2陶瓷湿敏传感器，其结构如图2－33所示。

图2－33 Mg Cr4O4－Ti O2陶瓷湿敏传感器的结构

（a）吸湿单元；（b）卸去外壳后的结构；（c）外形图1—引线；2—多孔性电极；3—多孔陶瓷；4—底座；5—镍铬加热丝；6—外壳；7—引脚；8—气孔

Mg Cr2O4－Ti O2（铬酸镁氧化钛）等金属氧化物以高温绕结的工艺制成多孔性陶瓷半导体薄片。它的气孔率高达25％以上，具有1μm以下的细孔分布。与日常生活中常用的结构致密的陶瓷相比，其接触空气的表面积显著增大，所以水汽极易被吸附于表层及其孔隙之中，使其电阻率下降。当相对湿度从1％RH变化到95％RH时，其电阻率变化高达4个数量级，所以在测量电路中必须考虑采用对数压缩技术。其电阻与相对湿度的关系曲线如图2－34所示。测量转换电路框图如图2－35所示。

图2－34 Mg Cr2O4－Ti O2陶瓷湿敏传感器电阻与相对湿度关系曲线

由于多孔陶瓷置于空气中易被灰尘、油烟污染，从而堵塞气孔，使感湿面积下降。如果将湿敏陶瓷加热到400℃以上，就可使污物挥发或烧掉，使陶瓷恢复到初始状态。所以，传感器必须定期给加热丝通电。陶瓷湿敏传感器吸湿快 （3min左右），而脱湿要慢许多，从而产生滞后现象，称为湿滞。当吸附的水分子不能全部脱出时，会造成重现性误差及测量误差。有时可用重新加热脱湿的办法来解决，即每次使用前应先加热1min左右，待其冷却至室温后，方可进行测量。对陶瓷湿敏传感器的标定比较困难。它的误差较大，稳定性也较差，使用时还应考虑温度补偿 （温度每上升1℃，电阻下降引起的误差约为1％RH）。湿敏陶瓷应采用交流供电，例如50Hz。若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。

图2－35 湿敏电阻传感器测量转换电路框图

2.金属氧化物膜型湿敏传感器

Cr O3、Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、Mn2O3、Zn O、Ti O2等金属氧化物的细粉被吸湿后导电性增加，电阻下降，吸附或释放水分子的速度比上述多孔陶瓷快许多倍。图2－36所示为金属氧化物膜型湿敏传感器的结构。

图2－36 金属氧化物膜型湿敏传感器的结构

1—基片；2—电极；3—金属氧化物膜；4—引脚

在陶瓷基片上先制作钯金梳状电极，然后采用丝网印刷等工艺，将调制好的金属氧化物糊状物印刷在陶瓷基片上，采用烧结或烘干的方法使之固化成膜。这种膜在空气中能吸附或释放水分子，而改变其自身的电阻值。通过测量两电极间的电阻值即可检测其相对湿度，响应时间小于1min。

3.高分子湿敏电阻传感器

高分子湿敏电阻传感器是目前发展迅速、应用较广的一类新型湿敏电阻传感器。它的外形与图2－36相似，只是吸湿材料用可吸湿电离的高分子材料制作，如高氯酸锂聚氯乙烯、有亲水性基的有机硅氧烷、四乙基硅烷的共聚膜等。

高分子湿敏电阻传感器具有响应时间快、线性好、成本低等优点。