相對(duì)濕度檢測(cè)——電容式與電阻式

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）作為一種將濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，濕度傳感器的可用之地其實(shí)比想象中的更多，無(wú)論是延長(zhǎng)產(chǎn)品在運(yùn)輸和存儲(chǔ)期間的壽命，還是防止汽車攝像頭起霧，抑或控制建筑物中的空氣流量和質(zhì)量，它都在其中扮演了相當(dāng)重要的角色，是很實(shí)用的一類傳感器。

目前市面上絕大多數(shù)濕度傳感器的輸出端都是相對(duì)濕度，輸出的相對(duì)濕度能跟隨環(huán)境變化同時(shí)跟蹤溫度濕度，比絕對(duì)濕度對(duì)水蒸氣的度量更全面。從絕對(duì)濕度到相對(duì)濕度的變遷只是濕度傳感器發(fā)展歷程中的一部分，從模擬到數(shù)字，從電阻式到電容式也是濕度傳感不斷發(fā)展中的一些變化。

電阻式濕度傳感IC

電阻式濕度傳感和其他電阻式傳感器的基本原理相同，利用一定的方式將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件電阻參數(shù)的變化，再通過電路轉(zhuǎn)變成電壓或電流信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。具體到濕度傳感器上，濕敏電阻由感濕材料制成，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，利用這一特性測(cè)量濕度其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)較高濕度的環(huán)境非常敏感。

電阻式濕度傳感的測(cè)量是接觸式，簡(jiǎn)單且直接，因此電阻式濕度傳感IC的構(gòu)造與電容式相比更簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且成本也很容易降下來。而且電阻式濕度IC不必像電容式濕度傳感IC一樣要考慮引線間的容量，因此在設(shè)計(jì)上自由度較大。但電阻式濕度傳感在低濕度范圍里（20%RH左右），遠(yuǎn)稱不上靈敏。而且其溫度補(bǔ)償和線性化處理比較麻煩，其電阻變化是對(duì)數(shù)變化，不做線性化傳感器濕度變化很難顯現(xiàn)。

現(xiàn)在電阻式濕度傳感里流行的高分子濕度傳感則采用高分子濕敏材料制成，能實(shí)現(xiàn)較好的測(cè)量效果，原理與傳統(tǒng)電阻式類似。高分子濕敏材料隨著濕度的增加，高分子溶脹，內(nèi)部自由體積增加，載流子增多，同時(shí)高分子聚電解質(zhì)反離子的活化能降低，遷移率提高，材料的阻抗下降。

MS-Z3高分子電阻型濕度傳感器，Winson

如上圖中煒盛科技的MS-Z3，利用高分子材料將溫度特性降到了0.5%RH/℃以下，在10-90%RH的測(cè)量范圍內(nèi)都能表現(xiàn)較為靈敏地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。較為持久的精度減少了后期更換或重新校準(zhǔn)傳感器的維護(hù)工作。

電容式濕度傳感IC

電容式濕度傳感線性化程度很高，不需要像電阻式進(jìn)行對(duì)數(shù)變化，在低濕范圍里（低溫檢測(cè)范圍可以下探至0%RH）有更好的靈敏度，而且因?yàn)闃?gòu)造上為了增大電容值，做成了薄膜狀，比起電阻式一般來說響應(yīng)速度會(huì)更快。可以看到現(xiàn)在很多高精度的濕度傳感里一般都首選電容式，一是因?yàn)殡娙菔椒墙佑|式的測(cè)量更符合現(xiàn)在的傳感趨勢(shì)，另外電容式IC易集成的特性也更容易匹配各種檢測(cè)需求。

當(dāng)然，更快的檢測(cè)也意味著對(duì)器件的設(shè)計(jì)要求較高，品質(zhì)不夠好的電容式濕度傳感往往會(huì)因?yàn)槲⑿〉碾娙葑兓a(chǎn)生巨大的誤差。因此可靠性是濕度傳感IC極為看重的。相對(duì)濕度濕度精度漂移是濕度傳感保證性能長(zhǎng)期一致很重要的指標(biāo)。市面上電容式傳感器通常具有2%左右的精度，漂移通常在每年0.25%至0.5%（電阻式漂移每年在1%左右）。

電容濕度IC廠商在提高精度的同時(shí)會(huì)盡可能降低器件的漂移，如TI最新的電容濕度傳感IC HDC3021在±0.5%的精度下將長(zhǎng)期漂移降低到了每年0.19%RH，可應(yīng)對(duì)自然老化、環(huán)境壓力或受到污染導(dǎo)致的精度漂移。

HDC3021，TI

進(jìn)一步提高可靠性通過集成的漂移校正技術(shù)實(shí)現(xiàn)，消除傳感器初始階段的微小精度漂移，減少傳感器因環(huán)境所產(chǎn)生的偏移，使器件恢復(fù)到精度規(guī)格內(nèi)。

小結(jié)

電阻式濕度傳感和電容式溫度傳感并沒有哪個(gè)更好的區(qū)分，接觸式應(yīng)用里電阻式濕度傳感在低成本下實(shí)現(xiàn)了高靈敏度，而且相對(duì)穩(wěn)定；電容式在非接觸傳感里性能尤為突出，既可靠適配性又高。如何選擇還是需要根據(jù)應(yīng)用情況而定。