[科普中国]-电学湿度表

简介

某些吸湿性物质表现出能响应环境相对湿度的变化而改变其电学特性，且与温度只有很小的依赖关系，因而可以用来制作电学温度表。常见的电学湿度表有电阻湿度表和电容湿度表。1

电阻湿度表电阻湿度表一般以经过化学处理的非导电高分子聚合物为感湿材料，上面覆盖一层导电材料。高分子聚合物吸湿后膨胀，导致其表面导电材料的电阻率随之增大；反之，当湿度降低，聚合物脱水收缩，电阻率降低。因此，通过测量元件的电阻值可以确定空气的相对湿度。电阻湿度表传感器的感湿部位较薄，且以水汽吸附过程为主导，因而可以快速响应环境湿度的变化。

元件用溶胀性较好的高分子聚合物，羟乙基纤维素和聚丙烯酰胺为感湿材料，加上导电材料碳黑，以及分散剂凝胶配制成胶状液体浸渍到聚苯乙烯片基上，片基尺寸为101.6 mmx 17.46 mmx0.79 mm，长边两侧溅射上银电极。

高分子聚合物吸湿后膨胀，使悬浮于其中的碳粒子接触概率减小，元件的电阻增大反之，当湿度降低时，聚合物脱水收缩，使碳粒子的相互接触概率增加，元件的电阻值减小.通过测量元件的电阻值可以确定空气的相对湿度。

碳湿敏元件存在一定的升湿和降湿滞差。即在湿度上升时指示偏高，在同一相对湿度下，两组检定线存在一定的差值，这种滞差有别于动态测量中的滞后效应，是一种永久性的落后效应。

碳湿敏元件的另一个缺点就是存在明显的温度系数。2

电容湿度表高分子薄膜湿敏电容由芬兰vaisala公司最先开发的，英语上称为“Humicap”.其结构如图所示，传感部分完全平铺在一片玻璃基底上，首先在基底上真空喷涂一层金膜作为电容器的一个基本电极，然后在基片电极上均匀喷涂0.5～1um厚的吸湿材料醋酸纤维素.最后在吸湿材料上真空喷镀上表面电极，表面电极的厚度为0.02 um，保证水汽分子能通过表面电极渗透进人吸湿层，由于表面电极的厚度太薄，因而无法进行任何引线的焊接，基本电极实质上是由两块相互分离的金属膜组成，并分别引出焊接线，它们分别对表面电极形成两个电容C1和C2，因而从基底引线测量其电容量，实际上为C1和C2的串联值，元件在相对湿度为零时，其总电容量约为40 PF,相对湿度达到100%时其电容量可增加30%-35%。

电容湿度表的传感器是同样是以有机高分子膜作介质的一种电容器。湿敏电容器的上电极是一层多孔金膜，能透过水汽；下电极为一对刀状或梳状电极，引线由下电极引出。基板是玻璃。整个感应器是由两个小电容器串联组成。传感器置于大气中，当大气中水汽透过上电极进人介电层，介电层吸收水汽后，介电系数发生变化，导致电容器电容量发生变化。电容量的变化正比于相对湿度。湿敏电容传感器应安装在百叶箱内，传感器的中心点离地面1.5 m。在某些自动气象站中，铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体。

影响湿敏电容滞后系数最主要的因素是电容表面金属镀层的工艺特性，最初的工艺是在真空喷镀设备中镀成连续性的薄金属膜，这种工艺所制作的元件具有相当大的滞后系数.后来采用了真空镀铬，并使镀层产生适当裂纹的工艺，现今所使用的工艺是喷镀成网孔状的金属膜工艺，一般来说，滞后系数的大小与水汽渗透路径成正比，渗透路径大致等于不能渗透水汽的金属膜聚合区的半宽度L加上可渗透水汽的金属膜裂纹或空隙附近金属膜的厚度l，因而多孔性金属膜的L和l值均能达到微米的数量级，实践还证明，多孔性金属膜的附着强度以及防腐蚀能力均优于前两种工艺技术。2

举例氯化锂湿度计这种湿度计的检测元件表面有一薄层氯化锂涂层,它能从周围气体中吸收水蒸汽而导电。周围气体相对湿度越高，氯化锂吸水率越大，因而两支电极间的电阻就越小。因此，通过电极的电流大小可反映出周围气体的相对湿度。这类湿度计在工业流程中应用很广。

氧化铝湿度计它的工作原理是：氧化铝薄膜能从周围气体中吸水而引起本身电容和电阻值的变化，变化的幅度用以表示周围气体的相对湿度。这种湿度计主要用于工业流程气体的湿度测量，可测相对湿度范围很宽。3