高分子湿度传感器原理介绍
高分子湿度传感器原理介绍

1. 高分子湿度传感器构造与原理

高分子湿度传感器，变化量之取出大致分为电容量变化型与电阻变化型两种，如图4所示即为电容变化型的构造，在高分子膜上各蒸镀一电极膜片，上方的电极为多孔性以吸收水份，高分子膜吸收水份之后，其介电系数将改变，致使感湿组件之电容量改变。如图5 所示为电阻变化型的构造，它是在氧化铝（Al2O3）基板上镀上一对梳形状之电极，再于其上添加感湿高分子膜聚乙烯醇（PVA），然后以聚苯乙烯硫酸铵（PSS）涂抹之后烧结而成。



图 4高分子湿度传感器(电容式湿度传感器)的构造

图5 高分子湿度传感器(电阻变化型)（湿敏电阻）的构造

图5a 电阻变化型湿度传感器的等效电路

2. 高分子湿度传感器特性：

(1)感湿特性：

感湿特性的测定方法，以电阻变化型为例，如图6 所示的特性为在30℃下测定0~100％RH的各相对湿度电阻值(施加在组件上的电压为5V，频率为1KHZ)。于特性图中知道，在0％RH 之阻抗值约为100Ω，在100％RH 之阻抗值约为107Ω，而且在吸湿过程中的感湿特性与脱湿过程中的感湿特性的迟滞情况很小，误差约在2％之内。





图6 感湿特性

图7 感湿反应特性

(2)反应速度：

图7 所示为电阻型高分子湿度传感器的反应特性，测定时使用相对湿度分别为32％RH及76％的两种饱和盐水溶液。假定反应达到感湿组件阻抗的90％时为反应完毕，则可预计吸湿过程的反应速度约为25秒,脱湿过程约为45秒。



(3)温度依存性：

由于感湿组件系利用高分子膜中的离子传导，所以其阻抗变化对温度有依存性，图8所示即为在15℃，30℃，45℃各温度之下的感湿特性。

图8 感湿特性的温度依存性



(4)耐湿、耐水性：

高分子膜本身就有水溶性，所以一般均在高分子膜上覆盖一种树脂包衣材料以防止特性变化，但是加上此一树脂膜之后，对特性仍会有些许影响，图9所示，即为其阻抗变化情形的比较。

图9 感湿特性与阻抗组成依存在



(5)动作频率特性：

前面所述的四种特性均在频率为1KHz之下测定的，不过如图10所示，读者会发现感测组件之阻抗对频率仍有依存性。在低频率时影响并不大，当频率超过1KHz 时，高阻抗值将有下降之趋势，所以一般在测定时，频率均设定在100Hz~1KHz之间。

图10 组件阻抗的频率依存性