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湿度传感器如何测量湿度?

来源:
2025-05-14
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

湿度传感器测量湿度主要通过感知与湿度相关的物理量变化,并将其转换为可测量的电信号来实现。不同类型的湿度传感器测量原理有所差异,以下为你详细介绍常见类型湿度传感器的测量方式:

电阻式湿度传感器

  • 原理:利用湿敏材料的电阻随湿度变化的特性来测量湿度。湿敏材料会吸收或释放空气中的水蒸气,导致其内部导电性能改变,进而使电阻值发生变化。

  • 测量过程

    • 湿敏材料暴露在待测环境中,开始吸收水蒸气。例如氯化锂湿敏电阻,在干燥时电阻较大,当湿度增加,氯化锂吸收水分形成导电离子溶液,电阻逐渐减小。

    • 通过测量电路检测湿敏材料的电阻值变化。一般将湿敏材料接入到一个特定的测量电路中,如惠斯通电桥电路,当电阻值改变时,电路的输出信号(如电压、电流)也会相应变化。

    • 将测量电路的输出信号进行处理和转换,得到对应的湿度值。可以通过模拟 - 数字转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号,再由微处理器根据预先标定的关系曲线或公式计算出湿度值。

电容式湿度传感器

  • 原理:基于湿敏材料的介电常数随湿度变化的原理。湿敏材料吸收水分后,其介电常数会发生改变,从而导致电容值变化。

  • 测量过程

    • 湿敏电容的两个电极板之间填充有湿敏材料,当环境湿度改变时,湿敏材料吸收或释放水分,介电常数随之变化。可以把湿敏电容想象成一个可变容器,水分的多少就像容器里装的东西,会影响其“容量”(电容值)。

    • 使用电容测量电路来检测湿敏电容的电容值变化。常见的电容测量电路有谐振电路、运算放大器电路等,电容值的变化会引起电路中频率、电压等参数的变化。

    • 对测量电路的输出信号进行处理和分析,根据电容值与湿度的对应关系,计算出实际的湿度值。

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露点式湿度传感器

  • 原理:通过冷却空气使其达到饱和状态(即露点),然后测量露点温度来计算湿度。当空气冷却到某一温度时,空气中的水蒸气会开始凝结成露珠,这个温度就是露点温度,它与空气的湿度有确定的数学关系。

  • 测量过程

    • 使用制冷装置对空气进行冷却。制冷装置通常采用半导体制冷片或压缩机制冷等方式,将空气的温度逐渐降低。

    • 检测露珠的形成。可以通过光学方法,如使用红外传感器检测镜面上的光反射变化,当镜面上出现露珠时,光的反射特性会发生改变;也可以采用电学方法,如在镜面上设置两个电极,当露珠形成时,电极之间的电阻会发生变化。

    • 当检测到露珠形成时,记录此时的温度,即露点温度。

    • 根据露点温度和当前的实际温度,利用湿度计算公式或查表法,计算出空气的相对湿度、绝对湿度等参数。

石英晶体振荡式湿度传感器

  • 原理:利用石英晶体的振荡频率随其表面吸附水分子质量的变化而改变的特性来测量湿度。石英晶体具有压电效应,当在其表面施加交变电压时,会产生机械振动,且振动频率与晶体的质量、几何尺寸等因素有关。当空气湿度变化时,石英晶体表面会吸附或脱附水分子,导致其质量改变,进而使振荡频率发生变化。

  • 测量过程

    • 将石英晶体置于待测环境中,使其表面与空气充分接触。

    • 使用振荡电路使石英晶体产生稳定的振荡,并测量其振荡频率。振荡电路一般由反馈网络、放大器等组成,能够将石英晶体的机械振动转换为电信号,并维持振荡。

    • 随着环境湿度的变化,石英晶体表面吸附的水分子数量改变,导致振荡频率发生变化。通过频率测量电路检测频率的变化量。

    • 根据预先标定的频率 - 湿度关系曲线,将频率变化量转换为湿度值。


责任编辑:Pan

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标签: 湿度传感器

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