湿敏电阻器工作原理及名词分类参数

2017-03-15 17:42分类：电子元器件阅读：

通常人们将大气中水蒸气的含量以及某些物质中所含水分的多少笼统称为湿度。湿度和温度一样，与人们的生产活动和日常生活密切相关，测量和控制湿度有时候显得非常重要。

湿敏电阻器作为一种应用最广泛的湿度传感器，其电阻值对湿度的变化极为敏感，当环境相对湿度( RH)变化时，其阻值也会随之变化。湿敏电阻器种类较多、形状各异，已被广泛应用于各种湿度测量和控制系统之中。生活中常用的电子湿度计、洗衣机里用到的高湿度检测元件、录像机里用到的结露传感器等，一般都是用湿敏电阻器作为传感器的

湿敏电阻器的主要特点是对空气湿度变化反应灵敏、结构简单、体积小、使用简便，它具有灵活多样的外形和不同的功能，广泛应用在各种电子、电气设备中

结构及特点

湿敏电阻器是利用湿敏材料能够吸收空气中的水分并导致其电阻值发生变化这一特性制成的。普通湿敏电阻器由基体（具有一定机械强度的绝缘材料）、吸湿材料和电极构成（有的还加有防尘保护外壳），其基本结构如图21-1所示。基体采用氧化铝、陶瓷、聚碳酸脂板等不吸水、耐高温的材料制成，形状可以是方片状或圆柱状。吸湿材料附着在基体上，形成感湿层，其特点为微孔型结构，且多具有电解质特性。当感湿层吸附了空气中的水分后，其微粒间接触电阻会发生改变，具有电解质特性的感湿层还会形成含有正、负离子的水溶液并参与导电，从而使对应两电极之间的阻值发生变化，实现由相对湿度变化到阻值变化的转换。

湿敏电阻器所用吸湿材料不同，其电阻值变化可以随湿度增大而增大（称正电阻湿度特性），也可以随湿度增大而减小（称负电阻湿度特性）。

外形和分类

常见湿敏电阻器几乎全部是两端无极性元件，其种类按外观不同划分，有图21-2所示的无外壳型（即裸片状）和塑料外壳型（即加有防尘保护罩）两大类。外壳型实际上是将片状湿敏电阻器装入一个多孔型塑料（或金属）外壳内，既保护湿敏电阻器不受外力损伤，又具有一定的防尘作用。无外壳型产品除了图中所示的最常见长方形片状外，还有不常见的圆片形、圆柱形产品。

如果按湿敏电阻器所用吸湿材料的不同划分，常用的产品有电解质式湿敏电阻器、碳膜湿敏电阻器、陶瓷式湿敏电阻器、高分子式湿敏电阻器等。电解质式湿敏电阻器的典型产品是氯化锂湿敏电阻器，已有50年以上的生产和研究历史，其应用很普遍。碳膜湿敏电阻器是将石墨渗在具有溶胀特性的高分子材料中制成，其特点是电阻值随湿度的增加而变大，具有正电阻湿度特性。陶瓷式湿敏电阻器不仅有负电阻湿度特性产品，而且还有正电阻湿度特性产品。高分子式湿敏电阻器目前发展迅速、应用较广，其性价比高、体积小、使用灵活方便。

名词与参数

湿敏电阻器在实际应用中，经常会涉及与使用环境有关的绝对湿度、相对湿度、露点等名词，读者必须准确把握其含义。

①绝对湿度。这是指在一定的温度及压力条件下，单位体积空气中所含水蒸气的质量，其单位为9/m³。

②相对湿度。这是指空气中所含实际水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的比值，通常用百分数表示，其单位为“%RH”（RH表示相对湿度）。例如：30% RH，表示空气相对湿度为30%，当相对湿度达到100%时，称饱和状态。

③露点。这是指空气在气压不变的条件下冷却，当降至某一温度时，空气中的水蒸气会达到饱和状态。这时，空气中的水蒸气将转化凝结成露珠（称结露），其相对湿度为1 00%RH，这一特定的温度被称为空气的露点温度，简称露点。当这一特定温度低于0℃时，水蒸气将会结霜，所以此时又可称为霜点温度。通常，将露点温度与霜点温度统称为露点。

由以上可看出，湿度测量与温度有着密切关系。实际当中，在测出了绝对湿度及温度后，就能通过计算得出相对湿度、露点等湿度参数。

另外，湿敏电阻器的主要参数有测湿范围、湿度温度系数、测湿灵敏度、响应时间等，其具体定义如下。

①测湿范围。也叫湿度量程，它表明了湿敏电阻器所允许的湿度测量范围，使用时一般不得超过该范围。

②湿度温度系数。这是指在环境湿度恒定时，湿敏电阻器在温度每变化1 0C时，其湿度指示的变化量，单位为% RH/℃。

③测湿灵敏度。这是指在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1 %RH时，湿敏电阻器电参量的变化值或百分率。显然，这一参数反映了湿敏电阻器在检测湿度时的分辨率。

④响应时间。又称时间常数，是指湿敏电阻器在湿度检测环境快速变化时，其电阻值从原值变化到稳定值的63%所需的时间，它表征了湿敏电阻器对湿度变化的反应速度，，

型号命名

国产大多数湿敏电阻器的型号命名遵循了敏感电阻器（包括光敏电阻器、压敏电阻器、热敏电阻器、气敏电阻器、力敏电阻器和磁敏电阻器等）的统一命名规则，其型号一般由4部分组成，格式和含义如图21-3所示。

第1部分用汉语拼音字母“M”表示“敏感电阻器”。第2部分用汉语拼音字母“S”表示湿敏电阻器。第3部分用汉语拼音字母表示产品的用途和特征，其中“C”表示“测湿用”， “K”表示“控湿用”，无字母则表示“通用型”。第4部分用数字或数字与字母混合表示序号，以区别湿敏电阻器的外形尺寸及性能参数等。有的在两个序号之间还加上了“一”号，、例如：MS01 -A型表示通用型湿敏电阻器，其序号为“01 -A”。还有一些湿敏电阻器的型号命名采用了生产厂家自定的命名规则，如ZHC-1、YSH、HR31、HDSlO型等。表21-1汇集了一些常用国产湿敏电阻器的型号及性能参数，仅供参考。

表21-1 常用国产湿敏电阻器的性能参数
型号	测温范围（%RH)	20℃时标称阻值（KΩ）			工作环境温度（℃）	湿度温系数（%RH/℃）	响应时间（S)	工作电压（V)
型号	测温范围（%RH)	50%RH	70%RH	90%RH	工作环境温度（℃）	湿度温系数（%RH/℃）	响应时间（S)	工作电压（V)
MS01-A	20~98	340	40	5.1	0~40	-0.1	〈5	AC:4~12
MS01-B1		200	25	3
MS01-B2		300	35	4.4
MS01-Ba		400	50	6
MS04	30~90	≤200		〈10	0~50			AC:5~10
MST-1	50~98	1~5		10~30	0~40	-0.4	≤2	AC:0.15~1
ZHC-1	5~99	650	170	44	-10~99	-0.1	〈5	AC:1~6
ZHC-2	5~99	650	170	44	-10~99	-0.1	〈5	AC:1~6
YSH	5~100	〈1000		〈2	-30~80	0.5
BTS-208	0~100				-30~150	0.12	〈60	AC:20
CM8-A	10~98				-35~100	〈0.12	〈10	AC:1~5
RSG-2	30~95	3000	100	10	0~40
HC23	≤95	66	11.5	2.9	-20~70			AC:1V
HR23							吸湿 ≤20 脱湿 ≤40
HR31	20~95	115	15.5	3.3	0~60			AC:1.5V
HR202
HDS1O	94~100		10		1~18		〈5	DC:0.8

产品标识

常用湿敏电阻器从外表来看，无外乎有图21-4 (a)所示的裸片状（无外壳）和加防护罩（有外壳）两大类型。防护罩多为塑料外壳，但也有金属外壳，形状大多为方形，但也有圆形产品。由于湿敏电阻器的外形跟其他元器件有着较为明显的区别，所以看外观大体上就能识别出来。

大多数湿敏电阻器的体积都比较小，在外壳上打印型号等参数有困难，加上湿敏电阻器的型号品种不是很多等原因，常见产品几乎都看不到任何的文字标识，这给使用者带来一定的不便。但也有个别一些产品在外壳上标出型号，如图21-4( b)所示。可见，使用者要了解湿敏电阻器的具体特性和有关参数等，唯一的途经就是查看厂家提供的说明书或有关元器件参数手册，常用湿敏电阻器都是两端无极性产品，但有时候也可碰到四端型产品，如图21-4 (c)所示。四端型产品主要为带有一对加热电极的特殊湿敏电阻器，或者是“一体化”湿度/温度传感器（即将湿敏电阻器和热敏电阻器装入同一个外壳内，其各自的两个引脚分别引出）。图中示例即为四引脚的湿度/温度传感器。

电路符号

湿敏电阻器目前尚无统一的标准符号，其常用电路符号如图21-5所示。一些电路图中多以普通电阻器图形符号为基础，增加一条斜线，并在斜线一端标出水分子式“H₂O”，以明确表示这是一只电阻值与湿度相关的湿敏电阻器。有的电路图中用一个小圆点（可理解成为小水滴）代替斜线和水分子式，还有些电路图中干脆直接使用了普通电阻器的图形符号。湿敏电阻器的文字符号常用“RS”或“R”来表示。当同一个电路图中出现多个湿敏电阻器时，可按习惯在其文字符号后面加上数字编号，以示区别。