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高分子濕度傳感器原理介紹
高分子濕度傳感器原理介紹

1. 高分子濕度傳感器構造與原理

高分子濕度傳感器，變化量之取出大致分為電容量變化型與電阻變化型兩種，如圖4所示即為電容變化型的構造，在高分子膜上各蒸鍍一電極膜片，上方的電極為多孔性以吸收水份，高分子膜吸收水份之后，其介電系數將改變，致使感濕組件之電容量改變。如圖5 所示為電阻變化型的構造，它是在氧化鋁（Al2O3）基板上鍍上一對梳形狀之電極，再于其上添加感濕高分子膜聚乙烯醇（PVA），然后以聚苯乙烯硫酸銨（PSS）涂抹之后燒結而成。



圖 4高分子濕度傳感器(電容式濕度傳感器)的構造

圖5 高分子濕度傳感器(電阻變化型)（濕敏電阻）的構造

圖5a 電阻變化型濕度傳感器的等效電路

2. 高分子濕度傳感器特性：

(1)感濕特性：

感濕特性的測定方法，以電阻變化型為例，如圖6 所示的特性為在30℃下測定0~100％RH的各相對濕度電阻值(施加在組件上的電壓為5V，頻率為1KHZ)。于特性圖中知道，在0％RH 之阻抗值約為100Ω，在100％RH 之阻抗值約為107Ω，而且在吸濕過程中的感濕特性與脫濕過程中的感濕特性的遲滯情況很小，誤差約在2％之內。





圖6 感濕特性

圖7 感濕反應特性

(2)反應速度：

圖7 所示為電阻型高分子濕度傳感器的反應特性，測定時使用相對濕度分別為32％RH及76％的兩種飽和鹽水溶液。假定反應達到感濕組件阻抗的90％時為反應完畢，則可預計吸濕過程的反應速度約為25秒,脫濕過程約為45秒。



(3)溫度依存性：

由于感濕組件系利用高分子膜中的離子傳導，所以其阻抗變化對溫度有依存性，圖8所示即為在15℃，30℃，45℃各溫度之下的感濕特性。

圖8 感濕特性的溫度依存性



(4)耐濕、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蓋一種樹脂包衣材料以防止特性變化，但是加上此一樹脂膜之后，對特性仍會有些許影響，圖9所示，即為其阻抗變化情形的比較。

圖9 感濕特性與阻抗組成依存在



(5)動作頻率特性：

前面所述的四種特性均在頻率為1KHz之下測定的，不過如圖10所示，讀者會發現感測組件之阻抗對頻率仍有依存性。在低頻率時影響并不大，當頻率超過1KHz 時，高阻抗值將有下降之趨勢，所以一般在測定時，頻率均設定在100Hz~1KHz之間。

圖10 組件阻抗的頻率依存性