相对湿度检测——电容式与电阻式

电子发烧友网报道（文/李宁远）作为一种将湿度信号转换为电信号的器件，湿度传感器的可用之地其实比想象中的更多，无论是延长产品在运输和存储期间的寿命，还是防止汽车摄像头起雾，抑或控制建筑物中的空气流量和质量，它都在其中扮演了相当重要的角色，是很实用的一类传感器。

目前市面上绝大多数湿度传感器的输出端都是相对湿度，输出的相对湿度能跟随环境变化同时跟踪温度湿度，比绝对湿度对水蒸气的度量更全面。从绝对湿度到相对湿度的变迁只是湿度传感器发展历程中的一部分，从模拟到数字，从电阻式到电容式也是湿度传感不断发展中的一些变化。

电阻式湿度传感IC

电阻式湿度传感和其他电阻式传感器的基本原理相同，利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。具体到湿度传感器上，湿敏电阻由感湿材料制成，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性测量湿度其优点在于对较高湿度的环境非常敏感。

电阻式湿度传感的测量是接触式，简单且直接，因此电阻式湿度传感IC的构造与电容式相比更简单，更容易实现批量生产，并且成本也很容易降下来。而且电阻式湿度IC不必像电容式湿度传感IC一样要考虑引线间的容量，因此在设计上自由度较大。但电阻式湿度传感在低湿度范围里（20%RH左右），远称不上灵敏。而且其温度补偿和线性化处理比较麻烦，其电阻变化是对数变化，不做线性化传感器湿度变化很难显现。

现在电阻式湿度传感里流行的高分子湿度传感则采用高分子湿敏材料制成，能实现较好的测量效果，原理与传统电阻式类似。高分子湿敏材料随着湿度的增加，高分子溶胀，内部自由体积增加，载流子增多，同时高分子聚电解质反离子的活化能降低，迁移率提高，材料的阻抗下降。

MS-Z3高分子电阻型湿度传感器，Winson

如上图中炜盛科技的MS-Z3，利用高分子材料将温度特性降到了0.5%RH/℃以下，在10-90%RH的测量范围内都能表现较为灵敏地实现检测。较为持久的精度减少了后期更换或重新校准传感器的维护工作。

电容式湿度传感IC

电容式湿度传感线性化程度很高，不需要像电阻式进行对数变化，在低湿范围里（低温检测范围可以下探至0%RH）有更好的灵敏度，而且因为构造上为了增大电容值，做成了薄膜状，比起电阻式一般来说响应速度会更快。可以看到现在很多高精度的湿度传感里一般都首选电容式，一是因为电容式非接触式的测量更符合现在的传感趋势，另外电容式IC易集成的特性也更容易匹配各种检测需求。

当然，更快的检测也意味着对器件的设计要求较高，品质不够好的电容式湿度传感往往会因为微小的电容变化产生巨大的误差。因此可靠性是湿度传感IC极为看重的。相对湿度湿度精度漂移是湿度传感保证性能长期一致很重要的指标。市面上电容式传感器通常具有2%左右的精度，漂移通常在每年0.25%至0.5%（电阻式漂移每年在1%左右）。

电容湿度IC厂商在提高精度的同时会尽可能降低器件的漂移，如TI最新的电容湿度传感IC HDC3021在±0.5%的精度下将长期漂移降低到了每年0.19%RH，可应对自然老化、环境压力或受到污染导致的精度漂移。

HDC3021，TI

进一步提高可靠性通过集成的漂移校正技术实现，消除传感器初始阶段的微小精度漂移，减少传感器因环境所产生的偏移，使器件恢复到精度规格内。

小结

电阻式湿度传感和电容式温度传感并没有哪个更好的区分，接触式应用里电阻式湿度传感在低成本下实现了高灵敏度，而且相对稳定；电容式在非接触传感里性能尤为突出，既可靠适配性又高。如何选择还是需要根据应用情况而定。