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湿敏电阻器具有哪些不同类型?

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,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,利用这一特性即可测量湿度。

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湿敏电阻器主要根据其感湿材料、工作原理和结构特性分为以下几种类型:

  1. 高分子型湿敏电阻器:

    • 材料: 使用具有亲水性的高分子聚合物(如聚酰亚胺、醋酸纤维素等)作为感湿材料。
    • 原理: 环境湿度变化时,高分子膜吸收或释放水分子,导致其自身的电阻值介电常数发生显著改变(通常是电阻值随湿度升高而下降,即负湿度特性)。通过测量电阻变化来反映湿度。
    • 特点: 灵敏度高、响应快(一般几秒到几十秒)、线性度较好(在中等湿度范围内)、制造工艺相对简单、成本较低。但耐高温高湿性能有限,长期稳定性可能稍差,易受污染影响,存在滞后现象(吸湿和脱湿曲线不完全重合)。
    • 常见形态: 薄膜式、厚膜式。
  2. 陶瓷型湿敏电阻器:

    • 材料: 采用具有微孔结构的多孔陶瓷(如 MgCr₂O₄-TiO₂, TiO₂-V₂O₅, ZnO-Li₂O-V₂O₅ 等)作为感湿材料。
    • 原理: 陶瓷的多孔表面吸附环境中的水蒸气分子。在低温下(约 < 150°C),吸附的水分子在微孔中离解成导电离子(如 H₃O⁺),增加材料的电导率(即电阻值下降)。通过测量电阻变化感知湿度。
    • 特点:
      • 高温型: 可在较高温度(最高可达150-200°C)下工作(基于离子导电机制)。
      • 低温型: 在室温下工作(也基于离子导电)。
      • 优点是耐高温性好(尤其高温型)、化学稳定性好(耐腐蚀、抗污染能力强)、机械强度高、响应快(一般几秒到几十秒)、湿度测量范围宽。缺点是对测湿电路要求较高(常需加热清洁)、有滞后效应、电阻对温度有依赖性、部分类型的湿敏特性曲线非线性较明显。
    • 常见形态: 厚膜式、烧结体式。
  3. 电解质/盐类湿敏电阻器:

    • 材料: 利用吸湿性无机盐(如氯化锂 LiCl)或其溶液浸渍基板作为感湿材料。
    • 原理: 环境湿度增加时,无机盐吸收水分使其发生潮解,溶解出的离子数量增加,导致其电导率上升(即电阻值下降)。
    • 特点: 精度高、线性度好(在中高湿度区)。最大缺点是结露影响大(湿度过高或结露时会造成电解质流失)、量程通常局限于中高湿度(如60~100%RH)、响应较慢、稳定性较差(易老化、受温度影响大)、有滞后、不宜在露点以下使用。
    • 常见形态: 涂层式。这种类型在现代电子设备中已较少使用。
  4. 其他类型(较少见或更早期):

    • 金属氧化物膜型湿敏电阻器: 使用金属氧化物(如氧化铝 Al₂O₃)的极薄多孔膜作为感湿层。其电容值或电阻值随水汽吸附发生变化。早期产品,性能有限。
    • 硒/硅(或锗)型湿敏电阻器: 利用半导体材料(如蒸发硒或掺杂硅/锗膜)的电阻随湿度变化的特性。存在稳定性、一致性和制造工艺等方面的问题,已很少使用。
    • 结露型湿敏电阻器: 这是一种特化的湿敏电阻器,通常具有很高的灵敏度,主要设计和用于检测结露(相对湿度接近100%时)状态,输出特性往往有阶跃变化。其原理可能是基于高分子或陶瓷材料。

总结关键分类依据:

选型提示: 选择湿敏电阻器时需考虑应用场景要求,如:工作温度范围、湿度测量范围、精度、响应时间、长期稳定性、抗污染/耐腐蚀性、功耗、价格等。目前高分子电阻式陶瓷电阻式(含高温型) 是市场上应用最广泛的两种类型。近年来,高分子湿敏电容(输出电容变化)也越来越普及。

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