CERADIR湿敏陶瓷课堂【第一回：特性】- 大数跨境

CERADIR先进陶瓷在线

2021-08-24

导读：湿敏陶瓷相关特性介绍

前言

湿敏陶瓷是指对空气或其他气体、液体和固体物质中水分含量敏感的陶瓷材料。即空气中湿度的变化，或物质中水分含量的变化，能引起陶瓷材料某些物理或化学性质的剧烈变化，如电阻率、介电常数等非常明显的变化，并且，这种变化遵循某种规律，如线性、指数函数等，这种变化规律应该是稳定的和可逆的，因而，人们可以利用这种变化规律精确地测量和控制空气中的湿度或物质中的水分含量。

图.陶瓷湿敏传感器via网络

湿敏陶瓷用于测量湿度必须首先制成湿敏元件，如湿敏电阻和湿敏电容等，然后配以适当的电路和辅助零件，构成湿度传感器，传感器输出相应的电信号给显示、记录或控制电路组成的湿度计或湿度控制设备。湿敏陶瓷应能方便地制成湿敏元件，并易于大量生产，其主要性能满足湿度传感器的要求。本周小课堂我们就湿敏陶瓷的主要特性进行介绍：

1 电源频率范围

湿度传感器通常工作在交流电路或双向脉冲电路中，因为在直流电路中水将电解，不能给出稳定的信号。设计上为避免工频交流电的干扰，传感器的电源频率应选择在远离50Hz的范围内，一般取100Hz以上及10Hz以下的频率范围。在交流电路中主要表现为电容性的湿敏元件称湿敏电容，一般容抗很大；主要表现为电阻性的称湿敏电阻；容抗与电阻接近的则为阻抗型。

2 相对湿度区域

湿度通常用相对湿度（RH) 表示。能在湿度75%RH 以上工作的传感器称高湿型传感器。45%RH以下的湿度称低湿范围，这种传感器称低湿型传感器。湿敏陶瓷一般能在0~100%RH范围内工作，故称全湿型。

3 电性能

为了便于测量和与显示仪表连接，在正常试验条件下，湿敏电阻通常取值为几kΩ至几MΩ, 湿敏电容在几十nF至几千nF范围。这样湿敏陶瓷的电阻率也为10的三次方~10的7次方Ω·cm, 介电常数为2x10三次方。在整个湿度范围内，电阻率变化2~4个数量级，介电常数变化1~3个数量级。电阻率和介电常数等材料参数随湿度的变化可以是线性函数，也可以是对数函数关系。

4 灵敏度

灵敏度是湿敏元件的另一个指标。通常以相对湿度变化1%，阻值或电容量变化的百分数表示，其单位为％／％RH。一般湿敏陶瓷的灵敏度在（1%~15%）／％RH之间。在不同的湿度范围灵敏度往往不同。

5 响应时间

对湿度的响应速度常用吸湿和脱湿时间表示，总称响应时间。当湿度由0% (或近于0) 增加到50%或30%增加到 90%时，达到平衡所需要的时间为吸湿时间；当湿度由100%（或接近于100）下降到50%或由90%下降到30%时达到平衡所需要的时间为脱湿时间。具体条件的规定当以传感器实际使用的条件为依据。一般吸湿响应快，脱湿较慢，即脱湿时间大于吸湿时间，由于通常使用的湿度传感器是在大气中，非移动状态，因此，对响应时间并不苛求。

陶瓷湿敏元件响应时间大多小于30s, 有些可以小于1s, 响应非常迅速。一般厚膜湿敏元件比体型响应要快些。

6 电阻（或电容）的温度系数

湿敏陶瓷大多是半导体陶瓷，半导体特性往往强烈地依赖于温度。湿敏陶瓷的电阻率（或电容率）的温度系数也是非常重要的，并常称为湿度温度系数。它定义为温度每变化1℃, 其材料常数的变化所对应的湿度变化，单位为％RH/℃。

7 抗老化性能

湿敏元件长时间用于有油烟、灰尘等污染性环境中，本身也会受到污染，性能下降，最后失去湿敏性能。但是湿敏陶瓷在受到污染后可利用热清洗的方法恢复原有的性能，这是其他类型的湿敏元件所不及的。所谓热清洗，就是把湿敏陶瓷加热到400℃以上，使吸附在瓷体表面的污物烧掉，恢复湿敏陶瓷原来的吸附能力。

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