温湿度传感器的原理及性能特点介绍

温湿度传感器是人们最常见到传感器之一。通过一定的检测装置测量空气中的温湿度，将温湿度转换为电信号或其他所需方式的信息导出，以满足用户的需求。因为温度和湿度与物理量本身和现实生活密切相关，所以温湿度集成的传感器会相应产生。温湿度传感器是指能够将温湿度转移于测量和处理的电信号的设备或设备。市场上的温湿度传感器通常测量温度和相对湿度。

温度传感器的基本原理是将环境的温度值转化为敏感单元的电学量变化，最后通过读出敏感单元的电压值进行公式转换，从而获得温度值。常见的电学量包括：电压、电流、电阻、电容等。基于以上原理，有两类温度传感器比较有代表性。

热电偶原理类温度传感器，热电偶一般由两个不同的电导体构成，由于塞贝克效应的影响，两种不同的电导体各自的二端分别连接构成回路后，如果两种金属的两个结点处温度不同，就会产生电压。目前常用的热电偶金属组合，能产生的“热电势”通常在1–70μV/℃之间，选择热电偶时通常考虑到成本、适用、熔点、化学性质等问题。

电阻式温度传感器，电阻式温度传感器的基本原理是利用材料电导率(或电阻率)在温度发生变化时而变化的性质来探测温度信息的，基于这个原理研制的温度传感器是最多的。材料上主要使用热敏材料和金属材料。

湿度传感器的基本原理，根据湿度传感器将湿度转换为待处理的电信号类型，可以将其分为：电容型、电阻型、压电、摩擦电型等，这里介绍一下最常见的两种类型。

电阻式湿度传感器，电阻式湿度传感器是将湿敏材料印刷或者沉积等薄膜工艺涂敷在各类不导通的电极结构上，从而将湿敏材料接进电路。当环境的湿度变化时，敏感材料的电阻值发生变化，从而反推出湿度值。电阻式湿度传感器拥有测试方便、制备工艺简单等特点，但是通常电阻值与湿度的相关性低，在中湿区灵敏度很大，但在低湿区高湿区灵敏度不够。

电容式湿度传感器，电容式器件通常也是将湿敏材料通过印刷、蒸镀和旋涂等工艺把敏感材料覆盖在不导通的电极上。不同的是，电阻式湿度传感器中的敏感材料会因为湿度变化而导电，电容式湿度传感器敏感材料不会直接导通，而是会改变介电常数，从而改变传感器的电容值。

选择合适的温湿度传感器，要从以下几方面进行考虑。

频率响应特性：温湿度传感器的频率响应特性决定了测量的频率范围，确切的测量条件必须保持在允许的频率范围内。事实上，传感器的响应总是固定的延迟，我希望延迟越少越好。由于结构特性的影响，机械系统的惯性较大，低频传感器的可测信号频率较低。在动态测量中，应根据信号特性(稳态).暂态.随机等)响应特性，防止生产偏差。

线性范围：温湿度传感器的线性范围是指导与输入成正比的范围。理论上，在这个范围内，灵敏度是固定的。传感器的线性范围越宽，测量范围越大，并能保证一定的测量精度。在选择传感器时，确定传感器的类型时，首先要看其测量范围是否符合要求。

稳定性：稳定性是衡量器件在长期测试中的波动性。很多传感器基于化学反应原理，在探测某些信号后会出现基线的漂移、响应值的变化等情况。

分辨率：分辨率是衡量传感器的能感知的最小检测变化量，也可以称作传感器的最小探测极限。

响应时间：响应时间是衡量传感器对检测量变化响应的快慢。本论文中，会快速给传感器改变温度或者湿度，然后记录传感器的每一个数据点，最后看传感器在多长时间到达了稳定值的63.2%。

灵敏度选择：一般来说，在温湿度传感器的线性范围内，我希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有当灵敏度高时，与测量变化相对应的输出信号值相对较大，有利于信号处理。但需要注意的是，传感器灵敏度高，与测量无关的外部噪声容易混合，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，传感器本身应具有较高的信噪比，以尽量减少从外部引入的工厂干扰信号。