濕度傳感器的的工作原理是什么？

濕度傳感器是一種能感受氣體中水蒸氣含量,并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。濕度傳感器經(jīng)常應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門(mén)，對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類(lèi)。它的工作原理是：濕敏電阻的在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度;濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。隨著科技的發(fā)展，濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展。

通過(guò)在兩個(gè)電極之間夾入一條薄金屬氧化物，電容式濕度傳感器可以確定相對(duì)濕度。金屬氧化物的電容量隨周?chē)髿獾南鄬?duì)濕度而變化。主要應(yīng)用領(lǐng)域是天氣、商業(yè)和工業(yè)。電阻式濕度傳感器使用鹽中的離子測(cè)量原子的電阻抗。鹽介質(zhì)兩側(cè)的電極電阻隨著濕度的變化而變化。兩個(gè)熱傳感器根據(jù)周?chē)諝獾臐穸葘?dǎo)電。一個(gè)傳感器密封在干燥的氮?dú)庵?，而另一個(gè)則暴露在環(huán)境空氣中。這兩個(gè)值之間的差異表示相對(duì)濕度。

濕度傳感器是一種電子設(shè)備，可檢測(cè)環(huán)境中的濕度并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。濕度傳感器有多種尺寸和配置;一些被集成到手持設(shè)備(如智能手機(jī))中，而另一些被集成在更大的嵌入式系統(tǒng)(如空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng))中。比如溫濕度變送器廣泛用于氣象、醫(yī)療、汽車(chē)和 HVAC 行業(yè)以及制造業(yè)。工業(yè)級(jí)高精度濕度傳感器在各種惡劣的環(huán)境下都能保證測(cè)量準(zhǔn)確。

濕度傳感器由于其工作原理的限制,必須采取非密封封裝形式,即要求封裝管殼留有和外界連通的接觸孔或者接觸窗,讓濕敏芯片感濕部分和空氣中的濕汽能夠很好的接觸。同時(shí),為了防止?jié)衩粜酒豢諝庵械幕覊m或雜質(zhì)污染,需要采取一些保護(hù)措施。目前,主要手段是使用金屬防塵罩或者聚合物多孔膜進(jìn)行保護(hù)。下面介紹幾種濕度傳感器的不同封裝形式 。

1.晶體管外殼(TO)封裝

封裝結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1[1];目前,用TO型封裝技術(shù)封裝濕敏元件是一種比較常見(jiàn)的方法。TO型封裝技術(shù)有金屬封裝和塑料封裝兩種。金屬封裝先將濕敏芯片固定在外殼底座的中心,可以采用環(huán)氧樹(shù)脂粘接固化法;然后在濕敏芯片的焊區(qū)與接線柱用熱壓焊機(jī)或者超聲焊機(jī)將Au絲或其他金屬絲連接起來(lái);最后將管帽套在底座周?chē)耐咕壣?利用電阻熔焊法或環(huán)形平行焊法將管帽與底座邊緣焊牢。金屬管帽的頂端或者側(cè)面開(kāi)有小孔或小窗,以便濕敏芯片和空氣能夠接觸。根據(jù)不同濕敏芯片和性能要求,可以考慮加一層金屬防塵罩,以延長(zhǎng)濕度傳感器的使用壽命 。

2.單列直插封裝(SIP)封裝

單列直插封裝(SIP)也常用來(lái)封裝濕度傳感器。濕敏芯片的輸出引腳數(shù)一般只有數(shù)個(gè)[1],因而可以將基板上的I/O引腳引向一邊,用鍍Ni、鍍Ag或者鍍Pb-Sn的“卡式”引線(基材多為Kovar合金)卡在基板的I/O焊區(qū)上,將卡式引線浸入熔化的Pb-Sn槽中進(jìn)行再流焊,將焊點(diǎn)焊牢。根據(jù)需要,卡式引線的節(jié)距有2.54 mm和1.27 mm兩種,平時(shí)引線均連成帶狀,焊接后再剪成單個(gè)卡式引線。通常還要對(duì)組裝好元器件的基板進(jìn)行涂覆保護(hù),最簡(jiǎn)單的是浸漬一層環(huán)氧樹(shù)脂,然后固化。最后塑封保護(hù),整修毛刺,完成封裝 。

單列直插封裝的插座占基板面積小,插取自如,SIP工藝簡(jiǎn)便易行,適于多品種,小批量生產(chǎn),且便于逐個(gè)引線的更換和返修 。

3.小外形封裝(SOP)

小外形封裝(SOP)法是另一種封裝濕度傳感器的方法。SOP是從雙列直插封裝(DIP)變形發(fā)展而來(lái)的,它將DIP的直插引腳向外彎曲成90°,變成了適于表面組裝技術(shù)(SMT)的封裝。SOP基本全部是塑料封裝,其封裝工藝為:先將濕敏芯片用導(dǎo)電膠或環(huán)氧樹(shù)脂粘接在引線框架上,經(jīng)樹(shù)脂固化,使?jié)衩粜酒潭?再將濕敏芯片上的焊區(qū)與引線框架引腳的鍵合區(qū)用引線鍵合法連接。然后放入塑料模具中進(jìn)行膜塑封裝,出模后經(jīng)切筋整修,去除塑封毛刺,對(duì)框架外引腳打彎成型。塑料外殼表面開(kāi)有與空氣接觸的小窗,并貼上空氣過(guò)濾薄膜,阻擋灰塵等雜質(zhì),從而保護(hù)濕敏芯片。相較于TO和SIP兩種封裝形式,SOP封裝外形尺寸要小的多,重量比較輕。SOP封裝的濕度傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性很好,漂移小,成本低,容易使用。同時(shí)適合SMT,是一種比較優(yōu)良的封裝方法。