湿度传感器的的工作原理是什么？

湿度传感器是一种能感受气体中水蒸气含量,并转换成可用输出信号的传感器。湿度传感器经常应用在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，对环境湿度进行测量及控制。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。它的工作原理是：湿敏电阻的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;湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。随着科技的发展，湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。

通过在两个电极之间夹入一条薄金属氧化物，电容式湿度传感器可以确定相对湿度。金属氧化物的电容量随周围大气的相对湿度而变化。主要应用领域是天气、商业和工业。电阻式湿度传感器使用盐中的离子测量原子的电阻抗。盐介质两侧的电极电阻随着湿度的变化而变化。两个热传感器根据周围空气的湿度导电。一个传感器密封在干燥的氮气中，而另一个则暴露在环境空气中。这两个值之间的差异表示相对湿度。

湿度传感器是一种电子设备，可检测环境中的湿度并将其转换为电信号。湿度传感器有多种尺寸和配置;一些被集成到手持设备(如智能手机)中，而另一些被集成在更大的嵌入式系统(如空气质量监测系统)中。比如温湿度变送器广泛用于气象、医疗、汽车和 HVAC 行业以及制造业。工业级高精度湿度传感器在各种恶劣的环境下都能保证测量准确。

湿度传感器由于其工作原理的限制,必须采取非密封封装形式,即要求封装管壳留有和外界连通的接触孔或者接触窗,让湿敏芯片感湿部分和空气中的湿汽能够很好的接触。同时,为了防止湿敏芯片被空气中的灰尘或杂质污染,需要采取一些保护措施。目前,主要手段是使用金属防尘罩或者聚合物多孔膜进行保护。下面介绍几种湿度传感器的不同封装形式 。

1.晶体管外壳(TO)封装

封装结构示意图见图1[1];目前,用TO型封装技术封装湿敏元件是一种比较常见的方法。TO型封装技术有金属封装和塑料封装两种。金属封装先将湿敏芯片固定在外壳底座的中心,可以采用环氧树脂粘接固化法;然后在湿敏芯片的焊区与接线柱用热压焊机或者超声焊机将Au丝或其他金属丝连接起来;最后将管帽套在底座周围的凸缘上,利用电阻熔焊法或环形平行焊法将管帽与底座边缘焊牢。金属管帽的顶端或者侧面开有小孔或小窗,以便湿敏芯片和空气能够接触。根据不同湿敏芯片和性能要求,可以考虑加一层金属防尘罩,以延长湿度传感器的使用寿命 。

2.单列直插封装(SIP)封装

单列直插封装(SIP)也常用来封装湿度传感器。湿敏芯片的输出引脚数一般只有数个[1],因而可以将基板上的I/O引脚引向一边,用镀Ni、镀Ag或者镀Pb-Sn的“卡式”引线(基材多为Kovar合金)卡在基板的I/O焊区上,将卡式引线浸入熔化的Pb-Sn槽中进行再流焊,将焊点焊牢。根据需要,卡式引线的节距有2.54 mm和1.27 mm两种,平时引线均连成带状,焊接后再剪成单个卡式引线。通常还要对组装好元器件的基板进行涂覆保护,最简单的是浸渍一层环氧树脂,然后固化。最后塑封保护,整修毛刺,完成封装 。

单列直插封装的插座占基板面积小,插取自如,SIP工艺简便易行,适于多品种,小批量生产,且便于逐个引线的更换和返修 。

3.小外形封装(SOP)

小外形封装(SOP)法是另一种封装湿度传感器的方法。SOP是从双列直插封装(DIP)变形发展而来的,它将DIP的直插引脚向外弯曲成90°,变成了适于表面组装技术(SMT)的封装。SOP基本全部是塑料封装,其封装工艺为:先将湿敏芯片用导电胶或环氧树脂粘接在引线框架上,经树脂固化,使湿敏芯片固定,再将湿敏芯片上的焊区与引线框架引脚的键合区用引线键合法连接。然后放入塑料模具中进行膜塑封装,出模后经切筋整修,去除塑封毛刺,对框架外引脚打弯成型。塑料外壳表面开有与空气接触的小窗,并贴上空气过滤薄膜,阻挡灰尘等杂质,从而保护湿敏芯片。相较于TO和SIP两种封装形式,SOP封装外形尺寸要小的多,重量比较轻。SOP封装的湿度传感器长期稳定性很好,漂移小,成本低,容易使用。同时适合SMT,是一种比较优良的封装方法。