湿度センサーの種類
2022年11月29日 ブログ
湿度センサーには、主に静電容量式、抵抗式、熱伝導式の 3 種類があります。最初の 2 つは相対湿度 (RH) を感知するように設計されており、熱伝導式センサーは絶対湿度 (AH) を検出するために使⽤されます。
湿度センサーは、湿度レベルを測定および監視するために幅広い⽤途で使⽤される最も重要なデバイスの 1つです。
湿度センサーの基礎
さまざまな湿度センサーの種類について詳しく説明する前に、いくつかの基本的な⽤語を理解することが重要です。
湿度: 湿度は周囲の空気中に含まれる⽔分の量であり、急激に増加するとすぐに⼈類にとって不快になる可能性があるため、環境を監視する必要があります。
湿度は、電⼦機器を使⽤する場合や、その他の敏感な機器を操作する場合に、環境の湿度がそのような機器に適しているかどうかを確認するために測定する必要がある重要な要素でもあります
絶対湿度 (AH):絶対湿度は、⽔蒸気の質量と空気の体積の⽐率で、⽴⽅メートルあたりのグラム数で表されます。絶対湿度は、相対湿度、気温から計算するか、直接測定することができます。これらのシステムで は、ブリッジ構成で 2 つのサーミスタを使⽤します。
相対湿度 (RH):相対湿度は、空気中の⽔分量を、飽和に必要な同じ温度と圧⼒での⽔分レベルと⽐較した値で、パーセンテージで表されます。湿度センサーのほとんどは、⾼精度、信頼性、低コストのため、RH 原理を使⽤して動作します。
露点:露点 (°C または °F で表されます) は、⽔分含有量と気圧が⼀定であると仮定して、空気が⽔蒸気で飽和状態になるために冷却される必要がある温度と圧⼒です。
静電容量式湿度センサー
湿度センサーの 75% は静電容量⽅式を採⽤していると推定されています。これらのタイプの湿度センサーは、電気容量を利⽤してユーザーに湿度値を提供します。
静電容量式相対湿度 (RH) センサーは、誘電 (⾮導電性) 材料 (通常は誘電率が約 2 〜 15 のポリマー フィルム) の間にある 2 つの⾦属電極層で構成されています。静電容量式湿度センサー内の誘電フィルムは、周囲の空気から⽔分を引き寄せて吸収します。⽔分が電極に接触すると、電圧の変化が発⽣します。
湿気がない場合、静電容量はコンデンサの形状と誘電体の誘電率（⽐誘電率）によって決まります。周囲の空気の湿度が変化すると、誘電体ポリマーが⽔蒸気を吸収して放出するため、センサーの電気静電容量が変化します。
簡単に⾔うと、室温での⽔蒸気の誘電率は 80 で、誘電体よりもはるかに⼤きい値です。誘電体が周囲の環境から⽔蒸気を吸収すると、誘電率が増加し、湿度センサーの静電容量が増加します。
静電容量式湿度センサーでは、周囲の空気の相対湿度、誘電体内の⽔分量、湿度センサーの静電容量（誘電率）の間に直接的な関係があります。誘電率の変化は相対湿度に正⽐例するため、誘電率を測定することで相対湿度を計算できます。
静電容量式湿度センサーの利点
相対湿度の広い測定範囲を検出できる
出⼒電圧はほぼ直線的であり、0%から100%までの相対湿度を測定できます。 ⻑期間の使⽤期間にわたってユーザーに安定した結果を提供します。
低コスト
メンテナンスがほとんど不要
静電容量式湿度センサーの⽋点
信号回路とセンサー間の距離制限
相対湿度5%以下では相対精度が低下
静電容量式湿度センサーの⽤途
HVACシステム ⾃動⾞
⾷品加⼯システム プリンター
気象観測所 冷蔵庫
オーブン 洗濯機
抵抗型湿度センサー
抵抗性湿度センサーは電気伝導率センサーとも呼ばれ、湿度プローブ（センサーに接続）内の 2 つの電極間の抵抗の変化を測定して相対湿度を判定します。
原理は静電容量式センサーと似ており、電気的な変化を測定して湿度値を⽣成します。ただし、抵抗型湿度センサーは⽔分を吸収する（吸湿する）材料を使⽤するため、動作原理が若⼲異なります。
抵抗湿度センサー内部では、吸湿性導電層* がポリマー湿度検知フィルムとして機能し、櫛状の電極が含まれています。電極は通常、⾦、銀、プラチナなどの貴⾦属から作られ、電極と吸湿性層の間の接触⾯積を増やすために、噛み合ったパターンで配置されています。出⼒電圧は RH と逆指数関係にあります。吸収される⽔蒸気が増えると、⾮⾦属導電性材料の導電率が増加するため、抵抗率は低下します。
最新の抵抗型湿度センサーには、センサーをさらに保護するセラミック物質が含まれています。これは、感知要素を汚染物質から保護するために特に重要です。
- 吸湿層は通常、導電性ポリマー、塩、または処理された基板です。
抵抗型湿度センサーの利点
低コスト
設置⾯積が⼩さい
校正基準がないため、互換性が⾼い
湿度センサーと信号回路間の距離は⼤きくとれるため（表⾯積と体積の⽐率が⾼い）、リモート監視アプリケーションや室温で最⼤90％RHの環境での湿度変化の測定に使⽤できます。
抵抗型湿度センサーの⽋点
汚染物質に敏感なので、保護を強化するためにセラミック物質を導⼊しました。 ⽔溶性製品を使⽤する場合、出⼒の読み取り値が変化する可能性があります。
5%未満の湿度を測定するには最適ではありません。
抵抗型湿度センサーの⽤途
産業、家庭、住宅、商業⽤途
熱伝導湿度センサー
熱伝導率センサーは、静電容量式や抵抗式湿度センサーとは動作原理が異なります。これらのタイプのセンサーは、乾燥空気と湿った空気の熱伝導率の差を計算することで、周囲の空気/環境の絶対湿度 (AH) を測定します。
熱伝導湿度センサーは、ブリッジ回路内で細いワイヤで吊り下げられた、2 つの⼀致する負温度係数 (NTC)サーミスタ素⼦で構成されています。1 つのサーミスタは、複数の通気孔を介して露出チャンバーに配置され、周囲の環境に露出しています。2 つ⽬のサーミスタは乾燥窒素で密閉され、湿度センサー内の別のセクションに配置されています。
電気回路が 2 つのサーミスタ間に電流を流すと、サーミスタが⾃⼰発熱し、抵抗加熱によってセンサーの温度が上昇します。サーミスタの 1 つが湿った空気にさらされると、伝導性が変わります。2 つのサーミスタ (ブリッジ回路) 間の抵抗の差は、絶対湿度に正⽐例します。
熱伝導湿度センサーの利点
彼らは⾮常に抵抗⼒がある ⾼温環境でも使⽤可能
腐⾷性の⾼い環境に適しています
静電容量式や抵抗式の湿度センサーよりも⾼温でも優れた解像度をユーザーに提供します。
熱伝導湿度センサーの⽋点
窒素とは異なる熱特性を持つガスにさらされると湿度の測定値に影響を及ぼす可能性がある
熱伝導湿度センサーの⽤途
医薬品への応⽤ オーブン
乾燥窯 乾燥機
⾷品の脱⽔⽅法
湿度センサーの考慮事項
どの湿度センサーがテストのニーズに適しているかを決定する際には、次の点も考慮する必要があります。
正確さ 再現性 互換性
⻑期安定性
結露からの回復能⼒
化学的および物理的汚染物質に対する耐性 サイズ
パッケージ 費⽤対効果
Atlas Scientific 湿度センサーの種類
Atlas Scientific は以下を提供します:
EZO-HUM™ 埋め込み型湿度プローブ
このタイプの湿度センサーは、広い測定範囲 (0 〜 100%) で動作し、気温、絶対湿度、露点などを表⽰できます。
湿度センサーの湿度測定精度は 0 〜 100% の範囲内で +/- 2% であり、応答時間は 1 秒あたり 1 回の読み取り (UART モード) または 300 ミリ秒あたり 1 回の読み取り (I2C モード) です。
まとめ
湿度センサーは、周囲の空気中の⽔分量を測定するのに便利なツールです。湿度センサーには、静電容量型、抵抗型、熱伝導型の 3 つの主なタイプがあります。
静電容量式および抵抗式湿度センサーは相対湿度 (RH) を感知するように設計されており、熱伝導性センサーは絶対湿度 (AH) を検出するために使⽤されます。これらは同じ原理に従いますが、静電容量式湿度センサーは通常、より正確で安定しており、再現性のある結果を⽣成します。湿度について、またはどの湿度センサーがテストのニーズに最適かについてご質問がある場合は、 Atlas Scientific
のワールドクラスのチームにお気軽にお問い合わせください。