出品：科普中國(guó)

作者：許永（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

濕度是用來(lái)表征空氣含水量的一個(gè)物理量，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，濕度的檢測(cè)和控制變得越來(lái)越重要。當(dāng)談到濕度傳感器，大家是不是很陌生呢？其實(shí)濕度傳感器在我們的生活中就有很廣泛的應(yīng)用。濕度傳感器雖小，但是卻有很大的用途！接下來(lái)我們就具體了解一下什么是濕度傳感器，濕度傳感器的分類、工作原理以及應(yīng)用吧！

濕度傳感器分類及工作原理

根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換方式的不同，濕度傳感器可以分為聲學(xué)式濕度傳感器、電學(xué)式濕度傳感器、光學(xué)式濕度傳感器等。聲學(xué)式濕度傳感器是按照聲學(xué)信號(hào)會(huì)隨濕度的改變而變化的原理制作的。電學(xué)式濕度傳感器包括電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器。它們分別是根據(jù)電容或電阻隨濕度的變化而改變的原理制作的。光學(xué)式濕度傳感器是利用濕度改變導(dǎo)致媒介層性質(zhì)改變，從而使光傳播性質(zhì)發(fā)生改變的原理制作的。下邊以電學(xué)傳感器為例，具體介紹其工作原理。

濕度傳感器的工作原理是利用一些對(duì)濕度變化十分敏感的材料（濕敏材料），比如陶瓷或聚合物，它們吸收或釋放水分時(shí)，濕敏材料的電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生改變，這種變化被處理器讀取，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，最終顯示出相應(yīng)的濕度值。

目前，我們?nèi)粘Ｊ褂玫臐穸扔?jì)大多使用電學(xué)傳感器，而且很多內(nèi)部集成了溫度傳感器，圖中即為溫濕度傳感器的集成 圖片來(lái)源：wikipedia

濕度傳感器的應(yīng)用

濕度傳感器在航空航天、工業(yè)制造、氣象學(xué)、日常生活和醫(yī)療保健等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

濕度傳感器在航空航天中的應(yīng)用。

當(dāng)空氣濕度高時(shí)，由于飛機(jī)機(jī)翼表面的氣動(dòng)性能將會(huì)大大降低，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)露現(xiàn)象以及飛行員視線模糊等問(wèn)題。因此，為了確保飛行器的安全性和穩(wěn)定性，我們常常利用濕度傳感器來(lái)檢測(cè)控制航空器的內(nèi)外部濕度。在飛機(jī)內(nèi)部，濕度傳感器常常被安裝在機(jī)艙內(nèi)以及機(jī)組人員使用的區(qū)域。通過(guò)濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，飛行員可以合理地制定航行計(jì)劃并應(yīng)對(duì)意外的天氣情況等。

濕度過(guò)大往往會(huì)造成機(jī)艙外結(jié)冰，影響飛機(jī)性能及飛行員視線 圖片來(lái)源：wikipedia

飛機(jī)外部的溫濕度計(jì)一般都集成在一起，左圖為溫濕度計(jì)的結(jié)構(gòu)，右圖為其安裝位置 圖片來(lái)源：Berkes F, Neis P, Schultz M G, et al. Two decades of in-situ temperature measurements in the upper troposphere and lowermost stratosphere from IAGOS long-term routine observation[J]. Atmospheric chemistry and physics/Discussions, 2017, 494(FZJ-2017-06050).

濕度傳感器在工業(yè)制造中扮演著重要的角色。

在工業(yè)生產(chǎn)中，空氣濕度不僅影響機(jī)器設(shè)備的使用壽命，而且對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有著很大影響。如果空氣濕度偏高，會(huì)加劇設(shè)備的老化。因此，適當(dāng)?shù)目諝鉂穸壬a(chǎn)設(shè)備的保護(hù)十分重要。電子產(chǎn)品長(zhǎng)期處于濕度偏高的環(huán)境中，甚至可能會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象。所以在工業(yè)制造中，濕度傳感器的應(yīng)用，對(duì)于濕度的檢測(cè)控制尤為重要。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

在日常生活中，人們也會(huì)用到濕度傳感器。

空氣濕度過(guò)高可能會(huì)引起食品的快速發(fā)霉腐爛等問(wèn)題。當(dāng)空氣濕度高時(shí)，一些對(duì)于人們身體有害霉菌會(huì)快速繁殖。食用含有有害霉菌的食物會(huì)影響人們的健康，甚至?xí)?dǎo)致生命危險(xiǎn)。在食品生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，人們會(huì)運(yùn)用濕度傳感器對(duì)空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)并采取相應(yīng)措施控制濕度。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

濕度傳感器在氣象學(xué)中的應(yīng)用也十分廣泛。

濕度表示空氣中水蒸氣的含量。在溫度和體積一定時(shí)，空氣中的水蒸氣越多，空氣越潮濕，濕度越大；相反，空氣中的水蒸氣越少，空氣越干燥，濕度越小。

天氣預(yù)報(bào)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、軍事和日常生活發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此氣象站會(huì)利用濕度傳感器檢測(cè)空氣中的相對(duì)濕度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)評(píng)估氣象條件和空氣質(zhì)量。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

濕度傳感器在醫(yī)療中也發(fā)揮著重要的作用。

近日，湘潭大學(xué)王秀鋒課題組發(fā)明了這樣一種隱汗?jié)穸葌鞲衅鳎瑑H有相機(jī)內(nèi)存卡大小，但具有顯著的靈敏度、良好的透氣性和快速響應(yīng)，可以連續(xù)檢測(cè)人體的汗液損失情況，實(shí)現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測(cè)人體體熱狀態(tài)與皮膚屏障功能，并評(píng)估用戶心理活動(dòng)和環(huán)境舒適度。

隱汗傳感器的俯視圖和側(cè)視圖 圖片來(lái)源：Liu Y, Li X, Yang H, et al. Skin-Interfaced Superhydrophobic Insensible Sweat Sensors for Evaluating Body Thermoregulation and Skin Barrier Functions[J]. ACS nano, 2023.

所謂的隱汗，也是人體出汗的一種類型。人體出汗最主要的功能之一就是散熱，所以我們?cè)趧×疫\(yùn)動(dòng)之后往往大汗淋漓。但實(shí)際上，除了這些可見(jiàn)的汗液以外，人體還能以蒸汽的形式排出“隱汗”。

這種隱汗傳感器小巧輕便，運(yùn)用了具有超疏水性的織物。該織物可以讓隱汗蒸汽滲透，同時(shí)不受外部水滴以及內(nèi)部感汗液的影響。該傳感器為評(píng)估神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)、疾病和心理活動(dòng)等提供了可行性途徑，也為下一代的汗液檢測(cè)設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

該傳感器小巧輕便，可以輕易安裝在人體各個(gè)部位 圖片來(lái)源：Liu Y, Li X, Yang H, et al. Skin-Interfaced Superhydrophobic Insensible Sweat Sensors for Evaluating Body Thermoregulation and Skin Barrier Functions[J]. ACS nano, 2023.

來(lái)源: 中國(guó)科普博覽

內(nèi)容資源由項(xiàng)目單位提供