出品：科普中國

作者：許永（中國科學院大學）

監(jiān)制：中國科普博覽

濕度是用來表征空氣含水量的一個物理量，隨著社會的不斷發(fā)展進步，濕度的檢測和控制變得越來越重要。當談到濕度傳感器，大家是不是很陌生呢？其實濕度傳感器在我們的生活中就有很廣泛的應用。濕度傳感器雖小，但是卻有很大的用途！接下來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、工作原理以及應用吧！

濕度傳感器分類及工作原理

根據(jù)信號轉(zhuǎn)換方式的不同，濕度傳感器可以分為聲學式濕度傳感器、電學式濕度傳感器、光學式濕度傳感器等。聲學式濕度傳感器是按照聲學信號會隨濕度的改變而變化的原理制作的。電學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。光學式濕度傳感器是利用濕度改變導致媒介層性質(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，濕敏材料的電導率會發(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)換成模擬信號或者數(shù)字信號，最終顯示出相應的濕度值。

目前，我們?nèi)粘Ｊ褂玫臐穸扔嫶蠖嗍褂秒妼W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 圖片來源：wikipedia

濕度傳感器的應用

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

濕度傳感器在航空航天中的應用。

當空氣濕度高時，由于飛機機翼表面的氣動性能將會大大降低，可能會導致結(jié)露現(xiàn)象以及飛行員視線模糊等問題。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檢測控制航空器的內(nèi)外部濕度。在飛機內(nèi)部，濕度傳感器常常被安裝在機艙內(nèi)以及機組人員使用的區(qū)域。通過濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，飛行員可以合理地制定航行計劃并應對意外的天氣情況等。

濕度過大往往會造成機艙外結(jié)冰，影響飛機性能及飛行員視線 圖片來源：wikipedia

飛機外部的溫濕度計一般都集成在一起，左圖為溫濕度計的結(jié)構(gòu)，右圖為其安裝位置 圖片來源：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器設備的使用壽命，而且對產(chǎn)品的質(zhì)量有著很大影響。如果空氣濕度偏高，會加劇設備的老化。因此，適當?shù)目諝鉂穸壬a(chǎn)設備的保護十分重要。電子產(chǎn)品長期處于濕度偏高的環(huán)境中，甚至可能會發(fā)生短路現(xiàn)象。所以在工業(yè)制造中，濕度傳感器的應用，對于濕度的檢測控制尤為重要。

（圖片來源：Veer圖庫）

在日常生活中，人們也會用到濕度傳感器。

空氣濕度過高可能會引起食品的快速發(fā)霉腐爛等問題。當空氣濕度高時，一些對于人們身體有害霉菌會快速繁殖。食用含有有害霉菌的食物會影響人們的健康，甚至會導致生命危險。在食品生產(chǎn)和運輸過程中，人們會運用濕度傳感器對空氣濕度進行檢測并采取相應措施控制濕度。

（圖片來源：Veer圖庫）

濕度傳感器在氣象學中的應用也十分廣泛。

濕度表示空氣中水蒸氣的含量。在溫度和體積一定時，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。

天氣預報對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學實驗、軍事和日常生活發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此氣象站會利用濕度傳感器檢測空氣中的相對濕度，并對數(shù)據(jù)進行分析來評估氣象條件和空氣質(zhì)量。

（圖片來源：Veer圖庫）

濕度傳感器在醫(yī)療中也發(fā)揮著重要的作用。

近日，湘潭大學王秀鋒課題組發(fā)明了這樣一種隱汗?jié)穸葌鞲衅?，僅有相機內(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，可以連續(xù)檢測人體的汗液損失情況，實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測人體體熱狀態(tài)與皮膚屏障功能，并評估用戶心理活動和環(huán)境舒適度。

隱汗傳感器的俯視圖和側(cè)視圖 圖片來源：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，所以我們在劇烈運動之后往往大汗淋漓。但實際上，除了這些可見的汗液以外，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，同時不受外部水滴以及內(nèi)部感汗液的影響。該傳感器為評估神經(jīng)系統(tǒng)活動、疾病和心理活動等提供了可行性途徑，也為下一代的汗液檢測設備奠定了基礎。

該傳感器小巧輕便，可以輕易安裝在人體各個部位 圖片來源：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.

來源: 中國科普博覽

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