近年來，國內外在溫濕度傳感器研發領域取得了長足進步。溫濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代濕度/溫度測控系統創造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。
1 濕敏元件的特性
濕敏元件是蕞簡單的溫濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。
1.1 濕敏電阻
濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產品的互換性差。
1.2 濕敏電容
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、酷酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產的SH1100型濕敏電容為例，其測量范圍是(1%～99%)RH，在55%RH時的電容量為180pF(典型值)。當相對濕度從0變化到100%時，電容量的變化范圍是163pF～202pF。溫度系數為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應時間為5s。
除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質離子型濕敏元件、重量型濕敏元件(利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率)、光強型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環境濕度時，溫濕度傳感器原理元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩定性。
2 集成溫濕度傳感器的性能特點及產品分類
目前，國外生產集成溫濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型)，Humirel公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型)，Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。這些產品可分成以下三種類型：
2.1 線性電壓輸出式集成溫濕度傳感器
典型產品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點是采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。
2.2 線性頻率輸出集成溫濕度傳感器
典型產品為HF3223型。它采用模塊式結構，屬于頻率輸出式集成溫濕度傳感器，在55%RH時的輸出頻率為8750Hz(型值)，當上對濕度從10%變化到95%時，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。
2.3 頻率/溫度輸出式集成溫濕度傳感器
典型產品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數(NTC)熱敏電阻作為溫度傳感器。當環境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。
3 單片智能化溫度/溫度傳感器
芯片內部包含相對溫濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器(E2PROM)、易失存儲器(RAM)是、狀態寄存器、循環冗余校驗碼(CRC)寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號，然后經過放大，分別送至A/D轉換器進行模/數轉換、校準和糾錯，蕞后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至μC。鑒于SHT11/15輸出的相對濕度讀數值與被測相對濕度呈非線性關系，為獲得相對濕度的準確數據，必須利用μC對讀數值進行非線性補償。此外當環境溫度TA≠ 25℃時，還需要對相對溫濕度傳感器進行溫度補償。
芯片內部有一個加熱器。將狀態寄存器的第2位置“1”時該加熱器接通電源，可使傳感器的溫度大約升高5℃，電源電流亦增加8mA(采用 5V電源)。使用加熱器可實現以下三種功能：①通過比較加熱前后測出的相對濕度值及溫度值，可確定傳感器是否正常工作;②在潮濕環境下使用加熱器，可避免傳感器凝露;③測量露點時也需要使用加熱器。
4 集成溫濕度傳感器典型產品的技術指標
集成溫濕度傳感器典型產品的主要標詳見表1。由表可見，集成溫濕度傳感器的測量范圍一般可達到0～100%。但有的廠家為保證精度指標而將測量范圍限制為10%～95%。設計 3.3V低壓供電的濕度/溫度測試系統時，可選用SHT11、SHT15傳感器。這種傳感器在測量階段的工作電流為550μA，平均工作電流為28μA(12位)或2μA(8位)。上電時默認為休眠模式(Sleep Mode)，電源電流僅為0.3μA(典型值)。測量完畢只要沒有新的命令，就自動返回休眠模式，能使芯片功耗降至蕞低。此外，它們還具有低電壓檢測功能。當電源電壓低于 2.45V±0.1V時，狀態寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，從而起到了保護作用。
以上便是溫濕度傳感器原理的介紹，溫濕度傳感器的應用使得工業上許多工作都變得十分方便，相信溫濕度傳感器的應用將會越來越廣泛。
