电阻式湿度传感器技术及相关专利分析

国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部 李玉林

电阻式湿度传感器技术及相关专利分析

国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部 李玉林

电阻式湿度传感器利用湿敏材料的电阻值随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量，氯化锂、陶瓷以及碳膜为常用的湿敏材料，随着技术的发展，高分子材料和碳纳米管也被用作湿敏材料。本文介绍了电阻式湿度传感器的工作原理、技术发展以及专利申请情况。

电阻；湿度传感器；湿敏；专利

一、电阻式湿度传感器技术

1.氯化锂电阻式湿度传感器

氯化锂属于离子型电解质盐，极易吸湿和脱湿，在吸湿和脱湿过程中，包含氯化锂的湿敏材料的电阻值发生变化，通过电阻值的变化能够测量空气的相对湿度[1-2]。

在专利申请方面，GB867811A公开了一种电阻式湿度传感器，其中，在绝缘材料平板上设置栅格，在栅格上覆盖氯化锂层。US2962897A公开了一种电阻式湿度传感器，其中在两个电极之间设置一个由绝缘材料制成的棒，在棒和绝缘板之间形成楔形空间，氯化锂填充在楔形空间形成湿敏元件。

2.陶瓷电阻式湿度传感器

将金属氧化物通过高温烧结制成多孔陶瓷，多孔陶瓷容易吸收空气中的水蒸汽，之后电阻值会发生相应的改变，但多孔陶瓷容易被空气中的灰尘和油烟污染，因此需要对多孔陶瓷定期加热清洗[3-4]。

在专利申请方面，CN101800002A公开了一种陶瓷式湿度传感器感湿特性演示仪，其中能演示用不同材料制造的陶瓷式湿度传感器的感湿特性，即陶瓷式湿度传感器的电阻和环境湿度的变化关系。CN103698358A公开了一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器，其中利用暂态自反馈微弧氧化技术在高纯铝薄片上制备一层稳定的多孔α-Al2O3陶瓷膜作为感湿介质层，从而使Al2O3湿度传感器改善或克服了长期漂移、结构不稳定的问题。CN2168250Y公开了一种陶瓷湿度传感器，其中采用螺栓电极，使陶瓷传感器在高温工况下仍具有阻抗低、长期稳定性好等特点。

3.碳膜电阻式湿度传感器

利用含碳粉的有机胶状纤维素制成湿敏膜，湿敏膜吸水体积膨胀，碳颗粒的间距增大，电阻值增大；湿敏膜脱水体积缩小，碳颗粒的间距减小，电阻值减小[1-2]。

在专利申请方面，CN102279212A公开了一种可测定低湿环境湿度的电阻式湿敏元件，其中以陶瓷为基片，其上有多对叉指金电极，在陶瓷基片和叉指金电极表面涂敷有湿敏薄膜，湿敏薄膜为交联的正丁基溴化铵和石墨烯复合湿敏材料。CN103149246 A公开了一种基于纳米材料薄膜的湿度传感器，石墨烯基湿敏薄膜是由静电诱导自组装聚电解质先导层和溶剂蒸发诱导自组装石墨烯薄膜构成的多层网络状薄膜，制备在柔性聚合物衬底和梳状叉指电极表面构成湿敏薄膜传感元件。

4.高分子电阻式湿度传感器

利用高分子材料制成湿敏膜，湿敏膜吸水后，离子相互作用减弱且解离的离子增多，电阻值减小；湿敏膜脱水后，离子产生少，电阻值增大[3-5]。

在专利申请方面，CN102507664A公开了一种导电高分子复合纳米纤维电阻式湿度传感器，其中湿敏纳米纤维薄膜为聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯醇缩丁醛的复合物；CN101545883 A公开了一种核壳结构微纳材料湿度传感器及其制备方法，其中以高分子聚合物将金属纳米颗粒整体包覆后形成一种核壳结构的微纳材料均匀涂覆于硅片表面，然后做上电极进行封装，制得核壳结构的微纳材料湿度传感器。CN1793880 A公开了一种湿度传感器湿敏元件感湿膜的制备方法，其中采用电子束引发预辐射接枝法制备高分子接枝聚乙烯膜感湿膜。

5.电阻式碳纳米管湿度传感器

利用碳纳米管或包含碳纳米管的混合物制成湿敏膜，湿敏膜吸水或脱水时，电阻值发生变化[6]。

在专利申请方面，CN102495106 A公开了一种湿度传感器，其中湿敏材料以多壁碳纳米管和液态有机硅为原料，从而兼有良好湿度传感功能和柔韧性。CN103323498 A公开了一种湿度传感器，湿敏材料为石墨烯碳纳米管复合材料，石墨烯碳纳米管复合材料通过化学气相沉积法直接沉积于衬底上。CN103149245 A公开了一种基于纳米材料薄膜的湿度传感器，采用静电自组装方法在柔性聚合物衬底和梳状叉指电极表面构筑聚电解质碳纳米管复合薄膜作为湿敏传感元件。

二、电阻式湿度传感器的专利申请状况分析

在DWPI数据库中，以IPC分类号G01N27/04和关键词moisture，humidity进行检索，总共命中1196篇。电阻式湿度传感器的全球申请量整体呈上升趋势。申请人主要包括高校和公司，高校主要侧重于湿敏材料的研发，公司不仅侧重湿敏材料的研发，同时也侧重于传感器结构的改进，以实现集成化和小型化。

[1]刘传玺.传感与检测技术[M].机械工业出版社,2011.

[2]孙运旺.传感器技术与应用[M].浙江大学出版社,2006.

[3]佘勇.聚电解质电阻式湿敏材料及薄膜湿度传感器[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑,2003(2).

[4]王蕊.基于几种介孔结构材料的电阻式湿度传感器的性能研究[D].中国博士学位论文全文数据库:信息科技辑,2010(8).

[5]刘若望.高分子电阻式薄膜湿度传感器——元件构造、老化机理、感湿机理探讨[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑,2002(2).

[6]赵振刚.碳纳米管湿度传感器敏感特性研究[D].中国博士学位论文全文数据库:信息科技辑,2013(1).

李玉林（1979—），吉林吉林人，硕士研究生，现供职于国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，助理研究员，研究方向：光电技术。