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湿度传感器 发展趋势浅析

2018-06-15


近年来,本国内 在湿度传感器开发范畴获得了长足提高。湿敏传 感器正从容易的湿敏元件向集成化、智能化、多参数 检测的方向快速开展,为开发新一代湿度/温度测 控零碎缔造了有利要求,也将湿 度测量技巧进步到新的程度。

    1湿敏元件的特性

    湿敏元 件是最容易的湿度传感器。湿敏元件重要电阻式、电容式两大类。

    1.1湿敏电阻

    湿敏电 阻的特点是在基片上掩盖一层用感湿资料制成的膜,当空气 中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的 电阻率和电阻值都出现变化,应用 这一特 性便可测量湿度。湿敏电阻的品种很多,例如金 属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电 阻的长处是灵敏度高,重要缺 陷是线性度和产物的 互换性差。

    1.2湿敏电容

    湿敏电 容普通是用高分子薄膜电容制成的,常用的 高分子资料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境 湿度出现改动时,湿敏 电容 的介电常数出现变化,使其电 容量也出现变化,其电容 变化量与绝对湿度成反比。湿敏电 容的重要长处是灵敏度高、产物互换性好、呼应速率快、湿度的滞后量小、 便于制造、轻易完 成小型化和集成化,其精度 普通比湿敏电阻要低少许。国外消 费湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens 公司等。以Humirel公司消费的SH1100型湿敏电容为例,其测量领域是(1%~99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当 绝对湿度从0变化到100%时,电容量的变化领域是163pF~202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,呼应时刻为5s。

    除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电 解质离子型湿敏元件、分量型湿敏元件(应用感 湿膜分量的变化来改动振荡频率)、光强型湿敏元 件、声外表波湿敏元件等。湿敏元 件的线性度及抗净化性差,在检测环境湿度时,湿敏元 件要临时表露在待测环境中,很轻易 被净化而影响其测量精度及临时稳固 性。

    2集成湿 度传感器的功能特点及产物分类

    目前,国外消 费集成湿度传感器的重要厂家及典型产物辨别为Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH- 3610型),Humirel公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型),Sensiron公司(SHT11、SHT15 型)。这些产 物可分红以下三品种型:

    2.1线性电 压输入式集成湿度传感器

    典型产物有HIH3605/3610、HM1500/1520。其重要 特点是采用恒压供电,内置缩小电路,能输入 与绝对湿度呈比例关系的伏特级电压信号,呼应速率快,反复性好,抗净化才能强。

    2.2线性频 率输入集成湿度传感器

    典型产物为HF3223型。它采用模块式构造,属于频 率输入式集成湿度传感器,在55%RH时的输入频率为8750Hz(型值),当上对湿度从10%变化到95%时,输入频率就从9560Hz减小到8030Hz。

这种传 感用具有线性度好、抗搅扰才能强、便于配 数字电路或单片机、价钱高等长处。

    2.3频率/温度输 入式集成湿度传感器

    典型产物为HTF3223型。它除具有HF3223的功效以外,还增长 了温度信号输入端,应用负温度系数(NTC)热敏电 阻做为温度传感器。当环境温度变化时,其电阻 值也对应改动而且从NTC端引出,配上二 次仪表便可测量出温度值。

    3单片智能化温度/光纤温度传感器

    2002年Sensiron公司在 世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化 温度/温度传感器,其外形尺寸仅为 7.6(mm)×5(mm)×2.5(mm),体积与火柴头相近。出厂前,每只传 感器都在温度室中做过精细规范,规范系 数被编成对应的程序存入校准存储器 中,在测量 进程中可对绝对湿度实行主动校准。它们不 只能精确测量绝对温度,还能测量温度和露点。测量绝 对温度的领域是0~100%,分辨力达 0.03%RH,最高精度为±2%RH。测量温度的领域是-40℃~+123.8℃,分辨力为0.01℃。测量露点的精度<±1℃。在测量湿度、温 度时A/D转换器 的位数辨别可达12位、14位。应用降 低分辨力的办法能够进步测量速率,减小芯片的功耗。SHT11/15的产物互换性好,呼应速率快, 抗搅扰才能强,不需求内部元件,适配各类单片机,可普遍 用于医疗设备及温度/湿度调理零碎中。

    芯片外 部包括绝对湿度传感器、温度传感器、缩小器、14位A/D转换器、校准存储器 (E2PROM)、易失存储器(RAM)是、状 态存放器、循环冗余校验码(CRC)存放器、二线串行接口、控制单元、加热器 及低电压检测电路。其测量 原理是首先应用两只传感器辨别发生绝对湿度、温度的 信号,接着经历缩小,辨别送至A/D转换器实行模/数转换、校准和纠错,最终经 过二线串行接口将绝对湿度及温度的数据送至μC。鉴于SHT11/15输入 的绝对 湿度读数值与被测绝对湿度呈非线性关系,为取得 绝对湿度的精确数据,必需应用μC对读数 值实行非线性补偿。此外当环境温度TA≠+25℃时,还需求 对绝对 湿度传感器实行温度补偿。

    芯片外 部有一个加热器。将形态存放器的第2地位“1”时该加热器接通电源,可使传感器 的温度大约降低5℃,电源电流亦增长8mA(采用+5V电源)。运用加 热器可完成以下三种功效:①经过比 拟加热前后测出的绝对湿度值及温度值,可确定传感 器能否正常任务;②在湿润 环境下运用加热器,可防止传感器凝露;③测量露 点时也需求运用加热器。

    露点也 是湿度测量中的一个紧要参数,它表示 在水汽冷却进程中最后出现结露的温度。为了 计算露点,Sensirion公司还向玩家提 供一个 测量露点的程序“SHTxdp.bsx”。应用该 程序能够控制外部加热器的通、断,再按照 所测得的温度值及绝对湿度值计算出露点。在命令呼应界面上 运转此程序时,计算机 屏幕上就显示提醒符“>”。玩家首 先从键盘上输出字母“S”,接着输出对应的数字,便可取得下述后果:

    输出数字“1”时,测量并 显示出摄氏温度dgC=xx.x;输出数字“2”时,测量并 显示出绝对湿度%RH=xx.x;输出数字 “3”时,开启加热器,使传感器温度降低5℃;输出数字“4”时,封闭加热器,使传感器降温;输出数字“5”时,显示露点温度dpC=xx.x。

4集成湿 度传感器典型产物的技巧目标

    集成湿 度传感器的测量领域普通可到达0~100%。但有的 厂家为确保精度目标而将测量领域束缚为10%~95%。设 计+3.3V高压供 电的湿度/温度测试零碎时,可选用SHT11、SHT15传感器。这种传 感器在测量阶段的任务电流为550μA,均匀任务电流为28μA(12位)或 2μA(8位)。上电时 默许为休眠形式(SleepMode),电源电流仅为0.3μA(典型值)。测量终 了只需没有新的命令,就主动前往休眠形式,能使 芯片功耗降至最低。此外,它们还 具有低电压检测功效。当电源电压低于+2.45V±0.1V时,形态存放器的第6位立刻更新,使芯片不任务,从而起到了保 护作用。

粤公网安备 12132323424号

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