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                    湿度传感器的发展趋势
                    http://www.wo1cy.com 2006-09-19 19:41:00.0
                    ■推荐商品
                    在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门欧洲杯娱乐,经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中欧洲杯娱乐,湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法欧洲杯娱乐,早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多欧洲杯娱乐,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强欧洲杯娱乐、温度)的影响欧洲杯娱乐。此外欧洲杯娱乐,湿度的标准也是一个难题欧洲杯娱乐。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。
                       
                       近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展欧洲杯娱乐,为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件欧洲杯娱乐欧洲杯娱乐,也将湿度测量技术提高到新的水平。
                       
                       1 湿敏元件的特性
                       
                       湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类欧洲杯娱乐。
                       
                       1.1 湿敏电阻
                       
                       湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜欧洲杯娱乐,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发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多欧洲杯娱乐,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。
                       
                       1.2 湿敏电容
                       
                       湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等欧洲杯娱乐。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好欧洲杯娱乐、响应速度快欧洲杯娱乐、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%~99%)RH欧洲杯娱乐,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当相对湿度从0变化到100%时欧洲杯娱乐,电容量的变化范围是163pF~202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,响应时间为5s欧洲杯娱乐。
                       
                       除电阻式欧洲杯娱乐、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)欧洲杯娱乐、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等欧洲杯娱乐。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中欧洲杯娱乐,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

                    2 集成湿度传感器的性能特点及产品分类
                       
                       目前,国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型)欧洲杯娱乐,Humirel公司(HM1500欧洲杯娱乐、HM1520、HF3223、HTF3223型)欧洲杯娱乐,Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。这些产品可分成以下三种类型:
                       
                       2.1 线性电压输出式集成湿度传感器
                       
                       典型产品有HIH3605/3610欧洲杯娱乐、HM1500/1520欧洲杯娱乐欧洲杯娱乐。其主要特点是采用恒压供电欧洲杯娱乐,内置放大电路,能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号欧洲杯娱乐,响应速度快,重复性好,抗污染能力强欧洲杯娱乐。
                       
                       2.2 线性频率输出集成湿度传感器
                       
                       典型产品为HF3223型。它采用?槭浇峁,属于频率输出式集成湿度传感器欧洲杯娱乐,在55%RH时的输出频率为8750Hz(型值),当上对湿度从10%变化到95%时欧洲杯娱乐,输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。
                       
                       2.3 频率/温度输出式集成湿度传感器
                       
                       典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外,还增加了温度信号输出端,利用负温度系数(NTC)热敏电阻作为温度传感器欧洲杯娱乐。当环境温度变化时欧洲杯娱乐欧洲杯娱乐,其电阻值也相应改变并且从NTC端引出,配上二次仪表即可测量出温度值。
                       
                       3 单片智能化温度/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)欧洲杯娱乐,体积与火柴头相近欧洲杯娱乐。出厂前欧洲杯娱乐,每只传感器都在温度室中做过精密标准,标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中,在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度,还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0~100%欧洲杯娱乐欧洲杯娱乐,分辨力达0.03%RH,最高精度为±2%RH欧洲杯娱乐。测量温度的范围是-40℃~+123.8℃,分辨力为0.01℃。测量露点的精度<±1℃欧洲杯娱乐。在测量湿度、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率,减小芯片的功耗欧洲杯娱乐。SHT11/15的产品互换性好,响应速度快,抗干扰能力强,不需要外部元件欧洲杯娱乐,适配各种单片机,可广泛用于医疗设备及温度/湿度调节系统中。
                       
                       芯片内部包含相对湿度传感器、温度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器(E2PROM)、易失存储器(RAM)是、状态寄存器、循环冗余校验码(CRC)寄存器、二线串行接口欧洲杯娱乐、控制单元、加热器及低电压检测电路。其测量原理是首先利用两只传感器分别产生相对湿度、温度的信号,然后经过放大,分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错,最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至μC欧洲杯娱乐。鉴于SHT11/15输出的相对湿度读数值与被测相对湿度呈非线性关系,为获得相对湿度的准确数据,必须利用μC对读数值进行非线性补偿。此外当环境温度TA≠+25℃时,还需要对相对湿度传感器进行温度补偿。
                       
                       芯片内部有一个加热器。将状态寄存器的第2位置“1”时该加热器接通电源,可使传感器的温度大约升高5℃欧洲杯娱乐,电源电流亦增加8mA(采用+5V电源)。使用加热器可实现以下三种功能:①通过比较加热前后测出的相对湿度值及温度值,可确定传感器是否正常工作;②在潮湿环境下使用加热器,可避免传感器凝露;③测量露点时也需要使用加热器。
                       
                       露点也是湿度测量中的一个重要参数欧洲杯娱乐,它表示在水汽冷却过程中最初发生结露的温度。为了计算露点,Sensirion公司还向用户提供一个测量露点的程序“SHT xdp.bsx”欧洲杯娱乐。利用该程序可以控制内部加热器的通欧洲杯娱乐欧洲杯娱乐、断,再根据所测得的温度值及相对湿度值计算出露点欧洲杯娱乐。在命令响应界面上运行此程序时,计算机屏幕上就显示提示符“>”欧洲杯娱乐。用户首先从键盘上输入字母“S”,然后输入相应的数字,即可获得下述结果:
                       
                       输入数字“1”时欧洲杯娱乐,测量并显示出摄氏温度dgC=xx.x欧洲杯娱乐;
                       
                       输入数字“2”时欧洲杯娱乐,测量并显示出相对湿度%RH=xx.x;
                       
                       输入数字“3”时,打开加热器,使传感器温度升高5℃;
                       
                       输入数字“4”时,关闭加热器,使传感器降温;
                       
                       输入数字“5”时,显示露点温度dpC=xx.x欧洲杯娱乐。
                       
                       4 集成湿度传感器典型产品的技术指标
                       
                       集成湿度传感器典型产品的主要标详见表1。由表可见欧洲杯娱乐,集成湿度传感器的测量范围一般可达到0~100%。但有的厂家为保证精度指标而将测量范围限制为10%~95%欧洲杯娱乐。设计+3.3V低压供电的湿度/温度测试系统时,可选用SHT11、SHT15传感器。这种传感器在测量阶段的工作电流为550μA欧洲杯娱乐,平均工作电流为28μA(12位)或2μA(8位)。上电时默认为休眠模式(Sleep Mode),电源电流仅为0.3μA(典型值)欧洲杯娱乐。测量完毕只要没有新的命令,就自动返回休眠模式,能使芯片功耗降至最低。此外欧洲杯娱乐,它们还具有低电压检测功能。当电源电压低于+2.45V±0.1V时,状态寄存器的第6位立即更新欧洲杯娱乐,使芯片不工作,从而起到了;ぷ饔。
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