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湿度传感器 发展趋势浅析

2013-04-23 15:37:10

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163pF202pF。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-3602HIH-3605HIH- 3610型),Humirel公司(HM1500HM1520HF3223HTF3223型),Sensiron公司(SHT11SHT15 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HIH3605/3610HM1500/1520。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

    2002Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11SHT15型智能化 温度/温度传感器,其外形尺寸仅为 7.6mm×5mm×2.5mm),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0100%,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、14A/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: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;在湿润环境下运用加热器,可防止传感器凝露;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0100%。但有的厂家为确保精度目标而将测量领域束缚为10%95%。设 +3.3V高压供 电的湿度/温度测试零碎时,可选用SHT11SHT15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28μA12位)或 2μA8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。