湿度传感器介绍

湿度传感器介绍
影响湿度传感器好坏的五个因素/特点



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 湿度传感器的温度系数
湿敏元件除对环境湿度敏感外,对温度亦十分敏感,温度每变化0.1℃。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温,则提出过高的测湿精度是不合适的。有的湿敏元件在不同的相对湿度下,其温度系数又有差别。多数情况下,如果没有精确的控温手段,或者被测空间是非密封的,±5%RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间,或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合,再选用±3%RH以上精度的湿度传感器。温漂非线性,这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿,或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的,湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果,非线性的温漂往往补偿不出较好的效果,只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。


2
 精度和长期稳定性
湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH,达不到这个水平很难作为计量器具使用,湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的,通常产品资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。在实际使用中,由于尘土、油污及有害气体的影响,使用时间一长,会产生老化,精度下降,湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断,一般说来,长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题,年漂移量控制在1%RH水平的产品很少,一般都在±2%左右,甚至更高。


3
 湿度传感器的供电
有的湿度传感器对供电电源要求比较高,否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰,甚至无法工作。金属氧化物陶瓷,高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时,会导致性能变化,甚至失效,所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。
必须是交流电供电。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时,要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时,建议选用频率输出信号的湿度传感器。
4
 湿度校正

校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可,而湿度的标定标准较难实现,干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的,精度无法保证,因其要求环境条件非常严格,一般情况,(最好在湿度环境适合的条件下)在缺乏完善的检定设备时,通常用简单的饱和盐溶液检定法,并测量其温度。

5
 互换性

目前,湿度传感器普遍存在着互换性差的现象,同一型号的传感器不能互换,严重影响了使用效果,给维修、调试增加了困难,有些厂家在这方面作出了种种努力,(但互换性仍很差)取得了较好效果。


二、3种湿度传感器应用电路介绍



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 直读式湿度计的应用电路

直读式湿度计电路如图1所示,其中RH为氯化锤湿敏电阻器,氯化锤是一种吸湿盐类,氯化锤湿敏电阻器是一种新型湿敏电阻器,属水分子亲和力型湿敏元件,它采用真空镀膜工艺在玻璃片上镀上一层梳状金电极,然后在电极上涂上一层由氯化锤和聚氯乙烯醇等配制的感湿膜。由于聚氯乙烯醇是一种粘合性很强的多孔性物质,它与氯化锤结合后,水分子会很容易在感湿膜中吸附或释放,从而使湿敏电阻器的电阻值发生迅速的变化。为了提高湿敏电阻器的抗污染能力,还在湿敏电阻表面涂敷一层多孔性保护膜。

对于一种配方的湿敏电阻,其测试湿度的范围相当狭窄。要求湿度测量范围较大时,需要将多个湿敏电阻器组合使用,其测量范围才能达到20%~80%RH。由VT1、VT2和T1等组成测湿电桥的电源,其振荡频率为250~1000Hz。电桥的输出信号经变压器T2、C3耦合到VT3,经VT3放大后的信号由VD1~VD4桥式整流后输入微安表,指示出由于相对湿度的变化而引起电流的改变。经标定并把湿度刻划在微安表表盘上,就成为一个简单而实用的直读式湿度计了。


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 电容型湿度传感器的应用电路
电容型湿度传感器是用高分子材料的湿敏元件作为敏感元件,它利用有机高分子材料的吸湿性能与膨润性能制成的,属水分子亲和力型湿敏元件,吸湿后,介电常数发生明显变化的高分子电介质,可做成电容式湿敏元件。
常用的高分子材料是醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等。高分子湿敏元件的薄膜做得极薄,一般约5000埃,使元件易于很快的吸湿与脱湿,减少了滞后误差,响应速度快。这种湿敏元件的缺点是不宜用于含有机溶媒气体的环境,元件也不能耐80度以上的高温。
电容型湿度传感器的应用电路图2所示,它由两个时基电路IC1、IC2组成,556为双时基电路即两个555多谐振荡器,IC1及外围元件组成多谐振荡器,主要产生触发IC2的脉冲,IC2和电容型湿敏元件及外围元件组成可调宽的脉冲发生器,其脉冲宽度将取决于湿敏元件的电容值的大小,而湿敏元件的电容值的大小决定于空气中的相对湿度,调宽脉冲从IC2的⑨脚输出,经R5、C3滤波后成为直流信号输出。输出电压的大小正比于空气的相对湿度,其灵敏度为2mV/%RH。

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 线性频率输出式湿度传感器的应用电路
线性频率输出式湿度传感器HS1100/1101是基于独特工艺设计的电容元件,具有可靠性高、稳定性好、反应时间快等优点,可用于线性电压或频率输出回路当中。采用HS1100/1101的频率输出特性,实现对环境相对湿度的测量。
线性频率输出式湿度传感器测量电路如图3所示,电源电压范围是UCC =+3.5~12V。利用一片CMOS定时器TLC555,配上HS1100/1101和电阻R2、R4构成单稳态电路,将相对湿度转换成频率信号。输出频率范围是7351~6033Hz,所对应的相对湿度为0%~100%。当RH=55%时,f =6660Hz,输出频率信号可送至数字频率计或单片机系统,测量并显示出相对湿度值。3R为输出端的限流电阻,起保护作用。555电路的非平衡电阻R1作为内部温度补偿用,应具有1%的精度,目的是为了引入温度效应,使它与HS1100/1101的温度效应相匹配。由于不同型号的555的内部温度补偿有所不同,所以R1的值必须与特定的芯片相匹配。R3为输出端的限流电阻,起保护作用。




湿度传感器发展趋势


在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,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,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,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,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外,湿度的标准也是一个难题。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,为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。