介绍国内湿度传感器的发展趋势 传感器, 电阻率, 水蒸气, 开发

520503

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。
      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。
      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，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，这一特性测量湿度。湿敏电阻的种类，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。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、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、实现小型化和集成化，其精度比湿敏电阻要低。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SH通测仪器1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%～99%）RH，在55%RH时的电容量为180pF（典型值）。当湿度从0变化到100%时，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。  本文由www.dziuu.com整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。
本文由www.dziuu.com整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。
      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、重量型湿敏元件（感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。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，很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），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），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、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。
      2.2线性频率输出集成湿度传感器
      典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，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，输出频率就从通测仪器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，还了温度信号输出端，负温度系数（NTC）热敏电阻温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表测量出温度值。
      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），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，在测量过程中可对湿度进行自动校准。不仅能准确测量温度，还能测量温度和露点。测量温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。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℃。在测量湿度、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不外部元件，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、寄存器、循环冗余校验码（CRC）寄存器、二线串行接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。其测量原理是首先两只传感器分别产生湿度、温度的信号，然后放大，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湿度及温度的数据送至μC。鉴于SHT11/15输出的湿度读数值与被测湿度呈非线性关系，为获得湿度的准确数据，μC对读数值进行非线性补偿。此外当环境温度TA≠ 25℃时，还对湿度传感器进行温度补偿。
      芯片内部有一个加热器。将寄存器的第2“1”时该加热器接通电源，可使传感器的温度大约升高5℃，电源电流亦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测量露点时也使用加热器。  
       露点也是湿度测量中的一个重要参数，它表示在水汽冷却过程中最初发生结露的温度。计算露点，Sensirion公司还向用户提供一个测量露点的程序“SHTxdp.bsx”。该程序可以控制内部加热器的通、断，再根据所测得的温度值及湿度值计算出露点。在命令响应界面上运行此程序时，计算机屏通测仪器幕上就显示提示符“>”。用户首先从键盘上输入字母“S”，然后输入相应的数字，获得下述结果：  
内容来自
       输入数字“1”时，测量并显示出摄氏温度dgC=xx.x；输入数字“2”时，测量并显示出湿度%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。
      4集成湿度传感器典型产品的技术指标
      集成湿度传感器的测量范围可达到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%。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，平均工作电流为28μA（12位）或2μA（8位）。上电时默认为休眠模式（SleepMode），电源电流仅为0.3μA（典型值）。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，还具有低电压检测功能。当电源电压低于 2.45V±0.1V时，寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，从而起到了保护作用。


>> 转载请注明出处并保留链接。http://www.dziuu.com