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分析湿度传感器的发展趋势
创建人:ruipuda 创建时间:2009-12-5
分析湿度传感器的发展趋势:
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*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,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多,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。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、响应速度快、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
,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,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
。
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(利用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),
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,能输出与相对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
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。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
),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%
,分辨力达
0.03%RH
,*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。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。
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,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。
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%
。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
550
μ
A
,平均工作电流为
28
μ
A
(
12
位)或
2
μ
A
(
8
位)。上电时默认为休眠模式(
Sleep Mode
),电源电流仅为
0.3
μ
A
(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*低。此外,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,使芯片不工作,从而起到了保护作用。
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