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温湿度记录仪的湿敏元件的特性及线性电压输出

在工农业消费、气候、环保、国防、科研、航天等部门，经常需求对环境湿度停止丈量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是*难**丈量的一个参数。用干温湿度记录仪或毛发湿度计来丈量湿度的办法，早已无法满足现代科技开展的需求。这是由于丈量湿度要比丈量温度复杂的多，温度是个独立的被丈量，而湿度却受其他要素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的规范也是一个难题。国外消费的湿度标定设备价钱非常昂贵。
　　近年来，国内外在温湿度记录仪的传感器研发范畴获得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向疾速开展，为开发新一代湿度/温度测控系统发明了有利条件，也将湿度丈量技术进步到新的程度。
　　温湿度记录仪的湿敏元件的特性：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。湿敏电阻：湿敏电阻的特性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发作变化，应用这一特性即可丈量湿度。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。湿敏电阻的优点是灵活度高，主要缺陷是线性度和产品的互换性差。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。当环境湿度发作改动时，湿敏电容的介电常数发作变化，使其电容量也发作变化，其电容变化量与较于湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵活度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易完成小型化和集成化，其精度普通比湿敏电阻要低一些。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，其丈量范围是（1%～99%）RH，在55%RH时的电容量为180pF（典型值）。当较于湿度从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（应用感湿膜重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丈量精度及长期稳定性。集成湿度传感器的性能特性及产品分类：目前，国外消费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）。这些产品可分红以下三品种型：
　　温湿度记录仪的线性电压输出式集成湿度传感器：典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特性是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与较于湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，反复性好，抗污染才能强。线性频率输出集成湿度传感器：典型产品为HF3223型。它采用模块式构造，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。这种传感用具有线性度好、抗干扰才能强、便于配数字电路或单片机、价钱低等优点。
　　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的功用以外，还增加了温度信号输出端，应用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改动并且从NTC端引出，配上二次仪表即可丈量出温度值。
　　温湿度记录仪的单片智能化温度/温度传感器：出厂前，每只传感器都在温度室中做过精细规范，规范系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在丈量过程中可对较于湿度停止自动校准。它们不只能**丈量较于温度，还能丈量温度和露点。丈量较于温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%RH，*高精度为±2%RH。丈量温度的范围是-40℃～+123.8℃，分辨力为0.01℃。丈量露点的精度<±1℃。在丈量湿度、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。应用降低分辨力的办法能够进步丈量速率，减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰才能强，不需求外部元件，适配各种单片机，可普遍用于医疗设备及温度/湿度调理系统中。
　　温湿度记录仪的芯片内部包含较于湿度传感器、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。其丈量原理是首先应用两只传感器分别产生较于湿度、温度的信号，然后经过放大，分别送至A/D转换器停止模/数转换、校准和纠错，*后经过二线串行接口将较于湿度及温度的数据送至μC。鉴于SHT11/15输出的较于湿度读数值与被测较于湿度呈非线性关系，为取得较于湿度的**数据，必需应用μC对读数值停止非线性补偿。此外当环境温度TA≠+25℃时，还需求对较于湿度传感器停止温度补偿。
　　温湿度记录仪的芯片内部有一个加热器。将状态存放器的第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℃，电源电流亦增加8mA(采用+5V电源)。运用加热器可完成以下三种功用：①经过比拟加热前后测出的较于湿度值及温度值，可肯定传感器能否正常工作；②在湿润环境下运用加热器，可防止传感器凝露；③丈量露点时也需求运用加热器。集成湿度传感器的丈量范围普通可到达0～100%。但有的厂家为保证精度指标而将丈量范围限制为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。这种传感器在丈量阶段的工作电流为550μA，均匀工作电流为28μA（12位）或2μA（8位）。上电时默许为休眠形式（Sleep Mode），电源电流仅为0.3μA（典型值）。丈量终了只需没有新的命令，就自动返回休眠形式，能使芯片功耗降至*低。此外，它们还具有低电压检测功用。当电源电压低于+2.45V±0.1V时，状态存放器的第6位立刻更新，使芯片不工作，从而起到了维护作用。

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