1导言
湿度传感器是依据某种物质从其周围空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的改动，然后获得该物质的吸水量和周围空气的湿度。
湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片涂覆感湿资料构成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿资料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的改动，然后制成湿敏元件。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，因为它具有灵敏度高、产品交换性好、呼应速度快、湿度的滞后量小、便于制作、简略完成小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。但电阻对温度的灵敏因此约束了器材在较大温度规模内的运用，因此电容湿度传感器越来越遭到重视。
2 湿敏元件及变送器芯片特性
现在， 出产湿敏电容的首要厂家是法国Humirel 公司。它出产的HS1101 丈量规模是0%～100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其差错不大于±2%RH；呼应时刻小于5S；湿度系数为0.34PF/℃；年漂移量0.5%RH/年，长时刻安稳。图1 为HS1101 湿敏电容的湿度-电容呼应曲线。
湿度变送器采用了美国BB公司出产的XTR105芯片，该变送器具有以下特色：
a 作业规模宽；
b 丈量精度高；
c 电路简略；
d 可靠性好，运用寿命长；
e 抗搅扰才能强；
f 作业温度规模宽（-40～+85℃）
3 湿度丈量电路
HS1101在电路中相当于一个电容器件，它的电容量跟着所测空气湿度的添加而增大，为了能将电容的改动转化成电压的改动，咱们规划了振动电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转化电路、扩展电路等，其作业原理简图如图2 所示。
3.1 振动电路
振动电路的作用是将电容的改动量转化为频率可变的方波。由图3 可知，这是一个非对称多谐振动器。或非门G1 作业在电压传输特性的转机区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。G2即可得到一个介于凹凸电平之间的静态偏置电压，然后使G2 的静态作业点也处于电压传输特性转机区上。反应环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振动。
因为电容充放电的时刻T为2.2RC，所以输出的方波频率：
可见输出频率和电容值成反比。经过这个电路使湿度信号变为电容值，终究变为频率信号输出。
3.2 消除零点电容
需求指出的是，图3 所示的湿度传感器零点电容比较大，灵敏度不够高，湿度从0%～100%RH，电容的改动量不超越30～50PF。为此，最好将零点电容消除去，在实践规划中咱们用两片CMOS4001 集成电路对图3 进行改造，详细见图4。
A、B、C、D 四个点的波形如图5 所示。由图4 中U1 的4 个或非门组合逻辑可知：
只需调整C 的脉冲宽度，就能够得到D 的脉冲宽度，然后能够消除零点电容，经过调制的电容改动信号也便是湿度信号。将同一封装内的门电路U2A、U2B、U2C、U2D 并联运用，能够扩展CMOS 门电路输出低电平时吸收负载电流的才能。
3.3 线性输出信号调度
电路湿度的脉冲信号再通往后面的二极管整流、RC积分电路，得到随温度改动的电压。因为信号比较弱小，再经过一个同向份额扩展器把信号扩展，终究把信号调度为0～3Ｖ的输出。
4 湿度变送器的规划
在工业现场，收集到的信号经长线传输时，往往会发生以下问题：因为传输的信号是电压信号，传输线会遭到噪声的搅扰；传输线的散布电阻会发生电压降。为了处理这些问题，一般用电流来传输信号，这就用到了变送器。
本文采用了美国BB 公司出产的XTR105 作为湿度变送器的芯片，把湿度传感器输入的0～3V 电压转化为4～20mA 的电流信号输出。其电路如图7 所示。
湿度传感器输出的0～3V 电压经过XTR105 芯片的2 和13 引脚输入。调整3 和4 引脚间的电阻RG和RG1 的值，能够改动XTR105 芯片的内置外表扩展器增益值，然后选定适宜的丈量规模。RCM 取为1KO，它供给一个附加电压降，使XTR105 的输入电压约束在共模方法下的电压规模内。与RCM 并联的0.01μF 旁路电容用于下降共模噪声。整个设备的电压，电流传递函数为：
其间Rm＝RG·RG1/（RG+RG1），VIN 是VIN+（13 引脚），VIN-（2 引脚）两头输入电压。VREG 引脚（11引脚）还专门为外部电路供给5.1V 的精细电压，11引脚最大输出电流为1mA，超越1mA 会影响到零输出电流。
三极管Q1 是4～20mA 电流回路的首要电流传导器材，用于吸收回路中的大部分电流。该器材将外部电源电流与XTR105 的内部耗费严厉分隔。因为外接三极管坐落反应回路中，其参数不能在临界点。
当电源电压低于36V 时，功耗可低一些。IN4048 接成的桥式电路能够确保XTR105 的电源极性不反接，然后真实完成两线制。C2 为去耦电容，其值是0.01μF，用于下降高频搅扰。负载RL 用于将传送的4～20mA 的电流转化为电压，供后级处理。挑选负载阻抗RL，应使得输出在4～20mA 规模内改动时，引脚7 和引脚8 之间的电压保持在11.6V～40V 的电源电压规模内。也能够由下式确认最大的RL：
所以取 RL＝250Ω。
5 结语
咱们对所规划的湿度传感器进行了准确度丈量。将湿度传感器置入TERCHY 公司的MHU-SA 恒温恒湿箱内，用VAISALA 公司的HMP143A 高精度湿度丈量仪及万用表对湿度传感器输出信号进行丈量，成果见表1。从表1 的测验成果能够看出：该传感器的丈量准确度达到了±2.5%以内。
根据HS1101 的湿度传感器及XTR105 变送器规划的电路性能好，线性度高，年漂移量小，能够交换，体积小。并且可在宽温度，全湿度规模内进行丈量，具有温度补偿，提高了传感器的精度，传输间隔远，防静电特色，所以有很大的推行价值。
