湿度是空气中水蒸气量的术语。相对湿度(RH)界说为在给定温度下水蒸气的分压(在空气和水蒸气的气体混合物中)与水的饱满蒸气压之比。因而,简略地说,RH是特定温度下空气中水蒸气的量,与在给定温度下空气能够坚持而不会冷凝的最大水蒸气比较。它是天气预报中的一个重要目标,因为它是降水,露珠或雾的或许性的目标。
湿度传感器的类型
湿度传感器一般是电容式或电阻式。电容式传感用具有比电阻式传感器更线性的呼应(这些传感器简直具有对数呼应,但在低湿度下具有高灵敏度)。电容式传感器也可用于0至100%相对湿度的整个规模,其间电阻元件一般约束在约20%至90%的相对湿度。
电容式相对湿度传感器一般运用经过工业验证的热固性聚合物,三层电容结构,铂电极,除高温版别外,其间一些还具有片上硅集成电压输出信号调度功用。这些传感器作业在ΔC或电容随湿度改变。沟通鼓励而不是DC用于避免极化。
电容式传感器信号调度
多电路架构可与电容式湿度传感器合作运用。在这些规划中,在印刷电路板的布局过程中有必要分外当心。有必要在布局中最小化任何杂散电容,因为任何添加的电容将充任与传感器的并联电容并发生丈量差错。
主张对印刷电路板和元件进行细心的保形涂层,以避免555守时器的FOUT呈现意外误差,特别是在高湿度条件下。
第一个也是最简略的是电容 – 频率转化电路。图1显现了运用霍尼韦尔HCH-1000系列的电路图,霍尼韦尔HCH-1000系列是一种根据聚合物的传感器,具有ΔC形状因子。
图1:运用简略555守时器的电容到频率转化电路。 (霍尼韦尔供给。)
HCH-1000是一个连接到THRES和TRIG引脚的可变电容。 RV是一个可变电阻,能够补偿HCH-1000根本电容的输出频率。外部电容经过R1 +(Rv + R2)充电并经过(Rv + R2)放电。因而,假如占空比挨近50%,则能够经过这两个电阻的比率精确地设置占空比。因而,频率与电源电压无关。该办法的精度小于±3.9%RH。
接下来,咱们有一个电压输出电路,由两个555守时器发生,图2中的第一个守时器供给一个接连的守时脉冲来触发第二个守时器,它作业在脉冲宽度调制(PWM)形式。第二个守时器频率输出进入低通滤波器(LPF)和由双LM2904运算扩大器组成的扩大器。该电路办法称为一点校准电压输出。这使得电压输出的精度小于±2.7%RH。
图2:电容电压转化架构中的单点校对电路。 (霍尼韦尔供给。)
然后,为了取得最佳精度,运用两点校准办法(如图3所示),精度小于+/- 0.5%RH。
图3:电容电压转化架构中的两点校对电路。 (霍尼韦尔供给。)
终究,还有ADI公司的AD7147等电容数字转化器,它供给了一种高度集成的办法,可运用电容式湿度传感器将电容转化为数字串行输出直接连接到它的输入。
作为针对特定但广受欢迎的产品范畴的终究电容式湿度传感器解决方案,TDK具有一系列带有NB系列器材的超声波雾化器单元。它们与电子设备彻底集成,可随时安装到雾化器产品规划中。
电阻式湿度传感器
电阻式湿度传感器³可选陶瓷或聚合物结构。电阻式湿度传感器一般由吸湿(吸收水分)介质组成,例如导电盐或沉积在非导电基底上的贵金属电极上的聚合物。
当传感器存在水蒸气时,它会被吸收,导致功用性离子基团解离,导致电导率添加。呼应时刻很慢,规模从10到30秒,步长改变为63%。
大多数电阻式传感器运用沟通鼓励来避免传感器极化。发生的电流被整流并转化成DC,然后能够进行线性化并根据需求进行扩大。施加到桥的AC信号规模从30Hz到10kHz。例如,考虑具有电压输出的TDK CHS系列集成电阻式湿度传感器。
电阻式传感器信号调度
假如需求选用分立式规划,能够运用1 kHz AC正弦波来鼓励包含电阻式湿度传感器的半桥。输出电压与上电阻和电阻传感器树立的分压电压成正比。电阻湿度传感器用AC信号而不是DC电压鼓励,以避免传感器极化。
经过火压器将DC基座电压施加到反相输入。经过外表扩大器从AC电压中减去该DC电压,并且在输出端呈现差电压。 DC电平保证两个输入端的差电压跟着电压差的添加而导致输出电压添加。
然后将AC桥式扩大器的输出沟通耦合,以去除DC内容,抵达履行全波整流功用的绝对值电路。然后将整流电压施加到双极低通滤波器的输入端。这消除了大部分1 kHz的纹波。因为湿度传感器经过湿度水平的线性改变发生高度非线性的电阻改变,因而输出电压也是非线性的。能够选用包含对数扩大器来协助改进输出电压与湿度呼应。
温度对根据吸收的湿度传感器的影响
一切类型的根据吸收的湿度传感器的输出,无论是电容式,体电阻式,导电薄膜等,都受温度1和相对湿度百分比的影响( %RH)。因而,温度补偿有必要用于需求更高精度或宽作业温度规模环境的运用中。
温度丈量设备应尽或许接近湿度传感器的有用区域,特别是在将RH和温度结合作为丈量露点的办法时。大多数工业级湿度和露点仪器在陶瓷传感器基板反面运用1,000Ω铂RTD。
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