4、常用高精度温度测量方法

常用湿度采集传感器及湿度测量原理

湿度传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。有关湿度测量，早在16世纪就有记载。许多古老的测量方法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今仍被广泛采用。现代工业技术要求高精度、高可靠和连续地测量湿度，因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。

湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。利用水分子有较大的偶极矩，易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如，利用水分子附着或浸入某些物质后，其电气性能（电阻值、介电常数等）发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件；利用水分子附着后引起材料长度变化，可制成尺寸变化式湿敏元件，如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质，有较强的吸水性能，不仅有物理吸附，而且有化学吸附，可制成金属氧化物湿敏元件。这类元件在应用时附着或浸入被测的水蒸气分子，与材料发生化学反应生成氢氧化物，或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以全部脱出，使重复使用时元件的特性不稳定，测量时有较大的滞后误差和较慢的反应速度。目前应用较多的均属于这类湿敏元件。另一类非亲和力型湿敏元件利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。例如，利用热力学方法测量的热敏电阻式湿度传感器，利用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。

测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸收后的介电常量、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。

湿度传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，它是将环境湿度变换为电信号的装置。湿度传感器在工业、农业、气象、医疗以及日常生活等方面都得到了广泛的应用，尤其是随着科学技术的发展，对于湿度的检测和控制越来越受到人们的重视并进行了大量的研制工作。通常，理想的湿度传感器的特性要求是，适合于在宽温、湿范围内使用，测量精度要高；使用寿命长，稳定性好；响应速度快，湿滞回差小，重现性好；灵敏度高，线性好，温度系数小；制造工艺简单，易于

批量生产，转换电路简单，成本低；抗腐蚀，耐低温和高温特性等。

HS1101湿度传感器处理电路分析

HS1101基于其独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合也可以得到很大的应用。 湿度测量电路

HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法:一是将HS1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D 转换为数字信号;另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。 NE555时基电路

NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5V ≤≤cc V 16V 。NE555的框图如图2-3所示。

图2-3：NE555框图

基于555振荡电路的湿度测量电路设计

图2-4：测湿电路图

把HS1101和NE555同时接入电路中的电路设计原理图如图2-4所示。NE555电路功能的简单概括为:当6端和2端同时输入为“1”时,3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时,3端输出为“1”。在此电路中,555定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。

当电源接通时,由于6和2端的输入为“0”,则定时器3脚输出为“1”；

V通过R2 和R3 对C1充电,当C1 两端电压达到又由于C1 两端电压为0,故

cc

V/3 时,定时电路翻转,输出变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基2

cc

极电压为“1”,放电BJT导通,从而使电容C1 通过R3 和内部放电BJT 进行放

电,当C1 两端电压降低到cc V /3 时,定时器又翻转,使输出变为“1”,内部放电BJT 截止,VCC 又开始通过R2 和R3 对C1 充电,如此周而复始,形成振荡。其工作循环中的充电时间为h T =0.7(R2+R3)C1；放电时间为1T = 0.7R3*C1； 输出脉冲占空比为q ＝(R2+R3)/(R2+2R3),为了使输出脉冲占空比接近50％,R2应远远小于R3。当外界湿度变化时,HS1101 两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度。 HS1101特点

1、全互换性，在标准环境下不需校正；

2、长时间饱和下快速脱湿；

3、可以自动化焊接，包括波峰焊或水焊；

4、高可靠性与长时间稳定性；

5、专利的固态聚合物结构；

6、可用于线性电压或频率输出回炉；

7、快速反应时间。 HS1101最大参数 （Ta=25℃除非特别标定）

2.4.3 特征参数

（Ta=25℃,10KHz,除非特别标定）

多项式的反应方程式

C（pf）=C×55%×（1.25×10-7RH3-1.36×10-5RH2+2.19×10-3RH+9.0×10-1）