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溫濕度記錄儀的濕敏元件的特性及線性電壓輸出

在工農業消費、氣候、環保、國防、科研、航天等部門，經常需求對環境濕度停止丈量及控制。但在常規的環境參數中，濕度是*難**丈量的一個參數。用干溫濕度記錄儀或毛發濕度計來丈量濕度的辦法，早已無法滿足現代科技開展的需求。這是由于丈量濕度要比丈量溫度復雜的多，溫度是個獨立的被丈量，而濕度卻受其他要素（大氣壓強、溫度）的影響。此外，濕度的規范也是一個難題。國外消費的濕度標定設備價錢非常昂貴。
　　近年來，國內外在溫濕度記錄儀的傳感器研發范疇獲得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向疾速開展，為開發新一代濕度/溫度測控系統發明了有利條件，也將濕度丈量技術進步到新的程度。
　　溫濕度記錄儀的濕敏元件的特性：濕敏元件是*簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻：濕敏電阻的特性是在基片上掩蓋一層用感濕資料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發作變化，應用這一特性即可丈量濕度。濕敏電阻的品種很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優點是靈活度高，主要缺陷是線性度和產品的互換性差。濕敏電容：濕敏電容普通是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子資料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當環境濕度發作改動時，濕敏電容的介電常數發作變化，使其電容量也發作變化，其電容變化量與較于濕度成正比。濕敏電容的主要優點是靈活度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易完成小型化和集成化，其精度普通比濕敏電阻要低一些。國外消費濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司消費的SH1100型濕敏電容為例，其丈量范圍是（1%～99%）RH，在55%RH時的電容量為180pF（典型值）。當較于濕度從0變化到100%時，電容量的變化范圍是163pF～202pF。溫度系數為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應時間為5s。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（應用感濕膜重量的變化來改動振蕩頻率）、光強型濕敏元件、聲外表波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其丈量精度及長期穩定性。集成濕度傳感器的性能特性及產品分類：目前，國外消費集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產品可分紅以下三品種型：
　　溫濕度記錄儀的線性電壓輸出式集成濕度傳感器：典型產品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特性是采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與較于濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，反復性好，抗污染才能強。線性頻率輸出集成濕度傳感器：典型產品為HF3223型。它采用模塊式構造，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時的輸出頻率為8750Hz（型值），當上對濕度從10%變化到95%時，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感用具有線性度好、抗干擾才能強、便于配數字電路或單片機、價錢低等優點。
　　頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器：典型產品為HTF3223型。它除具有HF3223的功用以外，還增加了溫度信號輸出端，應用負溫度系數（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當環境溫度變化時，其電阻值也相應改動并且從NTC端引出，配上二次儀表即可丈量出溫度值。
　　溫濕度記錄儀的單片智能化溫度/溫度傳感器：出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過精細規范，規范系數被編成相應的程序存入校準存儲器中，在丈量過程中可對較于濕度停止自動校準。它們不只能**丈量較于溫度，還能丈量溫度和露點。丈量較于溫度的范圍是0～100%，分辨力達0.03%RH，*高精度為±2%RH。丈量溫度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.01℃。丈量露點的精度<±1℃。在丈量濕度、溫度時A/D轉換器的位數分別可達12位、14位。應用降低分辨力的辦法能夠進步丈量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產品互換性好，響應速度快，抗干擾才能強，不需求外部元件，適配各種單片機，可普遍用于醫療設備及溫度/濕度調理系統中。
　　溫濕度記錄儀的芯片內部包含較于濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器（E2PROM）、易失存儲器（RAM）是、狀態存放器、循環冗余校驗碼（CRC）存放器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其丈量原理是首先應用兩只傳感器分別產生較于濕度、溫度的信號，然后經過放大，分別送至A/D轉換器停止模/數轉換、校準和糾錯，*后經過二線串行接口將較于濕度及溫度的數據送至μC。鑒于SHT11/15輸出的較于濕度讀數值與被測較于濕度呈非線性關系，為取得較于濕度的**數據，必需應用μC對讀數值停止非線性補償。此外當環境溫度TA≠+25℃時，還需求對較于濕度傳感器停止溫度補償。
　　溫濕度記錄儀的芯片內部有一個加熱器。將狀態存放器的第2位置“1”時該加熱器接通電源，可使傳感器的溫度大約升高5℃，電源電流亦增加8mA(采用+5V電源)。運用加熱器可完成以下三種功用：①經過比擬加熱前后測出的較于濕度值及溫度值，可肯定傳感器能否正常工作；②在濕潤環境下運用加熱器，可防止傳感器凝露；③丈量露點時也需求運用加熱器。集成濕度傳感器的丈量范圍普通可到達0～100%。但有的廠家為保證精度指標而將丈量范圍限制為10%～95%。設計+3.3V低壓供電的濕度/溫度測試系統時，可選用SHT11、SHT15傳感器。這種傳感器在丈量階段的工作電流為550μA，均勻工作電流為28μA（12位）或2μA（8位）。上電時默許為休眠形式（Sleep Mode），電源電流僅為0.3μA（典型值）。丈量終了只需沒有新的命令，就自動返回休眠形式，能使芯片功耗降至*低。此外，它們還具有低電壓檢測功用。當電源電壓低于+2.45V±0.1V時，狀態存放器的第6位立刻更新，使芯片不工作，從而起到了維護作用。

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