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河北科技大學(xué)信息學(xué)院(050054) 沙占友 薛樹琦 葛家怡 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來測(cè)量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度／溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。 １ 濕敏元件的特性 濕敏元件是簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。 １．１ 濕敏電阻 濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。 １．２ 濕敏電容 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏電容的主要廠家有Ｈｕｍｉｒｅｌ公司、Ｐｈｉｌｉｐｓ公司、Ｓｉｅｍｅｎｓ公司等。以Ｈｕｍｉｒｅｌ公司生產(chǎn)的ＳＨ１１００型濕敏電容為例，其測(cè)量范圍是(１％～９９％)ＲＨ，在５５％ＲＨ時(shí)的電容量為１８０ｐＦ(典型值)。當(dāng)相對(duì)濕度從０變化到１００％時(shí)，電容量的變化范圍是１６３ｐＦ～２０２ｐＦ。溫度系數(shù)為０．０４ｐＦ／℃，濕度滯后量為±１．５％，響應(yīng)時(shí)間為５ｓ。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件(利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率)、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長期穩(wěn)定性。 ２ 集成濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類 目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)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(chǎn)品可分成以下三種類型： ２．１ 線性電壓輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品有ＨＩＨ３６０５／３６１０、ＨＭ１５００／１５２０。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。 ２．２ 線性頻率輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為ＨＦ３２２３型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在５５％ＲＨ時(shí)的輸出頻率為８７５０Ｈｚ(典型值)，當(dāng)相對(duì)濕度從１０％變化到９５％時(shí)，輸出頻率就從９５６０Ｈｚ減小到８０３０Ｈｚ。這種傳感器具有線性度好、抗*力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 ２．３ 頻率／溫度輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為ＨＴＦ３２２３型。它除具有ＨＦ３２２３的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)(ＮＴＣ)熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從ＮＴＣ端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。 ３ 單片智能化濕度／溫度傳感器 ２００２年Ｓｅｎｓｉｒｏｎ公司在世界上研制成功ＳＨＴ１１、ＳＨＴ１５型智能化濕度／溫度傳感器，其外形尺寸僅為７．６(ｍｍ)×５(ｍｍ)×２．５(ｍｍ)，體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在濕度室中做過精密校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)濕度的范圍是０～１００％，分辨力達(dá)０．０３％ＲＨ，GAO精度為±２％ＲＨ。測(cè)量溫度的范圍是－４０℃～＋１２３．８℃，分辨力為０．１℃。測(cè)量露點(diǎn)的精度＜±１℃。在測(cè)量濕度、溫度時(shí)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)１２位、１４位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。ＳＨＴ１１／１５的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗*力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度／濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。芯片內(nèi)部包含相對(duì)濕度傳感器、溫度傳//3b3.org/c.js> 

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