传感器电容式湿度传感器的应用重点

题目传感器电容式湿度传感器的应用

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系（院）_电子电气工程学院_

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目录

前言 (3)

1. 绪论 (1)

1.1电容式传感器的工作原理 (1)

1.2电容式传感器的特点 . (4)

2. 系统设计 (6)

2.1硬件电路设计 (6)

2.2 湿敏电容器的特性 (8)

2.3 电容式传感器数据处理 (8)

2.4测试结果 (8)

结论 (10)

参考文献 (11)

淄博职业学院

前言

人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防、科研、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度

测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。

1. 绪论

1.1电容式传感器的工作原理

电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。

这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度，可以测量高至0.01μm 级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通信，抗干扰能力强，可以发送、接收以达到遥测遥控的目的。因此，在实际应用中，常采用差动式结构，既使灵敏度提高1倍，又使非线性误差大大降低，抗干扰能力增强。

电容式传感器，顾名思义，指的是电容与传感器的组合。它是传感器的其中一种，因而也是由敏感元件、传感元件、测量电路组成。所不同的是，它以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量的变化转化为电容量的变化，再经测量电路转换为电压、电流或频率，以达到检测或控制的目的。在过去，电容式传感器主要应用于位移、加速度、角度和振动等机械量的精密测量；现在多用于压力、压差、液位、成份含量等方面的测量。电容式传感器的特点是：测量范围大；灵敏度高；动态响应好；小功率、高阻抗；机械损失小；结构简单，适应性强；但寄生电容影响大，而且变间隙式电容传感器存在非线性误差。电容式传感器的分类也是多种多样的，按工作原理可分为变间隙式（变极距型）、变面积式、变介电常数式（变介质型）；按极板结构分为平板式和圆柱式；按被测量分为位移、压力、应力、湿度、

温度等类型。

图1平板电容器

其电容为：d S d A C r εεε0==, ε为极板间介质介电函数，0ε为真空介电常数，πε6. 30=(pF/cm,r ε是介质相对介电常数，d s C r πε6. 3=。

当即板间距离d ?（令:△d=x）后的电容为 (01x d S C -=ε。

( (00010x d x C C C C C -=-=?这是实际非线性关系。灵敏度

1 (00x d x C C S n -=?=，当x 相对于do 很小时可以近似为:00d x d ≈- 时，

0d x C C =?，这是理想的线性关系。理想情况下:0d S n =

非线性误差：0

01 ( ( (d x d x d L

C C L

C C S C C e f =--

=??-?=

图2变极距型传感器的特性曲线

x

x

由上述可知，可以通过提高灵敏度和减小非线性误差的方法来改善电容式传感器的性能。但是影响电容式传感器的因素很多，温度、电容电场边缘效应和寄生或分布电容等等都会对电容式传感器产生影响。我们可以采取相应的措施来减少这些影响，如增大初始电容和加装等位环，静电屏蔽，电缆驱动等。

图3 运算放大器式电路原理图

图4 差动式电容压力传感器结构图

电容式传感器的运放测量电路原理图如图1-3所示，图中Cx 为电容式传感器电容；Ui 是交流电源电压;Uo 是输出信号电压; Σ是虚地点。（传感器为平板电容，Cx=εS/d）由运算放大器工作原理可得

d S

C U U i

o ε -=

此式说明运算放大器的输出电压与极板间距离d 成线性关系。

电容式传感器的应用比较广，主要用于测量位移、压力、速度、介质、浓度、物位等物理量。相应地，产生了很多类型的电容式传感器，如电容式位移传感器、电容式压力传感器、电容式加速度传感器、电容式液位传感器等等。

现以电容压力传感器为例说明其应用。如图1-4中所示膜片为动电极，两个在凹形玻璃上的金属镀层为固定电极，构成差动电容器。当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时，所形成的两个电容器的电容量，一个增大，一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。

凹形玻璃

膜片

C

1.2电容式传感器的特点

电容式传感器具体特点如下：

(1结构简单，适应性强

电容式传感器结构简单，易于制造，精度高，可以做得很小，以实现某些特殊的测量，电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料作绝缘支承，因此可工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，能承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；能测超高压和低压差。 (2动态响应好

电容式传感器由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，可动部分可以做得小而薄，质量轻，因此固有频率高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下

工作，特适合于动态测量；可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数、如振动等。 (3分辨率高

由于传感器的带电极板间的引力极小，需要输入能量低，所以特别适合于用来解决输入能量低的问题，如测量极小的压力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm ，甚至更小的位移。

(4温度稳定性好

电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又由于本身发热极小，因此影响稳定性也极微小。

(5可实现非接触测量、具有平均效应

如回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等，采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。不足之处是输出阻抗高，负载能力差，电容传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十皮法到几百皮法，使传感器输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗更高，因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象；寄生电容影响大，电容式传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，降低了传感器的灵敏度，破坏了稳定性，影响测量精度，因此对电缆的选择、安装、接法都要有要求。

电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅(测至0.05μm 的微小振幅，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。

电容式液位传感器是利用被测介质面的变化引起电容变化的一种变介质型电容器。为用于检测非导电液体的电容式传感器。它是通过将被测介质的液面高度变化

转为电容器电容量的变化，当被测液体的液面在电容传感器的两同心圆柱形电极间变化时，引起极间不同介电常数介质的高度发生变化。

电容式传感器是基于把被测非电物理量转换为电容量的原理进行测量的，它在工业中被广泛用于压力、差压、物位、液位、振动和位移等多种参数的检测。电容传感器有三种类型：变极距型、变面积型和变介电常数型，其中极距型和介电常数型电容传感器为非线性，而变面积型是线性的，在实际使用中为提高传感器的线性度和抗干扰能力，增大灵敏度，常采用差动式结构。电容传感器常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等，不同电路各有特点，适用不同参数测量的场合。

电容式湿度传感器的敏感元件为湿敏电容 ,主要材料一般为高分子聚合物、金属氧化物. 这些材料对水分子有较强的吸附能力 , 吸附水分的多少随环境湿度而变化 . 由于水分子有较大的电偶极矩 ,吸水后材料的电容率发生变化. 电容器的电容值也就发生变化. 同样 , 把电容值的变化转变为电信号 ,就可以对湿度进行监测. 例如 , 聚苯乙烯薄膜湿敏电容. 通过等离子体法聚合的聚苯乙烯具有亲水性极性基团 . 随着环境湿度的增减, 它吸湿脱湿, 电容值也随之增减。从而得到的电信号随湿度的变化而变化。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel 公司、Philips 公司、Siemens 公司等。以 Humirel公司生产的

SH1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%～99%）RH ，在55%RH时的电容量为180pF （典型值）。当相对湿度从 0变化到100%时，电容量的变化范围是

163pF ～202pF 。温度系数为0.04pF/℃，湿度滞后量为±1.5%，响应时间为5s 。

2. 系统设计

2.1硬件电路设计

高分子电容式湿度传感器属电路参数型传感，其输出为电容值，传感器的相对容值0C C 与相对湿度%RH成正比关系，受温度的影响较小。在应用中需将电容值转换为易于识别的电信号，考虑到功耗问题，转换电路采用低功耗的CMOS 电路，图6是转换电路及图7为其输出波形。

图6转换电路

图7输出波形

图中 ,C 为电容式湿度传感器 , U1的脉冲宽度为t 1=k 1C 1, 式中t 1为脉冲宽度，ms;t 1为比例系数; C 1为电容值,pF;U 2的脉冲宽度为t 2=kC =k(C0+ΔC , 式中t 2为脉冲宽度,ms;k 为比例系数;C 为湿敏电容器电容值,pF;C 0为湿敏电容器在相对湿度0%RH 温度为25℃时的电容值,pF; ΔC 为湿敏电容器在相对湿度0%RH时的电容值改变量，量,pF 。

调节可变电阻器R P 使得在相对湿度0%RH时(25℃,t 1=t2, 即k 1C 1=kC0，当湿度增加时,t 2增加，U 3的脉冲宽度t 3=t2- t 1=kΔC 即t 3与ΔC 成正比, 也即与相对湿度%RH成正比。

通过测量脉冲宽度即可知道相对湿度的高低 ,利用单片机内部计数器 T0,测量

t 3的脉冲宽度 ,通过查表法得到相应的相对湿度 %RH。单片机采用 Philips 的自带Flash ROM 的P89C52 , 完成数据采样, 数据分析，地址码设定和数据通信等功能 ,是电容式湿度传感期待的管理中心。

调制解调器HT2012是SMAR 生产的适用于HART 协议物理层的调制解调器, 符合 Bell202标准，其工作方式为半双工通信方式 ,工作时钟频率为460.8kHz 。

2.2 湿敏电容器的特性

湿敏电容器的感湿是材料是固态高分子聚合物, 具有全互换性，在标准环境下不需校正，和长时间下快速脱湿，高可靠性，长时间稳定性和快速反应等特点。

2.3 电容式传感器数据处理

通电后，传感器首先检测是否有脉冲信号及脉冲宽度是否在有效值范围内 ,判断前向通道工作 (即湿敏电容器和转换电路工作是否正常, 实现传感器的自我诊断，不正常, 则报警提示, 显示出错信息。

在单片机内建立湿度和脉冲宽度以及温度和修正值的真值表 ,其中 ,湿度和脉冲宽度的真值表是以 DM500 高精度 SAW湿度/露点测量仪对所设计的传感器进行标定。

根据测得的脉冲宽度通过查表方式求得相应的湿度, 同时，根据测得的环境温度 ,查得对应的修正值 ,综合两项结果得到实际的湿度值, 送显并保存(设定存储时间间隔。对位于相邻两分格值之间的脉宽信号, 采用小邻域内近似线性化方法处理, 对于相对湿度低于10%RH或高于90%RH的情况, 也按此方法顺延推算, 若测量结果按理论推算超出100%RH ,则按粗大误差处理。

传感器在检测到上位机的信号后 ,将最近一次得测量值向上位机传送。

2.4测试结果

以DM500高精度SAW 湿度/露点测量仪与所设计的传感器对同一试样进行对比测量, 结果见表1:

表1 相对湿度（%RH）

由于单片机的测量精度为：

式中OSC F 为晶振频率，MHz, 由于δ很小，可以忽略，因此，该传感器的准确度主要取决于湿敏电容器和转换电路。

从表1的测试结果中可以看出，该传感器的测量精度可以达到%5. 2±以内。经测试，该智能电容式湿度传感器符合HART 的技术规范，可直接挂在通信总线上，无需考虑传感器的匹配信号问题，简化系统布线设计，降低了成本，减少了故障率，确保可靠通信。同时，测量准确度高，抗干扰能力强, 传输距离远。

结论

本设计主要应用的是电容式传感器方面的知识，其中的知识点包括电容式传感器，湿敏电容器，单片机等。本设计是通过对指定环境的湿度测量，输出显示，并对测量的数据进行分析，经测试，该智能电容式湿度传感器符合HART 的技术规范，可直接挂在通信总线上，无需考虑传感器的匹配信号问题，简化系统布线设计，降低了成本，减少了故障率，确保可靠通信。同时，测量准确度高，抗干扰能力强, 传输距离远。

理论 0 10 20 30 40 测试 0 10.03 20.05 30.04 39.93 准确度（%）

0 0.30 0.25 0.13 0.18 理论

50 60 70 80 90 测试 49.90 60.66 70.33 81.20 92.20 准确度（%）

-0.20

0.10

0.47

1.50

2.44

000015. 065536

12126556

12±≈?±

=?±=

OSC F δ

参考文献

[1] 吴建平．传感器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2008． [2] 张福恩, 王岩．现场总线的技术与发展[J]．电子器件，2001． [3] 吴道梯．非电量电测技术[M]．西安：西安交通大学出版社，2001．

[4] 何利民．单片机高级教程[M]．北京：北京航天航空大学出版社．2000．

[5] 秦建敏，沈冰．利用水的导电特性对冰层厚度进行数字化自动检测的研究[J]．冰川冻土，2003．

[6] 王在忠, 闻瑞梅．高纯水的设备及其工艺[M] ．北京：北京科学出版社，1991．

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温度传感器原理

一、温度传感器热电阻的应用原理 温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 1．温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。 2．温度传感器热电阻的结构

（1）精通型温度传感器热电阻工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11。从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节. （2）铠装温度传感器热电阻铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。 与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

（3）端面温度传感器热电阻端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 （4）隔爆型温度传感器热电阻隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 3．温度传感器热电阻测温系统的组成 温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： ①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致

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测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。 1. 绪论 1.1电容式传感器的工作原理 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

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电压型、网络型：DC24V（12V～24VDC） 2、测量精度：温度±0.3℃（10℃～50℃，其它段不高于±1.5℃）；湿度±2%RH(10%RH～90%RH，其它段不高于±4%RH)；绝对湿度精度±0.5g（10℃～50℃范围内，其它段不高于±1g） 3、量程： 网络型：温度-40℃～125℃，湿度：0%RH～100%RH 电流（电压型）：温度在-40℃～125℃范围内用户自定，湿度：0%RH～100%RH。 4、输出值 网络型：全量程输出温度、湿度、和绝对湿度 电流（电压）型：在0～200g范围内用户自定 5、显示分辨率0.1 6、电路工作条件：-40℃～75℃，5%RH～95%RH（非结露） 7、探头工作条件：-40℃～125℃，0%RH～100%RH（非结露），螺纹安装或者法兰安装时，被测气体内的压力不超过2MPa; 8、液晶同步显示：温度/湿度 温度/露点/绝对湿度 9、负载：电压输出阻抗250Ω，电流输出阻抗≤500Ω 10、绝缘强度＞500MΩ 11、传感器漂移：湿度≤1%RH/y，温度≤0.1℃/y 12、测量重复性：湿度≤1%RH，温度≤0.1℃ 13、安装方式：壁挂：葫芦孔挂装或螺丝固定墙面

SHT11温湿度传感器与1602应用的程序代码

#ifndef __TOU_H__ #define __TOU_H__ #include #include //#include //Keil library #define uchar unsigned char enum {TEMP,HUMI}; sbit DA TA = P1^1; sbit SCK = P1^0; sbit RS = P2^0; sbit RW = P2^1; sbit E = P2^2; sfr DBPort = 0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口 /******** DS1602函数声明********/ void LCD_Initial(); void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y); void Print(unsigned char *str); void LCD_Write(bit style, unsigned char input); /******** SHT10函数声明********/ void s_connectionreset(void); char s_measure(unsigned char *p_value, unsigned char *p_checksum, unsigned char mode); void calc_sth10(float *p_humidity ,float *p_temperature); //float calc_dewpoint(float h,float t); #endif /****************************************************************************************************** *****************************************************/ //SHT10程序（SHT10.c）： //#include #define noACK 0 //继续传输数据，用于判断是否结束通讯 #define ACK 1 //结束数据传输； //地址命令读/写 #define STA TUS_REG_W 0x06 //000 0011 0 #define STA TUS_REG_R 0x07 //000 0011 1 #define MEASURE_TEMP 0x03 //000 0001 1 #define MEASURE_HUMI 0x05 //000 0010 1 #define RESET 0x1e //000 1111 0

湿度传感器原理与应用知识

湿度传感器原理与应用知识 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类 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。 1、电解质湿敏元件 利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化制成的湿敏元件。最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。从1938年顿蒙发明这种元件以来，在较长的使用实践

湿度传感器的应用.

湿度传感器工作原理及应用 人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同．其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。对使用者来说，选择湿度传感器时，首先要搞清楚需要什么样的传感器；自己的财力允许选购什么档次的产品，权衡好“需要与可能”的关系，不致于盲目行事。我们从与用户的来往中，觉得有以下几个问题值得注意。 1．选择测量范围 和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100％RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。下面列举一些应用领域对湿度传感器使用温度、湿度的不同要求，供使用者参考(见表1)。用户根据需要向传感器生产厂提出测量范围，生产厂优先保证用户在使用范围内传感器的性能稳定一致，求得合理的性能价格比，对双方来讲是一件相得益彰的事情。2、选择测量精度 和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。 生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0一80％RH)为±2％RH，而高湿段(80—100％RH)为±4％RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5％RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。 多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3％ RH 以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器．其测温精度须足±0.3℃以上，起码是±0.5℃的。而精度高于±2％RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在20—25℃下，要达到2％RH的准确度仍是很困难的。” 3、考虑时漂和温漂 几乎所有的传感器都存在时漂和温漂。由于湿度传感器必须和大气中的水汽相接触，所以不能密封。这就决定了它的稳定性和寿命是有限的。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期负责重新标定。请使用者在选择传感器时考虑好日后重新标定的渠道，不要贪图便宜或迷信洋货而忽略了售后服务问属。 温漂在上1节已经提到。选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数α是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的，而温度系数α又主要取决于水和感湿材料的介电系数，所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数。电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计。但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或订正。

湿度传感器课程设计报告书

第一章湿度传感器的功能及其原理 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。可见，湿度测量在各个行业都是至关重要的。 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。 测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。 应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。

第二章课程设计的要求及技术指标 2.1课程设计的要求 1.根据设计要求，查阅参考资料。 2.进行方案设计及可行性论证。 3.确定设计方案，画出电路原理框图。 4.设计每一部分电路，计算器件参数。 5.总结撰写课程设计报告。 2.2 课程设计的技术指标 1.湿度测量围：0％～100％RH； 2.使用环境温度围：0～85℃； 3.输出电压：0～10V； 4.非线性误差：±0.5％。

电容式湿度传感器的研究

电容式湿度传感器的研究 摘要 湿度是表示大气干湿程度的物理量。空气的湿度与我们的生活、工作、生产都有着直接的联系，为了获得和测量湿度值，就必须对湿度的测量进行研究。 本文介绍了一种采用电容原理制作的电容式的湿度传感器。采用Ｗ型结构的电容式湿度传感器。比较了多种感湿介质的特性，最终选择了聚酰亚胺作为感湿介质填充到Ｗ型的传感器中。最后，用恒湿盐发生器作为检定标准，校准该电容式湿度传感器。 关键词：湿度、电容式湿度传感器、Ｗ型 1 绪论 1.1 课题研究的目的及意义 湿度是表示大气干湿程度的物理量。有绝对湿度、相对湿度、露点等多种表示方式。绝对湿度是单位体积空气中所含水蒸汽的质量。一般用1立方米空气中所含水蒸汽的克数来表示。对于干燥过程的控制热平衡的调整等，都必须了解绝对湿度。相对湿度为空气中实际所含水蒸汽的密度与同温度下饱和水蒸汽密度的百分比，它是一个无量纲的数。在贮存或加工与周围空气处于湿度平衡的材料时，相对湿度有着很大的意义。空气在一定温度时只能吸收一定量的水汽，空气中的水蒸气达到饱和状态时的温度，叫做露点温度。 研究表明：湿润的空气才能保持生机盎然。为防止家具、木质装修、书籍或乐器老化、变形甚至干裂的情况出现，储存以上物品时室内湿度应保持在45%~55%RH之间，而冬季北方家庭室内湿度仅为10%~15%RH，干燥使我们可能带上2000~7000伏的高压静电，由于家用和办公电器的普及，静电更是无处不在。严重的静电会使人心情烦躁、头晕胸闷、喉鼻不适。只有检测出空气湿度后，才能运用相应的方法调节空气湿度，有效消除静电，创造森林、海般的清新空气。可见空气湿度的检测对于我们的身心健康和工作学习的重要性。 温度、湿度监测在人们现实生活生产中应用已日渐广泛，在发电厂、纺织、食品、医药、建筑、仓库、农业大棚等众多的应用场所，对温度、湿度参量的要求都非常严格，因此能否有效对这些领域的温、湿度数据进行实时监测和控制是一个必须解决的重要前提。 本课题即以上述问题为出发点，设计实现了对空气湿度的实时监测系统，该系统能检测出当前空气的湿度。

湿度传感器原理及其应用

湿度传感器的原理及其应用 随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类及感湿特点 湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点： 1、精度和长期稳定性 湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。 2、湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般 0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。 3、湿度传感器的供电 金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 4、互换性 目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。 5、湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。 二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法 在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。

室内温湿度传感器应用

室内温湿度传感器 一、概述 PRT-THS-EXX精密型温湿度传感器是采用最新专利技术的半导体敏感器件设计方案，用于测量室内环境的温度、湿度的一体化智能监控模块。产品不仅具有显示直观、精度高、成本低、外形美观、安装方便等特点，而且特别具有专利技术的自恢复自校准功能，因此，产品测量精度高、长期稳定性好。本公司提供有RS485接口、干节点输出接口、4-20mA模拟输出等多种型号产品，为用户提供全系列温湿度监控解决方案，已经广泛应用于通讯机房、IDC数据机房、空调室、实验室、图书馆、办公室等室内场所的温湿度测量。 二、主要功能 (1)采用最新专利技术设计方案，具有自恢复自校正功能，精度高，一致性好。 (2)大屏幕高亮度LCD显示，观察直观、操作简便。 (3)具有温度单位选择：摄氏度(℃)、华氏度(℉)可设置，可在全球范围使用。 (4)具有温度、湿度误差校正设置，方便进行定期校验。 (5)具有RS485接口，采用标准MODBUS协议，便于远程监控系统集成。（PRT-THS- E10）。 (6)具有温度、湿度测量范围设置，提供4～20mA信号输出，用于传统数据采集应用。 （PRT-THS-E20） (7)具有温度、湿度告警范围设置，提供干接点告警信号输出，实现本地告警功能。 （PRT-THS-E30） (8)外接端口具有抗电磁干扰设计，可靠性高。 (9)电源输入具有防反功能，电源输入正负反接不损坏设备。 (10)模块化结构，安装、维护方便。 三、产品型号及主要技术参数 型号PRT-THS-E10PRT-THS-E20PRT-THS-E30 输出方式 RS485接口4～20mA输出光继电器输出MODBUS-RTU协议 负载能力： 12V电源：100Ω(推 荐) 24V电源：250Ω(推 荐) 触点电压：<40V 触点电流：<100mA 输出电阻：<50Ω 输入电源范围额定：12VDC 额定：12V/24VDC 额定：12VDC

湿度传感器HS1101

湿度传感器HS1101 1引言 湿度传感器是根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变化，从而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材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，由于它具有灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。但电阻对温度的敏感因而限制了器件在较大温度范围内的应用，因而电容湿度传感器越来越受到重视。 2 湿敏元件及变送器芯片特性 目前，生产湿敏电容的主要厂家是法国Humirel 公司。它生产的HS1101 测 量范围是0%,100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不大于?2%RH;响应时间小于5S;湿度系数为0.34PF/?;年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。图1 为HS1101 湿敏电容的湿度-电容响应曲线。 湿度变送器采用了美国 BB 公司生产的XTR105芯片，该变送器具有以下特点: a 工作范围宽; b 测量精度高; c 电路简单; d 可靠性好，使用寿命长; e 抗干扰能力强; f 工作温度范围宽(-40,+85?)

3 湿度测量电路 HS1101在电路中相当于一个电容器件，它的电容量随着所测空气湿度的增加而增大，为了能将电容的变化转换成电压的变化，我们设计了振荡电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转换电路、放大电路等，其工作原理简图如图2 所示。 3.1 振荡电路 振荡电路的作用是将电容的变化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荡器。或非门G1 工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2 的静 态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。

几种土壤湿度传感器

湿度传感器原理 悬赏分：20 - 解决时间：2010-5-25 22:13 湿度传感器原理 提问者：YLQ19880803 - 二级 最佳答案 湿度传感器原理 湿度传感器2009-04-29 20:50:36 阅读991 评论0 字号：大中小 湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。 湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。 1、氯化锂湿度传感器 （1）电阻式氯化锂湿度计 第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。 氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。例如0.05％的浓度对应的感湿范围约为（80～100）％RH ，0.2％的浓度对应范围是（60～80）％RH 等。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2 ～100）%RH 。 （2）露点式氯化锂湿度计 露点式氯化锂湿度计是由美国的Forboro 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。 2、碳湿敏元件 碳湿敏元件是美国的E.K.Carver 和C.W.Breasefield 于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点，因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5％RH ，时间常数在正温时为2～3s，滞差一般在7％左右，比阻稳定性亦较好。 3、氧化铝湿度计 氧化铝传感器的突出优点是，体积可以非常小（例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重），灵敏度高（测量下限达-110℃露点），响应速度快（一般在0.3s 到3s 之间），测量信号直接以电参量的形式输出，大大简化了数据处理程序，等等。另外，它还适用于测量液体中的水分。如上特点正是工业和气象中的某些测量领域所希望的。因此它被认为是进行高空大气探测可供选择的几种合乎要求的传感器之一。也正是因为这些特点使人们对这种方法产生浓厚的兴趣。然而，遗憾的是尽管许多国家的专业人员为改进传感器的性能进行了不懈的努力，但是在探索生产质量稳定的产品的工艺条件，以及提高性能稳定性等与实用有关的重要问题. 上始终未能取得重大的突破。因此，到目前为止，传感器通常只能在特定的条件和有限的范围内使用。近年来，这种方法在工业中的低霜点测量方面开始崭露头角。

温湿度传感器在家庭中的应用

家庭当中常用的传感器主要有温度传感器、气体传感器、光传感器、超声波传感器以及红外线传感器等等。其中温湿度传感器在家电应用最为普遍，它不仅给生活带来极大的便利，还能使家庭内外的空气相平衡。 随着生活水平的提高，家具智能化的需求逐步显现，温度、湿度等数据采集的应用也开始显现出越来越大的市场潜力。通过温湿度传感器，C8051F985低功耗MCU，CP2403 LCD 驱动，和LCD显示器构建一个用于家庭等温度、湿度数据采集的系统，该系统主要用于方便、及时的获取室内、外的温度、湿度等数据(也可和其他传感器集成扩展数据采集应用范围)。家庭数据采集系统的工作原理 使用温湿度传感器，C8051F985低功耗处理器，CP2403 LCD驱动，都具有I C通信接口，可做成模块，只需要选用自己的LCD显示器即可。 典型应用如下：室内、室外各放置温湿度传感器(以下简称采集节点)一个，定时唤醒采集温度、湿度原始数据，经过温湿度传感器内部的AD转换器，和出厂校准的原始数据处理，转换成温、湿度最终数据，经由I C总线传递到低功耗处理器C8051F985处理。C8051F985低功耗处理器决定启用哪个采集节点，以此降低功耗，并控制CP2403 LCD驱动，将数据最终显示LCD显示器上。本文使用的Si7001温湿度传感器，C8051F985低功耗处理器，CP2403 LCD驱动，都具有I2C通信接口，可做成模块，只需要选用自己的LCD显示器即可。典型应用如下：室内、室外各放置2个Si7001温湿度传感器(以下简称采集节点)，定时唤醒采集温度、湿度原始数据，经过Si7001内部的AD转换器，和出厂校准的原始数据处理，转换成温、湿度最终数据，经由I2C总线传递到低功耗处理器C8051F985处理。C8051F985低功耗处理器决定启用哪个采集节点，以此降低功耗，并控制CP2403 LCD驱动，将数据最终显示LCD显示器上。 家庭数 据采集系统的性 能- 各节点 功耗① Si7001的功耗 Si7001湿度测量 周期内典型的电 流为240uA，温度 测量周期内典型 的电流为320uA， 睡眠电流0.2uA， 每分钟进行一次 温、湿度测量的平 均功耗仅为1uA。 ②C8051F985的功 耗C8051F985睡眠电流10nA，工作电流150uA/MHz ③CP2403的功耗。睡眠电流0.02μA，工作电流<3uA。以每分钟测量一次，工作频率4MHz进行计算，平均功耗为不超过15uA，非常适合电池供电

叶面湿度传感器的工作原理及应用领域

叶面湿度传感器的工作原理及应用领域 随着科技的发展，农业科技的水平也在不断提高，这有赖于各种农业仪器的发展和应用。而在过去，像叶面湿度传感器等仪器多是应用于科学研究领域，在实际的农业生产中应用较少。但是随着农业生产规模的扩大，人们已经不再满足于科研成果的展现，而是要将这些技术实实在在的应用到农业生产当中，实现叶面湿度传感器从实验到生产的转变。 农业仪器的种类很多，它们分别作用于不同的方面，这里我们以叶面湿度传感器为例。我们知道土壤、阳光和水分是关系到植物生长的重要因素，现在利用各种农业仪器已经实现了对土壤养分，水分和光照度的监测。而研究表明，实际上一些其他的因素，如叶面湿度对作物生长的影响也是有非常重要的影响的，因此利用叶面湿度传感器来精确测量植物叶片表面水份的百分比含量，来进一步指导农业生产作业，巩固农业生产的成果，实现更高的生产目标。 托普云农叶面湿度传感器是采用电阻测量原理，它由表面感应格珊和信号变送器组成，使用时将传感器安装被测植物叶片附近，传感器将模拟植物叶片获得水份的过程。叶面湿度传感器的适用领域很多，首先由于叶面湿度与作物的用水需求存在密切的关系，因此叶面湿度传感器最常用的领域就是节水农业灌溉，其次在温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、科学试验等领域也有非常广泛的应用，并且得到了行业人员的一致认可。 托普云农叶面湿度传感器是广泛应用于温室大棚、实验室、养殖场、人工气候室等环境中的植物表面湿度测量仪器。该仪器体积小巧，性能稳定，灵敏度高，采用模拟形态，精准测量，在现代农业研究中深受研究人员的喜爱。叶面湿度传

感器是促进精确农业发展的重要基础，使用该仪器可以了解作物的生长发育情况以及开展作物生长研究；预防病虫害发生以及预警；叶面施肥、喷洒、喷雾以及灌溉控制等，是观测和研究叶面湿度、预防病虫害以及喷洒喷灌控制的重要工具，那么叶面湿度传感器是如何做到精准测量的呢？叶面湿度传感器的工作原理是什么？ 从组成上来看，叶面湿度传感器主要是由叶面模拟板、信号处理电路、温度校正电路、灌封壳体等部分组成。在测量的过程中，其内部处理器会将整个叶面板当作介电常数介质来测量，通过高频信号源及其处理电路实现湿度信息的测量。同时为了防止温度以及漂移的影响，内部还使用温度校正以及信号漂移补偿电路，从而实现精准可靠测量。 以上就是叶面湿度传感器的工作原理。值得一说的是，叶面湿度传感器属于一款十分精密的器件，因此用户在使用的过程中，有些地方还是需要注意的，比如说使用的过程中，请不要自行拆卸，用尖锐物品或腐蚀性液体接触传感器表明，以免损坏产品，也不要随意改动产品出厂时已经焊接好的元器件或导向，以确保叶面湿度传感器使用的稳定性和准确性。

土壤湿度传感器工作原理资料讲解

土壤湿度传感器工作 原理

精品文档 标签：无标签 土壤湿度传感器的工作原理 随着全球水资源的紧缺，特别是我国淡水资源的不足，加上我国又是农业上的大国，于对于雨水的要求十分的高，现在很多科学家致力于湿度传感器以求达到节约农业用水的效果。 湿度传感器由湿度检测电路和声报警电路等部分组成。RP1为湿度下限预置点，RP2为湿度上限预置点。当土壤中的湿度处在预置的上下限湿度之间时，由于探头 a、h间的土壤电阻值在规定范围内，c点的电位低于 RPI的滑动端电位(比较器同相输入端 )，故比较器 I输出高电平，red不发光；RP2的滑动端电位低于 c 点电位，则比较器 II输出高电平，green也不发光。若土壤的湿度达到或超过 RP2设定的上限湿度时，ab探头间电阻变小，从而探头分压减小，比较器 II的同相输入端电位(c点电位 )低于比较器反相端电位(RP2滑动端电位 )，则比较器 II翻转输出低电平，green发光，同时 SS8550II导通蜂鸣器发声，表示土壤湿度过大。若土壤干燥达到或超过 RP1设定的下限湿度时，a、b探头间电阻增大，从而探头分压增大高于比较器 I同相端电压(RP1滑动端电位)，比较器 I输出低电平，red发光，同时 SS8550I导通蜂鸣器发声，表示土壤湿度过小。蜂呜器设计是便于用户设置报警点，当设置完毕可将电键 SP断开，由下位机统一报错。传感器探头 a、b是由长160 mm、直径为5 mm的两根不锈钢棒制成，相间55 mm。 土壤探头现场调试过程为：①将 RP1的滑动触点调至最上端，RP2的滑动触点调至最下端，使red，green都熄灭；②进行土壤湿度调试，取两盆适合温室育苗的土样，一盆 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

基于HS1101 的湿度传感器及其变送器的设计

基于HS1101 的湿度传感器及其变送器的设计1引言 湿度传感器是根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变化，从而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材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，由于它具有灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。但电阻对温度的敏感因而限制了器件在较大温度范围内的应用，因而电容湿度传感器越来越受到重视。 2 湿敏元件及变送器芯片特性 目前，生产湿敏电容的主要厂家是法国Humirel 公司。它生产的HS1101 测 量范围是0%,100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不大于?2%RH;响应时间小于5S;湿度系数为0.34PF/?;年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。图1 为HS1101 湿敏电容的湿度-电容响应曲线。 湿度变送器采用了美国 BB 公司生产的XTR105芯片，该变送器具有以下特点: a 工作范围宽; b 测量精度高; c 电路简单; d 可靠性好，使用寿命长; e 抗干扰能力强; f 工作温度范围宽(-40,+85?)

3 湿度测量电路 HS1101在电路中相当于一个电容器件，它的电容量随着所测空气湿度的增加而增大，为了能将电容的变化转换成电压的变化，我们设计了振荡电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转换电路、放大电路等，其工作原理简图如图2 所示。 3.1 振荡电路 振荡电路的作用是将电容的变化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荡器。或非门G1 工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2 的静态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。 由于电容充放电的时间T为2.2RC，所以输出的方波频率:

湿度传感器原理及其应用

湿度传感器的原理及其应用随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90 年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。 一、湿度传感器的分类及感湿特点 湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点： 1、精度和长期稳定性 湿度传感器的精度应达到戈％± 5%RH,达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~± 3%RH 的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20C ±10C）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH 水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。 2、湿度传感器的温度系数湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系 数一般 0.2~0.8%RH/ C范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40 C以上正常工作。 3、湿度传感器的供电 金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 4、互换性 目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。 5、湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。 二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。 1、一致性判定，同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h 内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低 3 种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。