湿度传感器调研报告Word文件下载.docx

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湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长久裸露在待测环境

中，很简单被污染而影响其丈量精度及长久稳固性。

这方面没有干湿球测湿方法好。

下边对

各样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

第一个鉴于电阻-湿度特征原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的研制

出来的。

这种元件拥有较高的精度，同时构造简单、价廉，合用于常温常湿的测控等一系列

长处。

氯化锂元件的丈量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其余成分相关。

单个元件的有效感湿范

围一般在20%RH之内。

比如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。

因而可知，要丈量较宽的湿度范围时，一定把不一样

浓度的元件组合在一起使用。

可用于全量程丈量的湿度计组合的元件数一般为5个，采纳元

件组合法的氯化锂湿度计可测范围往常为（15～100）%RH，外国有些产品宣称其丈量范围

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企业第一研制出来的，后来我国和很多国家

都做了大批的研究工作。

这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相像，但工作原理却完

全不一样。

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和于1942年第一提出来的，与常用

的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件对比，碳湿敏元件拥有响应速度快、重复性好、无冲蚀效

应和滞后环窄等长处，因之令人瞩目。

我国气象部门于70年月初展开碳湿敏元件的研制，

并获得了踊跃的成就，其丈量不确立度不超出±

5%RH，时间常数在正温时为2～3s，滞差

一般在7%左右，比阻稳固性亦较好。

3、氧化铝湿度计

氧化铝传感器的突出长处是，

体积能够特别小（比如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、

12mg重），敏捷度高（丈量下限达

-110℃露点），响应速度快（一般在

0.3s到3s之间），

丈量信号直接以电参量的形式输出，

大大简化了数据办理程序，等等。

此外，它还合用于测

量液体中的水分。

如上特色正是工业随和象中的某些丈量领域所希望的。

所以它被以为是进

行高空大气探测可供选择的几种符合要求的传感器之一。

也正是因为这些特色令人们对这种

方法产生浓重的兴趣。

但是，遗憾的是只管很多国家的专业人员为改良传感器的性能进行了

不懈的努力，可是在探究生产质量稳固的产品的工艺条件，

以及提升性能稳固性等与适用有

关的重要问题.

上一直未能获得重要的打破。

所以，到当前为止，传感器往常只好在特定的条件和有限

的范围内使用。

最近几年来，这种方法在工业中的低霜点丈量方面开始锋芒毕露。

4、陶瓷湿度传感器

在湿度丈量领域中，关于低湿和高湿及其在低平和高温条件下的丈量，到当前为止仍旧

是一个单薄环节，而此中又以高温条件下的湿度丈量技术最为落伍。

过去，通风干湿球湿度

计几乎是在这个温度条件下能够使用的独一方法，而该法在实质使用中亦存在各种问题，无

法律人满意。

另一方面，科学技术的进展，要求在高温下丈量湿度的场合愈来愈多，比如水

泥、金属冶炼、食品加工等波及工艺条件和质量控制的很多工业过程的湿度丈量与控制。

因

此，自60年月起，很多国家开始竟相研制合用于高温条件下进行丈量的湿度传感器。

考虑

到传感器的使用条件，人们很自然地把探究方向着眼于既拥有吸水性又能耐高温的某些无机

物上。

实践已经证明，陶瓷元件不单拥有湿敏特征，并且还可以够作为感温元件随和敏元件。

这些特征使它极有可能成为一种有发展前程的多功能传感器。

寺日、福岛、新田等人在这方

面已经迈出了很是成功的一步。

他们于1980年研制成称之为“湿瓷-Ⅱ型”和“湿瓷-Ⅲ型”

的多功能传感器。

前者可测控温度和湿度，主要用于空调，后者可用来丈量湿度和诸如酒精等多种有机蒸气，主要用于食品加工方面。

二、湿度及其表示方法

在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其四周的大气里老是含有或多或少的水汽。

大气中

含有水汽的多少，表示大气的干、湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是表示大气干湿程度的物理量。

大气湿度有两种表示方法：

绝对湿度与相对湿度。

1、绝对湿度

V

绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量，其表达式为V

式中：

ρ—被测空气的绝对湿度

MV一被测空气中水汽的质量

—被测空气的体积

2、相对湿度

相对湿度是气体的绝对湿度（ρV）与在同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度（ρW）

之比，常表示为％RH．其表达式为

相对湿度=（ρV/ρW）×

100%RH

依据道尔顿分压定律，空气中压强P＝Pa十PV（Pa为干空气分压，PV为湿空气气压）和理想状态方程，经过变换．又可将相对湿度用分压表示：

相对湿度＝（PV/PW）×

100%RH；

PV一待测气体的水汽分压；

Pw一起一温度下水蒸汽的饱和水汽压。

三、湿度传感器的性能特色及产品分类

当前，外国生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell企业

HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel企业（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223

型），Sensiron企业（SHT11、SHT15型）。

这些产品可分红以下三种种类：

线性电压输出式集成湿度传感器

典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。

其主要特色是采纳恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比率关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力

强。

线性频次输出集成湿度传感器

典型产品为HF3223型。

它采纳模块式构造，属于频次输出式集成湿度传感器，在

55%RH时的输出频次为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频次就从9560Hz减小到8030Hz。

这种传感器拥有线性度好、抗扰乱能力强、便于配数字电路或单片

机、价钱低等长处。

频次/温度输出式集成湿度传感器

典型产品为HTF3223型。

它除拥有HF3223的功能之外，还增添了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。

当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可丈量出温度值。

单片智能化温度/温度传感器

2002年Sensiron企业在世界上领先研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度/温度传

感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）×

5（mm）×

2.5（mm），体积与火柴头邻近。

出厂前，每只

传感器都在温度室中做过精细标准，标准系数被编成相应的程序存入校准储存器中，在丈量

过程中可对相对湿度进行自动校准。

它们不单能正确丈量相对温度，还可以丈量温度和露点。

丈量相对温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±

2%RH。

丈量温度的范

围是-40℃～+123.8℃，分辨力为0.01℃。

丈量露点的精度<

±

1℃。

在丈量湿度、温度时A/D

变换器的位数分别可达12位、14位。

利用降低分辨力的方法能够提升丈量速率，减小芯片

的功耗。

SHT11/15的产品交换性好，响应速度快，抗扰乱能力强，不需要外面元件，适配

各样单片机，可宽泛用于医疗设施及温度/湿度调理系统中。

芯片内部包括相对湿度传感器、温度传感器、放大器、14位A/D（E2PROM）、易失储存器（RAM）是、状态存放器、循环冗余校验码（

变换器、校准储存器CRC）存放器、二

线串行接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。

其丈量原理是第一利用两只传感器分别

产生相对湿度、温度的信号，而后经过放大，分别送至A/D变换器进行模/数变换、校准和

纠错，最后经过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至μC。

鉴于SHT11/15输出的相

对湿度读数值与被测相对湿度呈非线性关系，为获取相对湿度的正确数据，一定利用μC对

读数值进行非线性赔偿。

别的当环境温度TA≠+25℃时，还需要对相对湿度传感器进行温度

赔偿。

芯片内部有一个加热器。

将状态存放器的第2地点“1时”该加热器接通电源，可使传感

器的温度大概高升5℃，电源电流亦增添8mA（采纳+5V电源）。

使用加热器可实现以下三种

功能：

①经过比较加热前后测出的相对湿度值及温度值，可确立传感器能否正常工作；

②在

湿润环境下使用加热器，可防止传感器凝露；

③丈量露点时也需要使用加热器。

露点也是湿度丈量中的一个重要参数，它表示在水汽冷却过程中最先发生结露的温度。

为了计算露点，Sensirion企业还向用户供给一个丈量露点的程序“SHTxdp.bsx”。

利用该程

序能够控制内部加热器的通、断，再依据所测得的温度值及相对湿度值计算出露点。

在命令

响应界面上运转此程序时，计算机屏幕上就显示提示符“>

”。

用户第一从键盘上输入字母“S”，

而后输入相应的数字，即可获取下述结果：

输入数字“1时”，丈量并显示出摄氏温度dgC=xx.x；

输入数字“2时”，丈量并显示出相对湿度%RH=xx.x；

输入数字“3时”，翻开加热器，使传感器温度高升5℃；

输入数字“4时”，封闭加热器，使传感器降温；

输入数字“5时”，显示露点温度dpC=xx.x。

四、湿度传感器典型产品的技术指标

湿度传感器的丈量范围一般可达到0～100%。

但有的厂家为保证精度指标而将丈量范

围限制为10%～95%。

设计+3.3V低压供电的湿度/温度测试系统时，可采纳SHT11、SHT15

传感器。

这种传感器在丈量阶段的工作电流为550μA，均匀工作电流为28μA（12位）或2μA

（8位）。

上电时默以为休眠模式（SleepMode），电源电流仅为0.3μA（典型值）。

丈量完成只需没有新的命令，就自动返回休眠模式，能使芯片功耗降至最低。

别的，它们还拥有低电压检测功能。

当电源电压低于+2.45V±

0.1V时，状态存放器的第6位立刻更新，使芯片不工作，进而起到了保护作用。

五、各种湿度传感器特征曲线

二氧化钛-五氧化二钒湿敏器件的感湿特征曲线PI电容式湿度传感器湿度特征图

MgCr2O4—TiO2湿敏元件的温度特征聚酰亚胺湿度传感器湿度特征图

羟乙基纤维素碳湿敏感元件的感湿特征曲线

六、湿度传感器的选型

国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价钱都相差较大，用户怎样选择性能价钱比最优的理想产品确有必定难度，需要在这方面作深入的认识。

湿度传感器拥有以下特色：

1、精度和长久稳固性

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用具使用，湿度传

感器要达到±

2%~±

3%RH的精度是比较困难的，往常产品资猜中给出的特征是在常温

（20℃±

10℃）和干净的气体中丈量的。

在实质使用中，因为灰尘、油污及有害气体的影

响，使用时间一长，会产生老化，精度降落，湿度传感器的精度水平要联合其长久稳固性去

判断，一般说来，长久稳固性和使用寿命是影响湿度传感器质量的优等问题，年漂移量控

制在1%RH水平的产品极少，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，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围

内，而且有的湿敏元件在不一样的相对湿度下，其温度系数又有差异。

温漂非线性，这需要

在电路上加温度赔偿式。

采纳单片机软件赔偿，或无温度赔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赔偿的成效，非线性的温漂常常

赔偿不出较好的成效，只有采纳硬件温度跟从性赔偿才会获取真切的赔偿成效。

湿度传感

器工作的温度范围也是重要参数。

多半湿敏元件难以在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资料施加直流电压时，会致使性能变化，甚至无效，所以这种湿度传感器不可以用直流电压或有直流成份的沟通电压。

一定是沟通电供电。

4、交换性

当前，湿度传感器广泛存在着交换性差的现象，同一型号的传感器不可以交换，严重影响了使

用成效，给维修、调试增添了困难，有些厂家在这方面作出了各种努力，获得了较好成效。

5、湿度校订

校订湿度要比校订温度困难得多。

温度标定常常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有的指针式湿度计是不可以用来作标定的，精度无

法保证，因其要求环境条件特别严格，一般状况，（最幸亏湿度环境合适的条件下）在缺少

完美的检定设施时，往常用简单的饱和盐溶液检定法，并丈量其温度。

七、应用处景

1、湿度开关

简要说明：

一、尺寸：

32mmX11mmX20mm

长X

宽

X

高

二、主要芯片：

LM393、JX-359-043

三、工作电压：

直流4~6伏

四、特色：

1、拥有信号输出指示。

2、单路信号输出。

3、输出有效信号为低电平。

4、敏捷度可调（精调）。

5、用于检测湿度的场合输出开关量

2、智能湿度丈量仪

由HM1500／1520型湿度传感器和单片机组成的智能湿度丈量仪电路以下图。

该仪表采

用+5V电源，配型湿度传感器，PIC16F874，IC3

4只共阴极LED数码管。

电路中共使用了3片IC：

IC1为HM1500／1520

IC2是由美国微芯片（Microchip）企业生产的带10位ADC的单片机

为7达林顿反相驱动器阵列MC1413。

PIC16F874是一种高性价比的8位单

片机，内含8路逐次迫近式10位A／D变换器，最多可对8路湿度信号进行模数变换，现仅用此中一路。

JT为4MHz石英晶体，配上振荡器电容C1、C2以后可为单片机供给4MHz时钟频次。

PIC16F874的电源电压范围较宽（+2．5～+5V），合适低压供电，静态电流小于

2mA。

RA口（RA0～RA7）为I／O接口，现利用PA0（亦称AIN0）口线来接收湿度传感器所产生的电压信号。

PA1～PA4输出位扫描信号，经过MC1413获取反相后的位驱动信号。

RB

口中的RB0～RB6输出7段码信号，接LED显示器相应的笔段电极a～g。

PIC16F874还具

有掉电保护功能，MCLR为掉电复位锁存端。

当UDD从+5V降至+4V以下时，芯片就进入复位态。

一旦电源电压又恢复正常，一定经过72ms的延缓时间才离开复位状态，转入正常运转状态。

在掉电时期RAM中的数据保持不变，绝不会丢掉。

八、湿度传感器的展望

当前湿度传感器品牌有宝力马、施奈德、西门子、三菱、松下、德国德国神荣、法国Humirel、韩国Syhitech、美国Honeywell。

HLP、日本

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，常常需要对环境湿度进行丈量

及控制。

但在惯例的环境参数中，湿度是最难正确丈量的一个参数。

用干湿球湿度计或毛发

湿度计来丈量湿度的方法，早已没法知足现代科技发展的需要。

这是因为丈量湿度要比丈量

温度复杂的多，温度是个独立的被丈量，而湿度却受其余要素（大气压强、温度）的影响。

别的，湿度的标准也是一个难题。

外国生产的湿度标定设施价钱十分昂贵。

最近几年来，国内外在湿度传感器研发领域获得了长足进步。

湿敏传感器正从简单的湿敏元

件向集成化、智能化、多参数检测的方向快速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创建

了有益条件，也将湿度丈量技术提升到新的水平。

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陆昕杰