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人類的生存和社會活動與濕度密切相關(guān),。隨著現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn),，很難找出一個與濕度無關(guān)的領(lǐng)域來,。由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，對濕度傳感器的技術(shù)要求也不同,。從制造角度看,，同是濕度傳感器，材料,、結(jié)構(gòu)不同,，工藝不同．其性能和技術(shù)指標(biāo)有很大差異，因而價格也相差甚遠(yuǎn),。對使用者來說,，選擇濕度傳感器時，首先要搞清楚需要什么樣的傳感器,；自己的財(cái)力允許選購什么檔次的產(chǎn)品,，權(quán)衡好“需要與可能”的關(guān)系,，不致于盲目行事。我們從與用戶的來往中,，覺得有以下幾個問題值得注意。

　　1．選擇測量范圍

　　和測量重量,、溫度一樣,，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象,、科研部門外,，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程（0-100％RH）測量,。在當(dāng)今的信息時代,，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制拄術(shù)緊密結(jié)合著,。測量的目的在于控制,，測量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然,，對不需要搞測控系統(tǒng)的應(yīng)用者來說,，直接選擇通用型濕度儀就可以了。下面列舉一些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)穸葌鞲衅魇褂脺囟?、濕度的不同要求,，供使用者參考（見?）。用戶根據(jù)需要向傳感器生產(chǎn)廠提出測量范圍,，生產(chǎn)廠優(yōu)先保證用戶在使用范圍內(nèi)傳感器的性能穩(wěn)定一致,，求得合理的性能價格比，對雙方來講是一件相得益彰的事情,。

　　2,、選擇測量精度

　　和測量范圍一樣，測量精度同是傳感器zui重要的指標(biāo),。每提高—個百分點(diǎn)．對傳感器來說就是上一個臺階,，甚至是上一個檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度,，其制造成本相差很大,，售價也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的1只廉價的濕度傳感器只有幾美元,，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元,，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣,，不宜盲目追求“高,、精,、尖”。

　　生產(chǎn)廠商往往是分段給出其濕度傳感器的精度的,。如中,、低溫段（0一80％RH）為±2％RH，而高濕段（80—100％RH）為±4％RH,。而且此精度是在某一溫度下（如25℃）的值,。如在不同溫度下使用濕度傳感器．其示值還要考慮溫度漂移的影響。*,，相對濕度是溫度的函數(shù),，溫度嚴(yán)重地影響著空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化0.1℃,。將產(chǎn)生0.5％RH的濕度變化（誤差）,。使用場合如果難以做到恒溫，則提出過高的測濕精度是不合適的,。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的話,，奢談測濕精度將失去實(shí)際意義。所以控濕首先要控好溫,，這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故,。

　　多數(shù)情況下，如果沒有的控溫手段,，或者被測空間是非密封的,，±5％RH的精度就足夠了。對于要求控制恒溫,、恒濕的局部空間,，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用±3％RH以上精度的濕度傳感器,。與此相對應(yīng)的溫度傳感器．其測溫精度須足±0.3℃以上,，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2％RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到,，更何況傳感器自身了,。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為：“相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下,，要達(dá)到2％RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的,。”

　　3、考慮時漂和溫漂

　　幾乎所有的傳感器都存在時漂和溫漂,。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸,，所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的,。一般情況下,，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年,，到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請使用者在選擇傳感器時考慮好日后重新標(biāo)定的渠道,，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問屬,。

　　溫漂在上1節(jié)已經(jīng)提到。選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場合的溫度變化范圍,，看所選傳感器在溫度下能否正常工作,，溫漂是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。要提醒使用者注意的是：電容式濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個變量,，它隨使用溫度,、濕度范圍而異,。這是因?yàn)樗透叻肿泳酆衔锏慕殡娤禂?shù)隨溫度的改變是不同步的,，而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù)，所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù),。電容式濕度傳感器在常溫,、中濕段的溫度系數(shù)zui小，5-25℃時,，中低濕段的溫漂可忽略不計(jì),。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時，就一定要考慮溫漂的影響,，進(jìn)行必要的補(bǔ)償或訂正,。

　　領(lǐng)域 部門 溫度（℃） 溫度（%RH）

　　紡織 紡紗廠 23 60

　　織布廠 18 85

　　醫(yī)藥 制藥廠 10～ 30 50～60

　　手術(shù)室 23～ 26 50～60

　　輕工 印刷廠 23～ 27 49～51

　　卷煙廠 21～ 24 55～65

　　火柴廠 18～22 50

　　電子 半導(dǎo)體 22 30～45

　　計(jì)算機(jī)房 20～30 40～70

　　通 訊 電纜充氣 -10～30 0～20

　　食 品 啤酒發(fā)酵 4～8 50～70

　　農(nóng)業(yè) 良種培育 15～40 40～75

　　人工大棚 5～40 40～100

　　倉儲 水果冷凍 -3～5 80～90

　　地下菜窖 -3～ -1 70～ 80

　　文物保管 16～18 50～55

　　注：在不同領(lǐng)域的使用范圍（%RH/℃）

　　4．與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系

　　早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計(jì)，而電子式濕度傳感器是近幾十年．特別是近20年才迅速發(fā)展起來的,。新舊事物的交替與人們的觀念轉(zhuǎn)變很有關(guān)系,。由于干濕球、毛發(fā)濕度計(jì)的價格仍明顯低于濕度傳感器,，造成一部分人對電子濕度傳感器價格的不認(rèn)可,。正好像用慣了掃帚的人改用吸塵器時，總覺得花幾百元錢買一臺吸塵器有些不上算,，不如花幾元錢買把掃帚那樣心理容易平衡,。

　　由于傳統(tǒng)測濕方法在人們的腦海中印象太深了，一些人形成了只有干濕球濕度計(jì)才是準(zhǔn)確的固有概念,。有些用戶拿干濕球濕度計(jì)來對比剛購得的濕度傳感器,，如發(fā)現(xiàn)示值不同，馬上認(rèn)為濕度傳感器不準(zhǔn),。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有5％一7％RH,，不但低于電子濕度傳感器，而且還取決于干球,、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度,；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套,、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時,，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度,。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，zui常用分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來進(jìn)行標(biāo)定,。所以希望用戶在需要校準(zhǔn)時也采用相同的方法,，避免用準(zhǔn)確度低的器具去校準(zhǔn)或比對精度高的傳感器。

　　5,、其它注意事項(xiàng)

　　濕度傳感器是非密封性的,，為保護(hù)測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性,、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用,。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度,，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處,。如果被測的房間太大，就應(yīng)放置多個傳感器,。

　　有的濕度傳感器對供電電源要求比較高,，否則將影響測量精度．或者傳感器之間相互干擾，甚至無法工作,。使用時應(yīng)技要求提供合適的,、符合精度要求的供電電源。

　　傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸時,，要注意信號的衰減問題,。當(dāng)傳輸距離超過200m以上時，建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器,。

　　由于濕敏元件都存在一定的分散性,，無論進(jìn)口或國產(chǎn)的傳感器都需逐支調(diào)試標(biāo)定。大多數(shù)在更換濕敏元件后需要重新調(diào)試標(biāo)定,，對于測量精度比較高的濕度傳感器尤其重要,。

　　濕度傳感器的發(fā)展趨勢

　　介紹濕敏元件的特性，重點(diǎn)闡述集成濕度傳感器,、單片智能化濕度/溫度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類,，zui后給出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。

　　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)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中,，濕度是zui難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù),。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來測量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要,。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多,，溫度是個獨(dú)立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng),、溫度）的影響,。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個難題,。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴,。

　　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,。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化,、智能化,、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展,，為開發(fā)新一代濕度/溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平,。

　　1 濕敏元件的特性

　　濕敏元件是zui簡單的濕度傳感器,。濕敏元件主要電阻式、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，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量濕度,。濕敏電阻的種類很多，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(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,、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時,，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,，其測量范圍是（1%～99%）RH,，在55%RH時的電容量為180pF（典型值）,。當(dāng)相對濕度從0變化到100%時,，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,，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中,，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(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,，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號,，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時的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)上對濕度從10%變化到95%時,，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好,、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī),、價格低等優(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,，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量出溫度值,。

　　3 單片智能化溫度/溫度傳感器

　　2002年Sensiron公司在世界上研制成功SHT11,、SHT15型智能化溫度/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，每只傳感器都在溫度室中做過精密標(biāo)準(zhǔn),，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲器中,，在測量過程中可對相對濕度進(jìn)行自動校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測量相對溫度,，還能測量溫度和露點(diǎn),。測量相對溫度的范圍是0～100%，分辨力達(dá)0.03%RH,，zui高精度為±2%RH,。測量溫度的范圍是-40℃～+123.8℃,，分辨力為0.01℃,。測量露點(diǎn)的精度<±1℃,。在測量濕度,、溫度時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,，抗干擾能力強(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)部包含相對濕度傳感器,、溫度傳感器,、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器,、校準(zhǔn)存儲器（E2PROM）,、易失存儲器（RAM）是、狀態(tài)寄存器,、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器,、二線串行接口、控制單元,、加熱器及低電壓檢測電路,。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度,、溫度的信號，然后經(jīng)過放大,，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,、校準(zhǔn)和糾錯，zui后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至μC,。鑒于SHT11/15輸出的相對濕度讀數(shù)值與被測相對濕度呈非線性關(guān)系,，為獲得相對濕度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須利用μC對讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償,。此外當(dāng)環(huán)境溫度TA≠+25℃時,，還需要對相對濕度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　芯片內(nèi)部有一個加熱器,。將狀態(tài)寄存器的第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）,。使用加熱器可實(shí)現(xiàn)以下三種功能：①通過比較加熱前后測出的相對濕度值及溫度值,，可確定傳感器是否正常工作；②在潮濕環(huán)境下使用加熱器,，可避免傳感器凝露,；③測量露點(diǎn)時也需要使用加熱器。

　　露點(diǎn)也是濕度測量中的一個重要參數(shù),，它表示在水汽冷卻過程中zui初發(fā)生結(jié)露的溫度,。為了計(jì)算露點(diǎn),，Sensirion公司還向用戶提供一個測量露點(diǎn)的程序“SHT xdp.bsx”。利用該程序可以控制內(nèi)部加熱器的通,、斷,，再根據(jù)所測得的溫度值及相對濕度值計(jì)算出露點(diǎn)。在命令響應(yīng)界面上運(yùn)行此程序時,，計(jì)算機(jī)屏幕上就顯示提示符“>”,。用戶首先從鍵盤上輸入字母“S”，然后輸入相應(yīng)的數(shù)字,，即可獲得下述結(jié)果：

　　輸入數(shù)字“1”時,，測量并顯示出攝氏溫度dgC=xx.x；

　　輸入數(shù)字“2”時,，測量并顯示出相對濕度%RH=xx.x,；

　　輸入數(shù)字“3”時，打開加熱器,，使傳感器溫度升高5℃,；

　　輸入數(shù)字“4”時，關(guān)閉加熱器,，使傳感器降溫,；

　　輸入數(shù)字“5”時，顯示露點(diǎn)溫度dpC=xx.x,。

　　4 集成濕度傳感器典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)

　　集成濕度傳感器的測量范圍一般可達(dá)到0～100%,。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測量范圍限制為10%～95%。設(shè)計(jì)+3.3V低壓供電的濕度/溫度測試系統(tǒng)時,，可選用SHT11,、SHT15傳感器。這種傳感器在測量階段的工作電流為550μA,，平均工作電流為28μA（12位）或2μA（8位）,。上電時默認(rèn)為休眠模式（Sleep Mode），電源電流僅為0.3μA（典型值）,。測量完畢只要沒有新的命令,，就自動返回休眠模式，能使芯片功耗降至zui低,。此外,，它們還具有低電壓檢測功能。當(dāng)電源電壓低于+2.45V±0.1V時,，狀態(tài)寄存器的第6位立即更新,，使芯片不工作，從而起到了保護(hù)作用,。

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