溫濕度彩色無紙記錄儀測量急速的發(fā)展趨勢及應(yīng)用
一在工農(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)境溫度與濕度彩色無紙記錄儀進行測量及控制,。準確測量溫濕度彩色無紙記錄儀對于生物 制藥,、食品加工,、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。相比之下,，測量濕度彩色無紙記錄儀要比測量溫度更復(fù)雜,，這是因為溫度是個獨立的被測量，而濕度彩色無紙記錄儀卻受大氣壓強和溫度的影響,。目前,，溫濕度彩色無紙記錄儀測量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮,。
主要表現(xiàn)在以下兩方面
1,、溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器正從分立元件向集成化、智能化,、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展,，為開發(fā)新一代溫濕度彩色無紙記錄儀測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；
2,、在溫濕度彩色無紙記錄儀測量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動溫度補償和自動校準濕度彩色無紙記錄儀等項新技術(shù),。
集成溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器的產(chǎn)品分類及性能特點
1.1集成溫度傳感器
集成溫度傳感器主要包括模擬集成溫度傳感器,、智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）兩大類。模擬集成溫度傳感器是將溫度
傳感器集成在一個芯片上,、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的IC,。模擬集成溫度傳感器的特點是功能單一（僅測量溫度
）、測溫誤差小,、價格低,、響應(yīng)速度快,、傳輸距離遠、體積小,、微功耗等優(yōu)點,，適合遠距離測溫、控溫,，不需要進行非線性校準,。外圍電路簡單。其典型產(chǎn)品又AD590,、AD592,、TMP17、LM135等,。
智能溫度傳感器是在20世紀90年代中期問世的,。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶,。目前,，上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器,、A/D轉(zhuǎn)換器,、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路,。有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換器器（MUX）,、*控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）,。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量,，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的,，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平,。典型產(chǎn)品有DS18B20、MAX6654,、LM76等www.jsouwei.com,。
1.2、集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器主要有以下3種：
（1）電壓輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
其特點是采用恒壓供電,，內(nèi)置放大電路,，能輸出與相對濕度彩色無紙記錄儀呈比例關(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。典型產(chǎn)品有美國霍尼韋爾（Honeywell）公司生產(chǎn)的HIH3605/3610、HM1500/1520,。
（2）頻率輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
頻率輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器在55%RH時的輸出頻率為8750HZ（典型值）,，當相對濕度彩色無紙記錄儀從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*力強、便于配數(shù)字電路或單片機,、價格低等優(yōu)點,。典型產(chǎn)品有美國Humirel公司生產(chǎn)的HF3223。
（3）頻率/溫度輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
它除電壓輸出端以外,，還增加了溫度信號輸出端,，通常以負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當環(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溫度值。典型產(chǎn)品為HTF3223型,。
1.3 單片智能化濕度彩色無紙記錄儀/溫度傳感系統(tǒng)
zui近,，瑞士? Sensiron公司在世界上研制成功SHT11、SHT15型智能化濕度彩色無紙記錄儀/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彩色無紙記錄儀室中做過精密校準,，校準系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準
存儲器中，在測量過程中可對相對濕度彩色無紙記錄儀進行自動校準,。它們不僅能準確測量相對濕度彩色無紙記錄儀,，還能測量溫度和露點。
易失存儲器（RAM）,、狀態(tài)寄存器,、循環(huán)冗余校驗碼（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)生相對濕度彩色無紙記錄儀,、溫度的信號,，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,、校準和糾錯，zui后通過二線串行接口將相對濕度彩色無紙記錄儀及溫度的數(shù)據(jù)送至μ C,，芯片內(nèi)部有一個加熱器,，利用加熱器可實現(xiàn)以下三種功能：
a 通過比較加熱前后測出的相對濕度彩色無紙記錄儀值及溫度值,，可確定傳感器是否正常工作；
b 在潮濕環(huán)境下使用加熱器,，可避免傳感器凝露,；
c 測量露點時也需要使用加熱器。
二 溫濕度彩色無紙記錄儀測量領(lǐng)域的發(fā)展趨勢www.owyb88.com
2.1 廣泛采用新技術(shù),、新工藝
隨著科技的進步,，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到溫濕度彩色無紙記錄儀測量領(lǐng)域中。例如,，瑞士Sensiron公司采用CMOSens①（Ce-mo-Sens）技術(shù)為高精度溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度,。其特征是將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度,、智能化,、高精度、高可靠性的濕度彩色無紙記錄儀/溫度檢測系統(tǒng)提供了解決方案,。該項技術(shù)Sensmitter”,，它代表傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機結(jié)合。盡管SHT11/15屬于傳感范疇,，但具有創(chuàng)新性的CMOSens①技術(shù)使之兼有變送器的功能,，便于實現(xiàn)系統(tǒng)集成。
Honeywell公司生產(chǎn)的HIH－3610型濕度彩色無紙記錄儀傳感器,，能在高溫,，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測量含有氨,、苯,、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對濕度彩色無紙記錄儀。即使在飽和狀態(tài)下,，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來,。HIH－3610芯片上有一層起保護作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞,。
2.2提高測量精度和分辨力
目前,，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器,，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器,，分辨力一般可達0.5～0.0625℃.由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數(shù)據(jù),，其分辨力高達0.03125℃,，測溫精度位±0.2℃。我國中國臺灣省豪爾泰克（HOLTEK）公司推出的HT7500型醫(yī)用數(shù)字體溫計集成電路，測溫精度高達±0.1℃（或±0.2℉）,，這是其他溫度計（包括精密水銀溫度計和數(shù)字溫度計）所難以達到的技術(shù)指標,。
SHT11/15型智能化濕度彩色無紙記錄儀/溫度傳感器系統(tǒng)測量相對濕度彩色無紙記錄儀的范圍是0～100%，分辨力達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0.1℃.測量露點的精度<±1℃.在測量濕度彩色無紙記錄儀,、溫度時A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達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*力強,，不需要外部元件，適配各種單片機,，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度/濕度彩色無紙記錄儀調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,。
2.3增加測試功能
新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如,，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC）,，使其功能逢甲完善。DS1624還增加了存儲功能,，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲器,，可存儲用戶的短信息。另外,，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展,，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。
在HIH－3602C型濕度彩色無紙記錄儀傳感器內(nèi)部還增加 1000Ω的鉑熱電阻,，可構(gòu)成濕度彩色無紙記錄儀/溫度測量儀,。
2.4 非線性和溫度補償及自動校準技術(shù)
測量濕度彩色無紙記錄儀時必須對濕度彩色無紙記錄儀傳感器進行非線性補償和溫度補償。新型智能溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器可實現(xiàn)自動補償,。以SHT11/15為例,，其輸出的相對濕度彩色無紙記錄儀讀書值（N）與被測相對濕度彩色無紙記錄儀（RH）呈非線性關(guān)系。當環(huán)境溫度TA=+25℃時,，利用下式可補償非線性：
（1）RH =（ C1 + C2N + C3N2）%=（ -4 + 0.0405N -2.8 × 10-6N2）%
舉例說明：將N=1000代入（1）式中計算出補償后的相對濕度彩色無紙記錄儀RH = 33.7 %,。
當T≠+25℃時，還需要對相對濕度彩色無紙記錄儀傳感器進行溫度補償,，補償公式為
（2）RHT? = RH + （ T – 25 ） · （ 0.01 + 0.00008N ） %
舉例說明,，假如實際溫度T = + 30℃,，利用式（2）不難算出RHT? = 33.7% + 0.45% = 34.15%，這就使對相對濕度彩色無紙記錄儀進行溫度補償后的zui終結(jié)果,。
三在SHT11/15出廠前,，每只傳感器都在濕度彩色無紙記錄儀室中做過精密校準，校準系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準存儲器中,，在測量過程中可對相對濕度彩色無紙記錄儀進行自動校準。在使用濕敏電阻測量線對濕度彩色無紙記錄儀時,，可利用對數(shù)放大器對濕敏電阻的指數(shù)特性曲線進行線性化,，使之近似于線性關(guān)系。
3.1線性頻率輸出式相對濕度彩色無紙記錄儀測量電路
HS1100/1101配上CMOS定時器TLC555可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路,，將相對濕度彩色無紙記錄儀轉(zhuǎn)換成頻率信號,。輸出頻率范圍是7351HZ～6033HZ，所對應(yīng)的相對濕度彩色無紙記錄儀為0～100%,。當RH=55%時,，f=6660HZ.輸出頻率信號可送至數(shù)字頻率計或單片機系統(tǒng)，測量并顯示出相對濕度彩色無紙記錄儀值,。
電路框圖如圖2所示,。采用一片廉價的89C2051單片機，可驅(qū)動4位LED數(shù)碼管,。TLC555輸出的方波頻率信號經(jīng)過放大,，整形及光耦隔離電路，送給89C2051的定時器,。利用鍵盤可完成設(shè)定,、測量或復(fù)位操作，程序就儲存在89C2051的ROM中,，該儀表測量相對濕度彩色無紙記錄儀的范圍是0～100%,，測量精度可達±2%RH，分辨力為0.01%RH.
3.2相對濕度彩色無紙記錄儀/溫度測試系統(tǒng)
由SHT15構(gòu)成的相對濕度彩色無紙記錄儀/溫度測試系統(tǒng)的電路圖框如圖3所示,。該系統(tǒng)能測量并顯示出相對濕度彩色無紙記錄儀,、溫度和露點。SHT15作為從機,，89C51單片機作為主機,，二者通過串行總線進行通信。R為上拉電阻（亦可不用）,，C為電源退耦電容,。P0口、P2口和P3口分別接3組LED顯示器,。其中,，相對濕度彩色無紙記錄儀的測量范圍是0%～99.99%,，測量精度為±2%RH，分辨力為0.01%RH,。溫度測量范圍是-40℃～+123.8℃,，測量精度為±1℃，分辨力為0.01℃.露點測量精度<±1℃,，分辨力也是±0.01℃.