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教程:濕度傳感器測量電路的設(shè)計解析

2023-02-09
來源:傳感器與檢測技術(shù)

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  濕度測量電路檢測電路的選擇

  1、電源選擇

  一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源,否則性能會劣化甚至失效。

  電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動實現(xiàn)的,在直流電源作用下,正、負(fù)離子必然向電源兩極運動,產(chǎn)生電解作用,使感濕層變薄甚至被破壞;在交流電源作用下,正負(fù)離子往返運動,不會產(chǎn)生電解作用,感濕膜不會被破壞。

  交流電源的頻率選擇是,在不產(chǎn)生正、負(fù)離子定向積累情況下盡可能低一些。在高頻情況下,測試引線的容抗明顯下降,會把濕敏電阻短路。另外,濕敏膜在高頻下也會產(chǎn)生集膚效應(yīng),阻值發(fā)生變化,影響到測濕靈敏度和準(zhǔn)確性。

  2、溫度補(bǔ)償

  濕度傳感器具有正或負(fù)的溫度系數(shù),其溫度系數(shù)大小不一,工作溫區(qū)有寬有窄。所以要考慮溫度補(bǔ)償問題。

  對于半導(dǎo)體陶瓷傳感器,其電阻與溫度的的關(guān)系一般為指數(shù)函數(shù)關(guān)系,通常其溫度關(guān)系屬于NTC型,即

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  H:相對濕度;T:絕對溫度;

  R0:在T=0℃相對濕度H=0時的阻值;

  A:濕度常數(shù);B:溫度常數(shù)。

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  濕度溫度系數(shù)=

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  若傳感器的濕度溫度系數(shù)為0.07%RH/℃,工作溫度差為30℃,測量誤差為0.21%RH/℃,則不必考慮溫度補(bǔ)償;若濕度溫度系數(shù)為0.4%RH/℃,則引起12%RH/℃的誤差,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

  3.線性化

  濕度傳感器的感濕特征量與相對濕度之間的關(guān)系不是線性的,這給濕度的測量、控制和補(bǔ)償帶來了困難。需要通過一種變換使感濕特征量與相對濕度之間的關(guān)系線性化。下圖為濕度傳感器測量電路原理框圖。

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  濕度傳感器測量電路原理框圖

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  典型電路

  電阻式濕度傳感器,其測量電路主要有兩種形式:

  1.電橋電路

  振蕩器對電路提供交流電源。電橋的一臂為濕度傳感器,由于濕度變化使?jié)穸葌鞲衅鞯淖柚蛋l(fā)生變化,于是電橋失去平衡,產(chǎn)生信號輸出,放大器可把不平衡信號加以放大,整流器將交流信號變成直流信號,由直流毫安表顯示。振蕩器和放大器都由9V直流電源供給。電橋法適合于氯化鋰濕度傳感器。

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  便攜式濕度計的實際電路

  2.歐姆定律電路

  此電路適用于可以流經(jīng)較大電流的陶瓷濕度傳感器。由于測濕電路可以獲得較強(qiáng)信號,故可以省去電橋和放大器,可以用市電作為電源,只要用降壓變壓器即可。其電路圖如圖。

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  3.帶溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量電路

  在實際應(yīng)用中,需要同時考慮對濕度傳感器進(jìn)行線性處理和溫度補(bǔ)償,常常采用運算放大器構(gòu)成濕度測量電路。下圖為濕度測量電路中Rt是熱敏電阻器(20kΩ, B=4100K);RH為H204C濕度傳感器,運算放大器型號為LM2904。該電路的濕度電壓特性及溫度特性表明:在(30%~90%)RH、 15℃~35℃范圍內(nèi),輸出電壓表示的濕度誤差不超過3%RH。

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