3-55 高精度湿度传感器及湿度测量仪

曾传卿

  湿度传感器的长期漂移、温漂和低湿度测量是湿度界长期以来欲解决的难题,要保证湿度测量的可靠性,就一定要解决这些问题。

  在深入调研国内外现有湿敏元件的基础上,对几种典型的湿敏元件性能进行了分析测试,选用了长期漂移小、温漂小、且在全湿范围内感湿的高分子薄膜电容式湿敏元件,并采用优化设计的多谐振荡器式湿度-电压变换电路,根据大量的实验研究得知,所采用的湿敏元件为正温漂,而电路中开关晶体管及其它元器件的温度漂移为负温漂的规律,对电路进行了温度补偿设计:通过对开关晶体管开关时间、电流放大系数与饱和压降的严格配对,并采用NTC热敏电阻网络进行适当的补偿,使湿敏元件的温漂与电路的温漂相互抵消。在工作环境温度10℃~40℃范围内,实现了≤0.3%RH/℃的温漂指标。

  便携式仪表必须使用干电池供电,因此在设计时就得考虑尽量降低整机功耗。选用了低功耗的集成电路及元器件,并实现了电源的开关化。由四个二输入与非门构成振荡器,输出信号被七个二进制计数器分频,送至模拟开关的控制端,9V干电池供给的电压经稳压后送至模拟开关的输入端,则模拟开关的输出端输出的就是9V开关化电源,其供电时间为连续供电时间的1/5。即理论上节电80%。电池可连续使用50h以上。而整机功耗可控制在≤100mW的范围内。为防止漂移,除温度补偿措施外,还对湿敏元件进行反复的高低温、高低湿循环老化,对其它元器件也进行高低温老化,实现了低时漂。

  测试结果表明,该便携式湿度测量仪实现了099RH测量范围,在10%~90RH范围内,准确度为±3RH;在5%~95RH范围内,准确度为±4RH

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