土壤湿度传感器原理

湿度传感器原理

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。

湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种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

第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。

氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。例如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。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（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 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。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。

湿度传感器原理

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。

湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种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

第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。

氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。例如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。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（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 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。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。

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传感器实验

1． 土壤湿度传感器介绍

SHTxx 系列单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专利的工业COMS 过程微加工技术（CMOSens®），确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14 位的A/D 转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个 SHTxx 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

应用领域

➢ 汽车

➢ 消费品

➢ 气象站

➢ 湿度调节器

➢ 除湿器

➢ 数据记录器

➢ 自动控制

➢ 家电

➢ 医疗 土壤湿度传感器

知识准备 1 讯方公司 传感器实验

2

训练目的

通过本实验了解土壤湿度传感器的硬件电路和工作原理

1． 编写一个读取土壤湿度传感器数据的程序

2． 将数据做简单的处理显示

1． 硬件部分

（1） 采集节点一个

（2） J-Link仿真器一个

（3） 显示终端一台

（4） 土壤湿度传感器一个

2． 软件部分

Keil μVision4 开发环境，J-Link 驱动程序

1． 土壤湿度传感器工作原理

电路中用到，土壤湿度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。其基本工作原理：经过信号放大电路，土壤湿度传感器电路将感受到的土壤湿度以数字量形式输出至单片机系统, 经AD转换由状态显示系统进行显示。

土壤湿度传感器工作框图如图5-1：

图5-1 电路工作框图

以上知识点，可参阅

3 2 实验目的

实验内容

4

5 实验设备

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土壤湿度传感器的工作原理

随着全球水资源的紧缺，特别是我国淡水资源的不足，加上我国又是农业上的大国，于对于雨水的要求十分的高，现在很多科学家致力于湿度传感器以求达到节约农业用水的效果。

湿度传感器由湿度检测电路和声报警电路等部分组成。RP1为湿度下限预置点，RP2为湿度上限预置点。当土壤中的湿度处 在预置的上下限湿度之间时，由于探头 a、h间的 土壤电阻值在规定范围内，c点的电位低于 RPI的滑动端电位(比较器同相输入端 )，故比较器 I输出高电平，red不发光；RP2的滑动端电位低于 c 点电位，则比较器 II输出高电平，green也不发 光。若土壤的湿度达到或超过 RP2设定的上限湿度时，ab探头间电阻变小，从而探头分压减小，比较器 II的同相输入端电位(c点电位 )低于比较器反相端电位(RP2滑动端电位 )，则比较器 II翻转输出低电平，green发光 ，同时 SS8550II导通蜂鸣器发声，表示土壤湿度过大。若土壤干燥达到或超过 RP1设定的下限湿度时，a、b探头间电阻增大，从而探头分压增大高于比较器 I同相端电压(RP1滑动端电位)，比较器 I输出低电平，red发光 ，同时 SS8550I导通蜂鸣器发声，表示土壤湿度过小。蜂呜器设计是便于用户设置报警点，当设置完毕可将电键 SP断开 ，由下位机统一报错 。传感器探头 a、b是由长160 mm、直径为5 mm的两根不锈钢棒制成，相间55 mm。

土壤探头现场调试过程为：①将 RP1的滑动触点调至最上端 ，RP2的滑动触点调至最下端，使red，green都熄灭；②进行土壤湿度调试 ，取两盆适合温室育苗的土样，一盆

为上限湿度(即适合温室育苗的最大土壤湿度)，一盆为下限湿度(即适合温室育苗的最低土壤湿度)。把探头插入上极限土壤中，调节 RP2，使 green刚好点亮，蜂鸣器刚好发声为止；再把探头插入下极限土壤中，调节 RP1，使 red刚好点亮，蜂鸣器刚好发声为止 ；③将土壤湿度探测器的报警输出端ALARM1，ALARM2分别与下位机的P1口相连，下位机上电复位时 P1口为高电平 ，当土壤湿度过高或过低时土壤湿度探测器 ALARM1或 ALARM2端输出低电平，下位机定时扫描