收稿日期:2001 03 08 修改稿日期:2001 05 14HS1100/HS1101电容式湿度传感器及其应用林 敏 于忠得大连轻工业学院 辽宁省大连市 116034侯秉涛大连工业学校 辽宁省大连市 116033摘要 介绍了一种新型的电容式湿度传感器的湿敏特性及其测量显示仪表的工作原理、电路组成与优良性能。
关键词:湿度 测量 电路中图分类号:TH 8371 引言测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。
电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。
下面介绍H S1100/HS1101湿度传感器及其应用。
2 特点不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,有顶端接触(H S1100)和侧面接触(H S1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。
图1为湿敏电容工作的温、湿度范围。
图2为湿度-电容响应曲线。
图1 HS11 湿敏电容工作的温湿度范围相对湿度在0%~100%RH 范围内;电容量由162pF 变到200pF,其误差不大于 2%RH;响应时间小于5s;温度系数为0.04pF/ 。
可见精度是较高的。
3 湿度测量电路HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。
如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,常用两种方法:一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D 转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。
图2 HS11 湿敏电容的湿度 电容响应曲线频率输出的555测量振荡电路如图3所示。
湿度传感器HS11011引言湿度传感器是根据某种物质从其周围空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，从而获得该物质的吸水量和周围空气的湿度。
湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。
空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，由于它具有灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。
但电阻对温度的敏感因而限制了器件在较大温度范围内的应用，因而电容湿度传感器越来越受到重视。
2 湿敏元件及变送器芯片特性目前，生产湿敏电容的主要厂家是法国Humirel 公司。
它生产的HS1101 测量范围是0%,100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不大于?2%RH;响应时间小于5S;湿度系数为0.34PF/?;年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。
图1 为HS1101湿敏电容的湿度-电容响应曲线。
湿度变送器采用了美国 BB 公司生产的XTR105芯片，该变送器具有以下特点:a 工作范围宽;b 测量精度高;c 电路简单;d 可靠性好，使用寿命长;e 抗干扰能力强;f 工作温度范围宽(-40,+85?)3 湿度测量电路HS1101在电路中相当于一个电容器件，它的电容量随着所测空气湿度的增加而增大，为了能将电容的变化转换成电压的变化，我们设计了振荡电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转换电路、放大电路等，其工作原理简图如图2 所示。
3.1 振荡电路振荡电路的作用是将电容的变化量转化为频率可变的方波。
由图3 可知，这是一个非对称多谐振荡器。
或非门G1 工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。
G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2 的静态工作点也处于电压传输特性转折区上。
