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17．基于电容式传感器的湿度测量系统一、系统的测量原理由物理学可知, 两个平行金属板组成的电容器,如果忽略了边缘效应, 其电容为:各种介质的介电常数不同, 若在两电极间充以空气以外的其他介质, 使介电常数发生变化, 电容量也会随之发生变化。
湿敏电容的理论公式为:式中:A ———极板的面积;d ———两极板间距离;ε———电容极板间介质的介电常数;ε0 ———真空介质电常数;εr———介质的相对介电常数。
从上式可见,当传感器结构一定时,湿敏电容Ct 与介质的相对介电常数εr 成正比,即湿敏电容量Ct 与环境的相对湿度(RH) 呈固定的函数关系。
因此，可以通过对电容Ct的测量来得到环境的湿度。
而电容Ct的测量可以通过电路设计间接得到。
二、传感器结构设计及安装传感器设计与普通电容原理相同，即有两个相隔一定距离的金属板构成。
由于本实验测量的是环境的湿度，因此两极板之间也可以填充吸湿性较好的材料。
安装时，在传感器的两个极板上接上线路，将传感器视作一个电容介入到电路中即可。
三、输入输出（变换）关系因单片机能对频率实现高精度的测量,故可将电容量转变为频率量进行测量。
图中振荡电路Ⅰ产生的是与标准电容Co 相对应的具有固定频率的基本信号,振荡电路Ⅱ产生的是与湿敏电容Ct 相对应的测量信号。
在单片机的控制下使上述两电路同时起振,并测出两信号的频率差或周期差。
该差值是相对湿度的函数,经单片机运算处理后,得到相对湿度送显,超限时报警。
电容—频率的转换可采用键控式多谐振荡器完成，图中A、B 为CMOS 与非门, Ct 为湿敏电容, R0 为标准电阻, Rs 为保护电阻,K 为启振键控端四、测量电路设计图中上部为基准振荡电路, 电容C0 为可变调零电容(其电容值应调至与RH 为0 %时湿敏电容值相等,用以产生具有固定频率的基本信号;下部的振荡电路用以产生与Ct 相对应的测量信号。
图中在振荡信号的输出端加了一级反相器是为了改善输出的波形;在电路的末端加了一级14 位二进制串行计数/分频器4060 ,并对振荡波形进行12 位二进制分频输出(即从Q12输出) ,目的是为了加大可测值范围, 以提高相对湿度的测量精度。
湿度传感器工作原理一、引言湿度传感器是一种常见的传感器，用于测量空气中的湿度。
它在许多领域都有广泛的应用，例如气象、农业、工业等。
本文将详细介绍湿度传感器的工作原理。
二、湿度传感器概述湿度传感器是一种能够测量空气中水分含量的设备。
它通常由两部分组成：一个测量元件和一个信号处理单元。
测量元件负责将空气中的水分转换为电信号，而信号处理单元则将这些电信号转换为实际的湿度值。
三、湿度传感器类型目前市场上有许多种不同类型的湿度传感器，其中最常见的包括电容式、电阻式和共振式等。
1. 电容式湿度传感器电容式湿度传感器利用了空气中水分对电容值的影响来测量湿度。
它通常由两个平行板组成，其中一个板上涂有吸水材料，而另一个则是金属板。
当空气中含有水分时，吸水材料会吸收这些水分并膨胀。
这会导致两个板之间的距离变小，从而增加了电容值。
通过测量电容值的变化，就可以确定空气中的湿度。
2. 电阻式湿度传感器电阻式湿度传感器利用了空气中水分对电阻值的影响来测量湿度。
它通常由两个金属片组成，其中一个片上涂有吸水材料。
当空气中含有水分时，吸水材料会吸收这些水分并膨胀。
这会导致两个金属片之间的距离变小，从而改变了它们之间的电阻值。
通过测量电阻值的变化，就可以确定空气中的湿度。
3. 共振式湿度传感器共振式湿度传感器利用了共振频率对空气中水分含量的敏感性来测量湿度。
它通常由一个陶瓷晶体和一个微型天线组成。
当陶瓷晶体表面被涂上吸水材料时，它会因为质量增加而改变其共振频率。
通过测量共振频率的变化，就可以确定空气中的湿度。
四、湿度传感器工作原理无论是哪种类型的湿度传感器，在工作原理上都遵循着相似的流程：将空气中的水分转换为电信号，再将这些电信号转换为实际的湿度值。
1. 湿度测量元件湿度测量元件是湿度传感器的核心部分。
在电容式和电阻式湿度传感器中，它通常由一个吸水材料组成。
当空气中含有水分时，吸水材料会吸收这些水分并膨胀。
在共振式湿度传感器中，则是通过涂抹吸水材料来改变陶瓷晶体的质量。
提高湿敏电容测量精度的方法
张盛福;张鹏
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2003(000)008
【摘要】高分子薄膜湿敏电容是目前湿度测量经常使用的传感器,其基本原理是在高分子薄膜的上下表面蒸镀一层微孔电极,构成一平行板电容器.当测量气体的相对湿度发生变化时,高分子薄膜在吸湿或脱湿过程中其介电常数ε变化,使湿敏电容的容量与被测气体的相对湿度近似为正比例变化,再将容量变化转化成频率信号即可测量相对湿度.但是,湿敏电容的灵敏度漂移较大,参数的一致性较差.如果硬件采用差频测量方法,并配合相应的软件进行数据处理,在一定程度可以消除传感器调理电路电源波动、环境温度变化、分布电容对测量精度的影响.
【总页数】2页(P34-35)
【作者】张盛福;张鹏
【作者单位】华北航天工业学院电子工程系,河北,廊坊,065000;廊坊食品工程学校,河北,廊坊,065000
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.关于相对湿度过低导致湿敏电容缺测的原因浅析及处理方法初探 [J], 雷文君;郑盐源
2.一种高分子湿敏电容传感器温度特性的软件补偿方法 [J], 王晓蕾;罗丽;陈晓颖
3.湿敏电容器的温度补偿方法研究 [J], 叶小岭;廖俊玲;孙宁
4.一种同时测定湿敏元件电阻和电容分量的实用方法 [J], 应皆荣;万春荣
5.新型电容式蒸汽湿度传感器及提高测量精度的方法 [J], 宁德亮;阎昌琪;高璞珍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电容湿敏传感器的工作原理
电容湿敏传感器的工作原理是:
1. 传感器中有一对电极板,构成一个电容器。
2. 电极板外表面覆盖一层吸湿材料,通常是陶瓷或聚合物。
3. 当空气湿度增加时,吸湿材料会吸收水分子。
4. 水分子的介电常数远大于空气,使电容器的电容量增加。
5. 随着湿度的增大,电容量持续增加。
相反,电容量会随着湿度下降而减小。
6. 将电容器连接在电路中,通过测量电容的变化检测湿度变化。
7. 一般采用电桥电路或振荡电路将电容转换为电频率或电压信号。
8. 然后将该信号输入微控制器,按一定映射关系换算湿度数值。
9. 微控制器显示传感器检测到的相对湿度数据。
10. 根据传感器电容与湿度之间已建立的映射关系,实现湿度的测量。
电容式传感器的工作原理
电容式传感器是一种基于电容原理来检测环境参数变化的传感器。
其工作原理是利用电容器的两个带电极板之间的电场变化来确定外部环境的变化。
当电容式传感器处于静止状态时，电容器的两个带电极板之间形成一个稳定的电场。
此时，两个带电极板之间的电场强度是一定的。
当外部环境发生变化时，比如物体靠近或远离传感器，或是环境温度变化，会导致电容器的电场发生变化。
当有物体靠近传感器时，物体会对电容器的电场产生影响，使电场线密集，电场强度增加；而当物体远离传感器时，电场线稀疏，电场强度减小。
这样的变化会导致电容器的电容值发生相应变化。
通过测量电容值的变化，可以确定外部环境的变化。
一般情况下，电容式传感器会将电容值的变化转换成对应的电压或电流信号，并进一步处理和解读，以获取所需的环境参数信息。
需要注意的是，电容式传感器的工作需要一个恒定的电源供应以及合适的信号处理电路。
同时，在使用过程中还需要考虑到环境因素对电容值的影响，比如温度变化、湿度变化等，这些因素会造成一定的误差。
综上所述，电容式传感器通过测量电容值的变化来检测外部环境的参数变化，是一种常用的传感器类型。
它具有响应速度快、精度高等优点，在很多领域都有广泛的应用。
高分子薄膜电容式湿敏元件发布时间：2021-07-21T08:30:05.233Z 来源：《防护工程》2021年8期作者：司良有[导读] 湿度表示空气中水汽的多少，是气象观测的基本参数之一，湿度测量一直是气象常规观测的难点。
高分子电容式湿度传感器(湿敏电容)是目前应用最广泛的测湿元件。
湿敏材料作为感湿层是构成湿度传感器的核心。
司良有中国电子科技集团公司第四十九研究所黑龙江省哈尔滨市 1500286摘要：湿度表示空气中水汽的多少，是气象观测的基本参数之一，湿度测量一直是气象常规观测的难点。
高分子电容式湿度传感器(湿敏电容)是目前应用最广泛的测湿元件。
湿敏材料作为感湿层是构成湿度传感器的核心。
目前研究热点主要有聚酰亚胺、聚乙炔苯、聚砜、等离子聚合聚乙烯、线性交联等离子聚合聚甲基丙烯酸甲酯等高分子湿敏材料，这些湿敏材料来源丰富，同时具有易于制备、加工，并且可以通过分子结构的改性，获得不同的物理化学性能。
通过相同的 C/F 变换电路后, 再由软件进行内部差频、曲线拟合等多种手段处理,得到温度补偿后的测量数据, 以达到采用简单设备、低成本的传感器而快速测量低露点的目的。
本文以实验数据、过程为基础 ,对高分子薄膜湿度传感器应用特点、温度特性、补偿原理及露点测试仪的构成进行了分析。
关键词：高分子；传感器；温度补偿一、高分子电容式湿度传感器高分子电容型湿度传感器是80年代后期发展起来被称为第三代的湿度传感器。
通常由三部分组成：上电极、下电极以及聚合物湿敏材料。
其下电极材料通常非常稳定，不会因为湿度、时间以及化学气体的影响而引起电阻变化，也不会吸附水分子；中层为感湿材料层，一般要求具有较好的厚度均一性；而上电极材料则要求具有较好的透水性，同时对湿度变化具有较快的响应速度。
这类高分子传感器的湿敏材料随周围环境相对湿度(RH)的大小成比例地吸附和释放水分子，由于这类高分子材料大多是具有较小介电常数(εr =2 ～ 7)的电介质，而存在偶极矩的水分子的介电常数εr 可达 80 以上，这样吸附水分子的湿敏材料介电常数得到极大提高。
