【正文】 測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標準測溫范圍200～650℃，百度電阻比W（100）=，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差A(yù)級為177。（℃+ |t|），B級為177。（℃+ |t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于50～180℃測溫。 采用AD590溫度傳感器AD590適用于150176。C以下,目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用，它的測溫范圍在55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為177?！妗D590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型傳感器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。綜合比較上述兩種方案，發(fā)現(xiàn)AD590更為適合于本設(shè)計系統(tǒng)對于溫度傳感器的選擇。 濕度傳感器的選擇和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程(0100%RH)測量。在當今的信息時代，傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測量的目的在于控制，測量范圍與控制范圍合稱使用范圍。多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，177。5%RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用177。3%RH以上精度的濕度傳感器。國家標準物質(zhì)研究中心濕度室的文章認為：“相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下，要達到2%RH的準確度仍是很困難的。”測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。 采用HOS201濕敏傳感器HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時為1MΩ。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效利用其線性特性。 采用HS1100/HS1101濕度傳感器HS1100/HS1101電容傳感器，基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時間小于5S； pF/℃?？梢娋仁禽^高的。HS1101濕度傳感器特點： 在標準環(huán)境下不需要進行校正；；，包括波峰焊或水浸的焊接；；；；；綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計系統(tǒng)中對溫度10～150℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計的濕度傳感器。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 采用AD7874轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器能夠很好的滿足交流采樣的技術(shù)，具有10V的輸入范圍，4個模擬信號輸入通道，4通道可以同時進行采樣，每通道內(nèi)置跟蹤保持器，從而消除由于各通道不同而產(chǎn)生的舍入誤差。小于2n的孔隙延遲，允許多片聯(lián)合，以擴展模擬通道的數(shù)目，但是會造成相位誤差。 采用ADC0809轉(zhuǎn)換器 ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。但是由于本設(shè)計中只用到了一個溫度傳感器和一個濕度傳感器，所以用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809即可，而且價格也低于AD7874轉(zhuǎn)換器。 綜上所述，選擇ADC0809轉(zhuǎn)換器更為合適。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計了以AT89S51基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。系統(tǒng)總體框圖如圖3—1所示。圖31 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的。 信號采集：由AD590溫度傳感器和HS1101濕度傳感器組成； 信號分析：由A/D轉(zhuǎn)換器ADC080單片機AT89S51基本系統(tǒng)組成； 信號處理：由串行口LED數(shù)碼管顯示器和報警系統(tǒng)等組成。 信號采集 溫度傳感器AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 181。A/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準器件， (25176。C) 181。A電流。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖32所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。圖32 集成溫度傳感器的電路流過器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：I T/T=1μA /K式中：IT—— 流過器件（AD590）的電流，單位μA。T——熱力學(xué)溫度，單位K。AD590的測溫范圍55℃ +150℃。AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。輸出電阻為710MΩ。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差177?！?。在被測溫度一定時，AD590相當于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖33中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1μA／K的I值。圖33是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=+25=（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0℃或25℃附近有較高的精度。圖33 AD590應(yīng)用電路如圖3—4為AD590的溫度與電流對應(yīng)關(guān)系表。表34 AD590溫度與電流的對應(yīng)關(guān)系表攝氏溫度（單位：℃）AD590電流（單位：uA）經(jīng)10KΩ電壓（單位：V）100102030405060100流過器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)：Ir/T=1 (1)式中，Ir—流過器件(AD590) 的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；AD590的測溫范圍為 55℃~+150℃； AD590的電源電壓范圍為4～30 V，可以承受44 V正向電壓和20 V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞； 輸出電阻為710 mΩ；精度高，AD590在 55℃~+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為177?！?。如圖33所示，電位器R2用于調(diào)整零點，R4用于調(diào)整運放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0℃時調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時，V0=0mV，100℃時V0=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25℃，那么V0應(yīng)為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。圖35a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖35b為濕度電容響應(yīng)曲線。圖35a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖35b 濕度電容響應(yīng)曲線相對濕度在1%100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時間小于5S； pF/℃。可見精度是較高的。最大反應(yīng)參數(shù)：工作溫度 Ta 40~100 ℃儲存溫度 Tstg 40~125 ℃供電電壓 Vs 10 Vac濕度范圍 RH 0~100 %RH焊接時間 @T=260℃ t 10 S濕度測量范圍 RH 1 99 5供電電壓 Vs 5 10 V標稱電容 @55%RH C 177 180 183 pF溫度效應(yīng) Tcc pF/℃平均靈敏度 (33%~75%RH) △C/%RH pF/%RH漏電流 Ix 1