【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。 濕度傳感器的特性 ： 國(guó)內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕(1) 精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性 濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到177。 2%~177。 5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到177。 2%~177。 3%RH 的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（ 20℃177。 10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在 1%RH 水平的產(chǎn)品很少，一般都在177。 2%左右，甚至更高。 (2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) 濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù) 一般在~%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在 40℃以上正常工作。 (3) 濕度傳感器的供電 7 金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì) 導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。 (4) 互換性 目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。 (5) 濕度校正 校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見(jiàn)的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)作標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格， 一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。 對(duì)濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法 在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過(guò)一些簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。 (1) 一致性判定 同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購(gòu)買兩支以上，越多越說(shuō)明問(wèn)題，放在一起通電比較檢測(cè)輸出值，在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，觀察測(cè)試的一致性。若進(jìn)一步檢測(cè)，可在 24h 內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低 3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的 一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。 (2) 用濕毛巾或利用其它加濕手段對(duì)傳感器加濕，觀察其結(jié)露狀態(tài)下的特性、靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。 (3) 對(duì)產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說(shuō)明書(shū)標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行測(cè)試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。 產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門(mén)正規(guī)完備的檢測(cè)手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對(duì)檢測(cè)，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期使用過(guò)程中的長(zhǎng)期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。 總之，人們使用 濕度傳感器的時(shí)間越長(zhǎng)，認(rèn)識(shí)就會(huì)越深入和全面。同時(shí)，也對(duì)產(chǎn)品提出新的要求，這給產(chǎn)品帶來(lái)了新的機(jī)遇，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)不斷向新的高度發(fā)展。我們相信，濕度傳感器產(chǎn)品會(huì)在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 溫度的相關(guān)概念 濕度概念 ： 糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系 統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 相對(duì)濕度（ %RH） ： 給定的濕空氣中，水汽分壓與同一溫度（ T）和壓力（ P）下純水表面的飽和水汽壓之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 露點(diǎn)溫度（ Dp） ： 給定的濕空氣在水汽壓不變的情況下，當(dāng)溫度下降達(dá)到某一溫度時(shí)，濕空氣的水汽壓達(dá)到該溫度下的飽和水汽壓，飽和水汽開(kāi)始結(jié)露，該溫度稱之為露點(diǎn)溫 度 ； 當(dāng)相對(duì)濕度為 100%RH 時(shí)，周圍環(huán)境的溫度等于露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度越低，濕空氣就越為干燥，結(jié)露的可能性就小。 霜點(diǎn)溫度（ Tp） ： 當(dāng)空氣的溫度低于 0℃ 時(shí)，水汽在平面上凝結(jié)成霜，因此，稱之為霜點(diǎn)。在 0℃ 以下，霜點(diǎn)總是比露點(diǎn)高一點(diǎn)。 絕對(duì)濕度（ Dv） ： 又稱為水汽濃度或者水汽密度。定義為濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總體積之比。單位為 水汽含量（ Q） ： 也稱之為比濕，指濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總質(zhì)量之比。 混合比（ R） ： 指濕空氣中所含的水汽質(zhì)量與和它共存的干空氣質(zhì)量的比 值，單位為 g/kg。 混合比的另一種表示方法為，是以 “ 百萬(wàn)分之一 為計(jì)算單位表示的水汽與其共存的干空氣的質(zhì)量之比值，在數(shù)值上 。 水汽分壓（ E） ： 濕空氣中水汽所占的壓力。 飽和水汽壓（ Ew） ： 在特定溫度下，水汽達(dá)到飽和時(shí)的最大壓力。 焓（ H） ： 是指濕空氣從一特定的溫度和濕度變狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)所需要的能量，通常給出的是 0℃ 和 0%RH 的干燥氣體達(dá)到特定的溫度和濕度狀態(tài)時(shí)所需的能量。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，濕空氣中水汽所占有的體積與其總體積之比，該值與壓力和溫度無(wú)關(guān)。 濕球溫度（ Tw） ： 通風(fēng)干濕表 中，由于蒸發(fā)潛熱，濕球的溫度就會(huì)比環(huán)境溫度低，由此換算需相對(duì)濕度。 平衡相對(duì)濕度（ ERH） ： 是指吸濕物質(zhì)與周圍環(huán)境水汽交換達(dá)到平衡時(shí)的相對(duì)濕度。 溫度傳感器的分類及特點(diǎn) 溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。從 17世紀(jì)初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體 熱電偶 傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、 紅外傳感器 和微波傳感器。 兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè) 9 量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)， 如果精確測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為 “ 熱電偶 ” 。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化 1℃ 時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～ 40微伏／ ℃ 之間。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的 粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。 溫度傳感器是五花八門(mén)的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器 (RTD)和 IC 溫度傳感器。 IC 溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度 計(jì)。 溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門(mén)。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國(guó)防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門(mén)的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量 120K 以下溫度的低溫 溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫 熱電阻 和低溫溫差電偶等。低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量 ～ 300K范圍內(nèi)的溫度。 非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量 運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。最常用糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系 統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法（見(jiàn)光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見(jiàn)輻射高溫計(jì)）和比色法（見(jiàn)比色溫度計(jì)）。 非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于 1800℃ 以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著 紅外技術(shù) 的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展， 700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。 器件及模塊的選擇 處理器 采用 ATMEL 的 AT89C51 微處理器，是基于以下幾個(gè)因素： （ 1） 89C51 為 51 內(nèi)核，仿真調(diào)試軟硬件資源豐富； （ 2）性價(jià)比高，貨源充足； （ 3） DIP 封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化； （ 4）為程序存儲(chǔ)介質(zhì)， 1000 次以上擦 /寫(xiě)周期，便于程序調(diào)試； （ 5） 具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式 ，便于進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)； （ 6） 工作電壓范圍寬： ～ 6V，便于交直流 供電。 轉(zhuǎn)換器 本文采用的轉(zhuǎn)換器是： ATC0809 轉(zhuǎn)換器。 ADC0 8 0 9 是一種 8路模擬輸入逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 ,由于價(jià)格適中 ,與單片機(jī)的接口、軟件操作均比較簡(jiǎn)單 ,目前在 8 位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的使用。 ADC0 80 9 由 8路模擬開(kāi)頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。 其主要性能指標(biāo)有： 分辨率 分辨率表示轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示。 n 位轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量變化范圍為 0～ 2n1，當(dāng)輸入電壓滿該度為 XV 時(shí)， 則轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入模擬電壓的分辨能力為 X/2n1。如果是 8位的轉(zhuǎn)換器， 5V 滿量程輸入電壓時(shí)，則分辨率為 5/281=。 精度 精度通常有最小有效位的 LSB 的分?jǐn)?shù)值表示。目前常用的 A/D 轉(zhuǎn)換集成芯片精度為 1/4～ 2LSB。 轉(zhuǎn)換時(shí)間 11 溫度系數(shù)和增益系數(shù) 對(duì)電源電壓變化的抑制比 溫度傳感器 本文溫度傳感器采用了接觸式熱電偶溫度傳感器，根據(jù)前文基礎(chǔ)知可以知道接觸式熱電偶 溫 度傳感器具有如下特點(diǎn)： 雖然 它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響 ，不適合測(cè)量微小的溫度變化 ，但是， 由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。 非接觸式傳感器其測(cè)溫范圍比較大，糧倉(cāng)測(cè)溫不需要這種值度，所以不宜采用，采用接觸式熱電偶傳感器在糧倉(cāng)中測(cè)溫最適宜。 計(jì)算方法有： 溫度測(cè)量是建立在熱平衡定律的基礎(chǔ)上的，根據(jù)溫度的不同，可將溫度測(cè)量的方法分為接觸式和非接觸式兩類。由于非接觸式測(cè)溫方法是基于物理的熱輻射能隨溫度變化的原理，用在本系 統(tǒng)中不合理，故本系統(tǒng)中我將采用接觸式測(cè)溫計(jì)，其中接觸式測(cè)溫計(jì)熱電偶測(cè)溫計(jì)和熱電阻測(cè)溫計(jì)，由于熱電偶的更適合本系統(tǒng)的應(yīng)用且課本《檢測(cè)技術(shù)及儀表》中關(guān)于這方面的知識(shí)比較熟悉，所以綜上所述，溫度傳感器里將用熱電偶溫度計(jì)。 熱電偶溫度計(jì)的可用冷端溫度補(bǔ)償方法： （ 1） 0℃恒溫法 （ 2）計(jì)算修正法；設(shè)計(jì)計(jì)算公式： Eab（ t， to） = Eab（ t ， th） + Eab（ th， to） （ 21）式 （ 3）補(bǔ)償電橋法，本文主要采用補(bǔ)償電橋法測(cè)溫。 濕度傳感器 采用 集成濕度傳感器 HS15 傳感器，基于以 下特點(diǎn)選擇： (1) 精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性：濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到177。 2%~177。 5%RH (2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) ： 濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在 ~%RH/℃范圍內(nèi) (3) 濕度傳感器的供電：金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。 糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系 統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 (4) 濕度校正：一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。