【文章內(nèi)容簡介】 基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，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 ： 國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優(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) 精度和長期穩(wěn)定性 濕度傳感器的精度應(yīng)達到177。 2%~177。 5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到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℃）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，長期穩(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) 濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感， 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償式。采用單片機軟件補償，或無溫度補償?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償?shù)男Ч蔷€性的溫漂往往補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。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，會導(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)溫度計作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實現(xiàn)，干濕球溫度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來作標(biāo)定的，精度無法保證，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，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。 對濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法 在濕度傳感器實際標(biāo)定困難的情況下，可以通過一些簡便的方法進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)品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。若進一步檢測，可在 24h 內(nèi)間隔一段時間記錄，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，包括溫度補償特性。 (2) 用濕毛巾或利用其它加濕手段對傳感器加濕，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) 對產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說明書標(biāo)準(zhǔn)）進行測試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測和實驗前的記錄作比較，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)檢部門正規(guī)完備的檢測手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對檢測，產(chǎn)品還應(yīng)進行長期使用過程中的長期標(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間越長，認(rèn)識就會越深入和全面。同時，也對產(chǎn)品提出新的要求，這給產(chǎn)品帶來了新的機遇，推動這項技術(shù)不斷向新的高度發(fā)展。我們相信，濕度傳感器產(chǎn)品會在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。 溫度的相關(guān)概念 濕度概念 ： 糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 8 相對濕度（ %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)溫度下降達到某一溫度時，濕空氣的水汽壓達到該溫度下的飽和水汽壓，飽和水汽開始結(jié)露，該溫度稱 之為露點溫度 ； 當(dāng)相對濕度為 100%RH 時，周圍環(huán)境的溫度等于露點溫度。露點溫度越低，濕空氣就越為干燥，結(jié)露的可能性就小。 霜點溫度（ Tp） ： 當(dāng)空氣的溫度低于 0℃ 時，水汽在平面上凝結(jié)成霜，因此，稱之為霜點。在 0℃ 以下，霜點總是比露點高一點。 絕對濕度（ 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 “ 百萬分之一 為計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，水汽達到飽和時的最大壓力。 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 的干燥氣體達到特定的溫度和濕度狀態(tài)時所需的能量。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，濕球的溫度就會比環(huán)境溫度低，由此換算需相對濕度。 平衡相對濕度（ ERH） ： 是指吸濕物質(zhì)與周圍環(huán)境水汽交換達到平衡時的相對濕度。 溫度傳感器的分類及特點 溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從 17世紀(jì)初人們開始利用溫度進行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(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，如在某點互相連接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測 9 量點的溫度有關(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)，如果精確測量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點的溫度。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溫度變化 1℃ 時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在5～ 40微伏／ ℃ 之間。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，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 度與材料的粗細無關(guān)，用非常細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，這種細微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。 溫度傳感器是五花八門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)實踐的各個領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無數(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部分與被測對象有良好的接觸 ，又稱溫度計。 溫度計通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、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。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測量 120K 以下 溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫 熱電阻 和低溫溫差電偶等。低溫溫度計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的一種感溫元件，可用于測量 ～ 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對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表 可用來測量運動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。最常用糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 10 的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）。 非接觸測溫優(yōu)點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于 1800℃ 以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著 紅外技術(shù) 的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展， 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，是基于以下幾個因素： （ 1） 89C51 為 51 內(nèi)核，仿真調(diào)試軟硬件資源豐富； （ 2）性價比高，貨源充足； （ 3） DIP 封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化； （ 4）為程序存儲介質(zhì)， 1000 次以上擦 /寫周期，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 ，便于進行低功耗設(shè)計； （ 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 ,由于價格適中 ,與單片機的接口、軟件操作均比較簡單 ,目前在 8 位單片機系統(tǒng)中有著廣泛的使用。 ADC0 80 9 由 8路模擬開頭、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，則轉(zhuǎn)換電路對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，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)換時間 11 溫度系數(shù)和增益系數(shù) 對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： 雖然 它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度 漂移的影響，不適合測量微小的溫度變化 ，但是， 由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細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，這種細微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。 非接觸式傳感器其測溫范圍比較大，糧倉測溫不需要這種值度，所以不宜采用，采用接觸式熱電偶傳感器在糧倉中測溫最適宜。 計算方法有： 溫度測量是建立在熱平衡定律的基礎(chǔ)上的，根據(jù)溫度的不同，可將溫度測量的方法分為接觸式和非接觸式兩類。由于非接觸式測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溫計，其中接觸式測溫計熱電偶測溫計和熱電阻測溫計，由于熱電偶的更適合本系統(tǒng)的應(yīng)用且課本《檢測技術(shù)及儀表》中關(guān)于這方面的知識比較熟悉，所以綜上所述，溫度傳感器里將用熱電偶溫度計。 熱電偶溫度計的可用冷端溫度補償方法： （ 1） 0℃恒溫法 （ 2）計算修正法；設(shè)計計算公式： Eab（ t， to） = Eab（ t ， th） + Eab（ th， to） （ 21）式 （ 3）補償電橋法，本文主要采用補償電橋法測溫。 濕度傳感器 采用 集成濕度傳感器 HS15 傳感 器，基于以下特點選擇： (1) 精度和長期穩(wěn)定性：濕度傳感器的精度應(yīng)達到177。 2%~177。 5%RH (2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) ： 濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，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，會導(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。 糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 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，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量