【導(dǎo)讀】following(Fig.1).

　　

【正文】 ? 恒溫狀態(tài)下濕度傳感器的實(shí)際響應(yīng)特性： 1. 濕敏聚合體吸收或釋放濕氣達(dá)到濕度平衡狀態(tài)時(shí)的時(shí)間快慢。（固有的響應(yīng)時(shí)間） 2. 整個(gè)系統(tǒng)到達(dá)濕度平衡時(shí)所需要的時(shí)間快慢。（殼體效應(yīng)） ? 非恒溫狀態(tài)下濕度傳感器的熱響應(yīng)特性 3. 傳感器的熱質(zhì)量。 4. 與傳感器相關(guān)的系統(tǒng)熱質(zhì)量。（例如印刷線路板的結(jié)構(gòu)影響） 5. 傳感器周圍的直 接熱源。（例如電子元器件發(fā)熱影響） 1 和 3 完全取決于傳感器自身特性。 1 主要取決于敏感聚合體的特性。 2 和 4 主要取決于整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（殼體的形狀和尺寸設(shè)計(jì)以及輸出電路設(shè)計(jì)） 5 取決于電子元器件的發(fā)熱量。 以上幾點(diǎn)將在下面做詳細(xì)討論； 固有的響應(yīng)時(shí)間 1 電容式濕度傳感器的時(shí)間響應(yīng)特性看起來就和下面圖 1 所示一樣 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 1 典型的和理想的電容式濕度傳感器響應(yīng)特性（示意圖） 由于在高濕階段其響應(yīng)特性表現(xiàn)的特別明顯，故選擇了濕度從 40%RH 到 100%RH 的等溫階躍來說明。所期望的傳感器的理想響應(yīng)特 性用藍(lán)色虛線表示，而實(shí)際的響應(yīng)特性用紅線表示，其近似公式為： RH t（ t） =(ES)*(1e )+S 這里，時(shí)間段 1 通常非常短（大約 130 分鐘）。相比之下時(shí)間段 2 是很長(zhǎng)很長(zhǎng)的，（數(shù)小時(shí)至數(shù)天），測(cè)量精度與響應(yīng)特性的關(guān)系在這張圖上看得更清晰了（ t 延續(xù)到濕度達(dá)到 100%RH 時(shí)為止）。 t4 時(shí)間所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值是非常精準(zhǔn)的。無論如何，得假定在整個(gè) t4測(cè)試時(shí)間段內(nèi)濕度和溫度都要保持穩(wěn)定并且等候完成測(cè)試所需要的時(shí)間也很長(zhǎng)。在實(shí)踐中這些不尋常的工作條件是很難實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際的校準(zhǔn)工作通常用以下兩 種方法（參見圖 2）： 1. 以 t2 時(shí)間對(duì)應(yīng)的測(cè)量值作為校驗(yàn)參考基準(zhǔn)； 優(yōu)點(diǎn) ： ? 到達(dá)終端值（例如 100%RH）所需要的測(cè)量時(shí)間明顯地縮短了，對(duì)應(yīng)于實(shí)際上的快速響應(yīng)傳感器。（參考圖 2） 缺點(diǎn) ? 如果相類似的條件長(zhǎng)時(shí)間不變，（例如雨季時(shí)在戶外測(cè)量）傳感器的測(cè)量值將超過校準(zhǔn)參考點(diǎn)（ 100%RH）令人遺憾地達(dá)到 110%RH。 （參考圖 2） 2. 以 t4 時(shí)間（參考圖 1）對(duì)應(yīng)的測(cè)量值作為校驗(yàn)參考基準(zhǔn)； 優(yōu)點(diǎn) ： ? 應(yīng)用于相類似的條件且長(zhǎng)時(shí)間不變，（例如雨季時(shí)在戶外測(cè)量），可以得到精準(zhǔn)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 的測(cè)量結(jié)果。（參考圖 2） 缺點(diǎn) ? 對(duì)于像圖 1 那樣的濕度躍升，傳感器會(huì)很快在 t2 時(shí)間達(dá)到相應(yīng)的測(cè)量值。但是，要到達(dá)距其還有 3%RH 6%RH的終端測(cè)量值還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。（顯然其響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，參考圖 2） 綜合以上兩種處理方法的優(yōu)點(diǎn)， Sensirion AG 采用 t3時(shí)間（參考圖 1）對(duì)應(yīng)的測(cè)量值作為校驗(yàn)參考基準(zhǔn)。 圖 2. 不同測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)特性 響應(yīng)時(shí)間的殼體效應(yīng)（ 2） 在這里有兩種傳輸現(xiàn)象扮演重要的角色。 ? 對(duì)流：這是個(gè)很快的過程，空氣中被測(cè)量的濕氣是利用通風(fēng)的方法實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)摹? ? 傳導(dǎo)：這是個(gè)很慢的由水分子的分子熱運(yùn)動(dòng)決定的過程，它出現(xiàn)在 “靜止的 ”空氣中（例如在殼體內(nèi)部），使響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。 要在濕度測(cè)量系統(tǒng)中獲得良好的響應(yīng)特性，必須增大殼體開孔以得到快速的對(duì)流，同時(shí)努力減小傳感器周圍 “靜止的 ”空間（即減小 “死區(qū) ”）。以下公式適用： 熱影響（ 3）、（ 4）及（ 5） 由于濕度測(cè)量系統(tǒng)（傳感器 +殼體）總的熱質(zhì)量對(duì)其響應(yīng)特性有著重要的影響，所1?傳 感 器 周 圍 死 區(qū) 的 尺 寸 盡 可 能 小 （ 公 式 ）傳 感 器 周 圍 開 孔 的 尺 寸吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 以設(shè)計(jì)時(shí)必須盡可能地減小其熱質(zhì)量。測(cè)量系統(tǒng)逐漸變熱，受溫度影響的的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間就會(huì)增加；系統(tǒng)總熱質(zhì)量越大，其惰性也越大。為了防止附加的測(cè)量誤差，傳感器不要安裝在發(fā)熱的電子元器件附近。 4 . 總結(jié) —設(shè)計(jì)濕度 測(cè)量系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該考慮的問題 為了實(shí)現(xiàn)濕度測(cè)量系統(tǒng)的無誤差運(yùn)行，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡可能的短。以下幾點(diǎn)在選擇系統(tǒng)傳感器時(shí)應(yīng)當(dāng)引起特別注意： ? 所選擇的濕度傳感元件應(yīng)該是： ● 幾何尺寸越小越好 ● 其熱質(zhì)量越小越好 ● 具有濕敏聚合體結(jié)構(gòu)；其在時(shí)間段 2 上的測(cè)量值波動(dòng)極小 (參考圖 1)，在測(cè)試條件下能提供簡(jiǎn)單的測(cè)試報(bào)告。 ● 能提供校準(zhǔn)以對(duì)應(yīng)上述的各種需求，就像 Sensirion SHTXX 系列傳感器所能提供的那種校準(zhǔn)。 ? 殼體設(shè)計(jì) (參考公式 1)應(yīng)考慮： ● 傳感器周圍空氣流通口的尺寸要盡可能地大，或者直接將傳感器置 于殼外 → 對(duì)流性最好封入套管內(nèi)時(shí)傳感器周圍的 “死區(qū) ”要盡可能地小， → 傳導(dǎo)性最小 。 ? 傳感器應(yīng)盡可能地減少與其它元器件的熱連接，只有這樣整個(gè)系統(tǒng)的熱慣性才不至于對(duì)其響應(yīng)特性產(chǎn)生負(fù)面作用。（例如：印刷線路板被分隔成很小的一個(gè)體積來支撐傳感器。見圖 3） 圖 3 Sensorion SHT1X 系列傳感器帶有減少熱連接的縫隙的安裝設(shè)計(jì)舉例 ? 傳感器絕不要安裝在熱源附近。那樣會(huì)導(dǎo)致被測(cè)溫度比實(shí)際溫度高，而濕度則降低的結(jié)果 。 5. 設(shè)計(jì)指南 要實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作簡(jiǎn)捷的濕度測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮到第 4 部分的所有重點(diǎn) 。已經(jīng)過吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 校準(zhǔn)的瑞士 Sensrion SHT1X 系列 SMD 濕度傳感器是理想的選擇。為這個(gè)最佳傳感器組合的應(yīng)用， Sensrion AG 已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)過濾帽附件，其盡最大可能地符合第 4 部分的要求并帶有防止污物進(jìn)入的過濾膜。圖 4 顯示推薦的傳感器殼體與過濾帽 SF1 之間的裝配關(guān)系。 圖 4 SHT1X系列傳感器過濾防護(hù)帽 SF1 設(shè)計(jì)布置圖