【正文】 2( 2 5 ) ( )R H lin e a rR H T t t S O H R? ? ? ? ? ? （ 216） 式中 RH 為經(jīng)過線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值， T 為測(cè)試濕度值時(shí)的溫度 (℃ )， t1 和 t2 為溫度補(bǔ)償系數(shù) ,取值查閱《溫濕度傳感器 SHT11 數(shù)據(jù)手冊(cè)》。為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性 , 可按下式修正濕 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 度值 212 3line ar R H R HRH C C SO C SO? ? ? ? ? （ 215） 式中 linearRH 為經(jīng)過線性補(bǔ)償后的濕度值， RHSO 為相對(duì)濕度測(cè)量值， C C2 、 C3 為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值可查閱《溫濕度傳感器 SHT11 數(shù)據(jù)手冊(cè)》 [11]。 SHT11 溫度傳感器具有很好的線性特點(diǎn) ,因而，可用公式直接將溫度讀數(shù)（ T0）轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值，當(dāng)電源電壓為 5V，溫度傳感器為 14 位時(shí) , 轉(zhuǎn)換公式如下 : 040 ?? ? （ 214） 然而， SHT11 的濕度輸出具有一定的非線性，很難用線性關(guān)系將期表示出來(lái)。相對(duì)濕度 (Relative Humidity)：氣體中的水蒸氣壓 (e)與其氣體的飽和水蒸氣壓 (es) 的比，用百分比表示： 100%seRH e?? ( 213) 我們?cè)谌粘Ｉ?中一般使用相對(duì)濕度的概念 [10]。 lv 為容積基準(zhǔn)。絕對(duì)濕度 (absolute humidity)：?jiǎn)挝惑w積 (1m3) 的氣體中含有水蒸氣的質(zhì)量，即： 3/v mI g mV? （ 211） 式中 m 為待測(cè)空氣中水蒸氣質(zhì)量； V 為待測(cè)空氣的總體積； lv 為待測(cè)空氣的絕對(duì)濕度。 相對(duì)濕度的溫度補(bǔ)償問題 [9] 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 在計(jì)量法中濕度定義為“物象狀態(tài)的量”，即在一定溫度時(shí)，單位體積的空氣中所含水蒸汽的份量 (gm)，相對(duì)濕度是指在一定溫度時(shí)，空氣中的實(shí)際水蒸氣含量與 飽和值之比，用百分比表示。實(shí)際 測(cè)溫中，不同溫度測(cè)點(diǎn)對(duì)傳感器時(shí)間常數(shù)的要求是不一樣的，應(yīng)根據(jù)誤差要求推 算適宜的時(shí)間常數(shù)。利用牛頓冷卻定律和布萊克的熱容方程。即系統(tǒng)的熱阻集中在 傳感器測(cè)量端周圍的對(duì)流傳熱膜上。但在一般情況下，若被測(cè)介質(zhì)溫度變化相對(duì)較小時(shí)，可視熱電偶、熱電阻等溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)為定值。通常將溫度變化分為斜坡式變化，即介質(zhì)溫度隨時(shí)間從 T1 線性變化到 T2；及階躍式變化．即介質(zhì)溫度按正弦曲線隨時(shí)間常數(shù)表示等二種。即 4 4 4wT T T?? 故可得 12122111 ( )fTTTTTdTd????? （ 26） 在測(cè)量氣流溫度時(shí)，用粗、細(xì)雙支熱電偶分別測(cè)得 T T2，然后根據(jù)式（ 26） 修正指示值，便可得到氣流的實(shí)際溫度。由傳熱學(xué)理論得到所測(cè)的氣體溫度為 121442 244111 ( )fwwTTTTTT dT T d???????（ 25） 式中 d1 、 d2 —— 熱電偶直徑 T T2 —— 熱電偶相應(yīng)的指示溫度 wT —— 器壁溫度 式中等號(hào)右側(cè)第二項(xiàng)就是輻射誤差修正值。2T 可推算出被測(cè)溫度 1T 值，修正輻射 誤差，具體分析修正情況如下。所以盡管熱電偶的材料相同， 它們所反映的被測(cè)溫度卻不同。提高器壁溫度也可以減小 輻射誤差，將熱電偶安裝在遮熱罩中，就是基于這一考慮的。若氣體與熱電偶的熱交換以對(duì)流傳熱為主，不計(jì)輻射傳熱，當(dāng)氣流速度較大，氣體的輻射能力小，此時(shí)熱電偶與器壁間的輻射傳熱應(yīng)等于氣體以對(duì)流方式傳給熱電偶的熱量，從而可得輻射誤差。 接觸式測(cè)溫中的輻射誤差 溫度傳感器與氣體、器壁間的輻射傳熱將使其測(cè)量端的溫度偏離被測(cè)氣流的溫度，這一誤差稱為輻射誤差。因此，確定適當(dāng)?shù)牟迦肷疃瓤捎行У販p小測(cè)溫誤差。如果這種漩渦的頻率接近傳感器保護(hù)套管的固有頻率，則長(zhǎng)期在線使用時(shí)會(huì)使套管振動(dòng)斷裂。在確定傳感器插人深度時(shí)，應(yīng)十分注意的一個(gè)問題是傳感器的斷裂。圖 22 說(shuō)明了傳感器插入深度與誤差關(guān)系，理論與實(shí)際基本一致。得出測(cè)量誤差與插入深度關(guān)系如圖 21 所示。 L 小于 4M 時(shí)，由 L 引起的誤差顯著增大， L 大于 6M 時(shí)，對(duì)減小誤差無(wú)顯著影響。增加插入深度也可增加對(duì)流傳熱面積和導(dǎo)熱熱 阻。 ()fwf TTTT ch L M??? （ 21） 公式中 2M A???? ，代入（ 21）式有 ()fwfTTTTch L A?????? （ 22） 歸并整理式（ 22），得到被測(cè)氣體實(shí)際溫度為 * ( )( ) 1wfT ch L TATch L A????????? （ 23） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 式中 fT —— 氣流溫度 wT —— 熱電偶測(cè)量溫度 T —— 壁溫 L—— 熱電偶插入深度 M —— 綜合傳熱系數(shù) μ —— 熱電偶周長(zhǎng) α —— 氣流與熱電偶的對(duì)流傳熱系數(shù) λ —— 熱電偶導(dǎo)熱系數(shù) d —— 熱電偶直徑 A —— 熱電偶截面積 ch —— 雙曲余弦函數(shù) 在已知熱電偶插入深度 L、對(duì)流傳熱系數(shù) d、直徑 d 和器壁溫度 wT 的情況下，根據(jù)熱電偶指示溫 T，可按式（ 22）計(jì)算導(dǎo)熱誤差，按式（ 23）計(jì)算實(shí)際氣體溫度。這樣沿測(cè)量端長(zhǎng)度方向的導(dǎo)熱可以按一維穩(wěn)定導(dǎo)熱來(lái)看待。當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，傳感器的插入深度不當(dāng)是造成測(cè)量誤差的主要原因。相對(duì)于本系統(tǒng)而言，可以采取多種的誤差分析方法。在接觸式測(cè)溫中熱量是由導(dǎo)熱、對(duì)流和輻 射三種形式傳遞的。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第二章 AT89S52 溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的誤差分析 用傳感器測(cè)量溫濕度時(shí)，面臨著復(fù)雜的傳熱影響。 基于 AT89S52 溫度濕度測(cè)控系統(tǒng)的作用在于控制溫度和濕度，創(chuàng)造不同的條件，從而能滿足不同的生產(chǎn)的需要，改變零件、產(chǎn)品等對(duì)自然環(huán)境的依賴性，更好的促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。 基于 AT89S52 溫度濕度測(cè)控系統(tǒng)，可把各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)信息有效的結(jié)合起來(lái)，既可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)的測(cè)量控制，整體的控制而且能根據(jù)不同的情況要求，來(lái)從軟件角度改變實(shí)際的功能，更加靈活。本文根據(jù)谷物的介電常數(shù)隨谷物 濕度變化而改變的特性，采用濕度傳感器的傳統(tǒng)工藝，研制出了性能較為理想的廉價(jià)電容式濕度傳感器。在極端環(huán)境測(cè)量領(lǐng)域 ,光電技術(shù)的應(yīng)用解決了濕敏元件長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中 , 容易被污染及腐蝕 , 從而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性這一難題 , 促進(jìn)了濕度傳感器領(lǐng)域的非接觸檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè) [8]。該類傳感器主要是利用光學(xué)材料在空氣相對(duì)濕度發(fā)生變化后 , 材 料媒介層理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化 , 從而引起波長(zhǎng)、波導(dǎo)及反射系 數(shù)等光學(xué)參數(shù)發(fā)生 變化來(lái)進(jìn)行濕度測(cè)量。前者可測(cè)控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸汽，主要用于食品加工方面 [7]。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還 可以作為感溫元件和氣敏元件。因此，自 60 年代起，許多國(guó)家開始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的濕度傳感器。以往，通風(fēng)干 濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在實(shí)際使用中亦存在種種問題，無(wú)法令人滿意。 5％RH，時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為 2～ 3s，滯差一般在 7％左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。 (2)碳濕敏元件： 碳濕敏元件是美國(guó)的 和 于 1942 年首先提出來(lái)的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重 復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn)，因之令人矚目?，F(xiàn)有的電阻式濕度傳感器大都采用照相印刷技術(shù)制作電極，尺寸精度受到限制，電極間隙也不可能減小到理想的程度。濕敏層的電阻一般都相當(dāng)高 ,而電阻值過大時(shí)濕度傳感器輸出的測(cè)量電路就相當(dāng)復(fù)雜，并且易受外來(lái)噪聲和漏阻的影響，不能做高精度傳感器輸出的測(cè)量。 (1)電阻式濕度傳感器： 電阻式濕度傳感器的感應(yīng)速度較快，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性也優(yōu)于機(jī)械式傳感器。 [5] 濕度是一個(gè)重要的物理量，而且直接跟生活掛鉤的，這個(gè)物理量在日常生活中應(yīng)用很廣泛。它采用 LC 或 Y 型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來(lái)制作的。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的一種電流輸出型溫度傳感器在 0 一 20℃內(nèi)靈敏度可達(dá) ℃，線性誤差不超過士 ℃，穩(wěn)定性為 002℃ /4h。利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系 (即半導(dǎo)體 PN 結(jié)的溫度特性 )進(jìn)行溫度檢測(cè)，并把測(cè)溫、激勵(lì)、信號(hào)處理電路和放大電路集成一體，封裝與小型管殼內(nèi)，就構(gòu)成了集成電路溫度檢測(cè)元 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 件。熱電偶的主要缺 點(diǎn)是它的輸出信號(hào)和溫度示值間呈非線性關(guān)系，在下限的靈敏度較低。從 1927 年國(guó)際溫標(biāo)到 1968 年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，都規(guī)定以鉑鍺 10 一鉑熱電偶作為 ℃一 ℃溫度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。熱電偶溫度傳感器在溫度測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。熱電偶測(cè)溫是基于“熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)”。由于鉑電阻測(cè)溫范圍寬，線性度好，精度高，制作誤差小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且己有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此，鉑電阻溫度傳感器己廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合的溫度測(cè)量與控制，其測(cè)量精度可達(dá)到 ℃。熱電阻式一般用金屬材料制成，如鉑、銅、鎳等 。這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件。新一代溫度檢測(cè)元件正在不斷的出現(xiàn)和完善，下面予以介紹。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 溫度是一個(gè)重要的物理量，其檢測(cè)方法有多種，常用的有電阻式、熱電偶式、PN 結(jié)型及石英諧振型等，它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值，熱電勢(shì)等 )的變化的原理。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微處理器成本下降，體積縮小及運(yùn)算速度提高，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用日益廣泛。隨著計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量越來(lái)越大，可將大量信號(hào)及其處理結(jié)果存儲(chǔ)在磁盤上，供日后分析或輸入更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理；還可進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，實(shí)現(xiàn)信息共享；數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)還可以進(jìn)行分時(shí)操作。由于其特性很容易按不同要求而改變，所以它比模擬系統(tǒng)有很大的靈活性。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及其應(yīng)用目前正以驚人的速度發(fā)展。傳感器技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和控制的首要環(huán)節(jié) , 在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、 航空航天、能源交通、土建結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域 ,各種傳感器在檢測(cè)各種參數(shù)方面起到十分重要的作用。特別是航空、航天、核工程、化工和動(dòng)力等部門的很多設(shè)備、機(jī)械處于高溫或低溫下工作，特別在高溫高濕環(huán)境中，測(cè)量條件很惡劣，一般的變形測(cè)量?jī)x表難于接近，非接觸式的測(cè)量技術(shù)如云紋法、全息干涉法等要在這樣的條件現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還有困難，采用專門的電阻傳感器在高溫高濕環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量是現(xiàn)實(shí)可行的一種方法。 5 AT89S52 引腳功能 .............................................................................. 356 數(shù)據(jù)顯示模塊 ............................................................................................... 30 方案設(shè)計(jì) ............................................................................................. 30 1602 引腳說(shuō)明 ..................................................................................... 33 字符集 ................................................................................................ 34 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................