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教程:濕度傳感器測量電路的設計解析

2023-02-09
來源:傳感器與檢測技術

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  濕度測量電路檢測電路的選擇

  1、電源選擇

  一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源,否則性能會劣化甚至失效。

  電解質濕度傳感器的電導是靠離子的移動實現的,在直流電源作用下,正、負離子必然向電源兩極運動,產生電解作用,使感濕層變薄甚至被破壞;在交流電源作用下,正負離子往返運動,不會產生電解作用,感濕膜不會被破壞。

  交流電源的頻率選擇是,在不產生正、負離子定向積累情況下盡可能低一些。在高頻情況下,測試引線的容抗明顯下降,會把濕敏電阻短路。另外,濕敏膜在高頻下也會產生集膚效應,阻值發生變化,影響到測濕靈敏度和準確性。

  2、溫度補償

  濕度傳感器具有正或負的溫度系數,其溫度系數大小不一,工作溫區有寬有窄。所以要考慮溫度補償問題。

  對于半導體陶瓷傳感器,其電阻與溫度的的關系一般為指數函數關系,通常其溫度關系屬于NTC型,即

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  H:相對濕度;T:絕對溫度;

  R0:在T=0℃相對濕度H=0時的阻值;

  A:濕度常數;B:溫度常數。

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  濕度溫度系數=

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  若傳感器的濕度溫度系數為0.07%RH/℃,工作溫度差為30℃,測量誤差為0.21%RH/℃,則不必考慮溫度補償;若濕度溫度系數為0.4%RH/℃,則引起12%RH/℃的誤差,必須進行溫度補償。

  3.線性化

  濕度傳感器的感濕特征量與相對濕度之間的關系不是線性的,這給濕度的測量、控制和補償帶來了困難。需要通過一種變換使感濕特征量與相對濕度之間的關系線性化。下圖為濕度傳感器測量電路原理框圖。

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  濕度傳感器測量電路原理框圖

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  典型電路

  電阻式濕度傳感器,其測量電路主要有兩種形式:

  1.電橋電路

  振蕩器對電路提供交流電源。電橋的一臂為濕度傳感器,由于濕度變化使濕度傳感器的阻值發生變化,于是電橋失去平衡,產生信號輸出,放大器可把不平衡信號加以放大,整流器將交流信號變成直流信號,由直流毫安表顯示。振蕩器和放大器都由9V直流電源供給。電橋法適合于氯化鋰濕度傳感器。

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  便攜式濕度計的實際電路

  2.歐姆定律電路

  此電路適用于可以流經較大電流的陶瓷濕度傳感器。由于測濕電路可以獲得較強信號,故可以省去電橋和放大器,可以用市電作為電源,只要用降壓變壓器即可。其電路圖如圖。

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  3.帶溫度補償的濕度測量電路

  在實際應用中,需要同時考慮對濕度傳感器進行線性處理和溫度補償,常常采用運算放大器構成濕度測量電路。下圖為濕度測量電路中Rt是熱敏電阻器(20kΩ, B=4100K);RH為H204C濕度傳感器,運算放大器型號為LM2904。該電路的濕度電壓特性及溫度特性表明:在(30%~90%)RH、 15℃~35℃范圍內,輸出電壓表示的濕度誤差不超過3%RH。

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