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        濕度傳感器的應(yīng)用研究

        2018-07-09 23:47:32麻姍姍柳鈺燕麗穎
        科技風(fēng) 2018年30期
        關(guān)鍵詞:溫度補(bǔ)償測(cè)量誤差

        麻姍姍 柳鈺 燕麗穎

        摘要:我國(guó)科技正在不斷的迅速發(fā)展,濕度傳感器的應(yīng)用范圍越來越廣闊,本文主要介紹的是濕度傳感器的選用,從發(fā)展史入手,對(duì)電阻式、電容式等濕度傳感器的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)作出了詳細(xì)介紹。溫度會(huì)對(duì)濕度的測(cè)量產(chǎn)生影響,將其稱為溫度補(bǔ)償,可以通過軟件或硬件的方式解決這個(gè)問題。

        關(guān)鍵詞:濕度傳感器;溫度補(bǔ)償;測(cè)量誤差

        濕度是用來衡量空氣中含水量的一種物理量。通常情況下,溫度和濕度是緊密相關(guān)的。當(dāng)空氣濕度大時(shí),環(huán)境溫度相對(duì)低一些;當(dāng)空氣濕度小時(shí),環(huán)境溫度相對(duì)高一些。當(dāng)然,濕度在溫室大棚、動(dòng)物養(yǎng)殖、藥品儲(chǔ)存、食品行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了準(zhǔn)確測(cè)量出濕度的相關(guān)信息,出現(xiàn)了濕度傳感器,它是將水蒸汽轉(zhuǎn)換為其他可利用器件測(cè)量的物質(zhì)的一種傳感器。

        1 濕度與濕度傳感器的發(fā)展

        1.1 濕度表達(dá)的方法

        狹義上濕度指的是空氣中含水汽的量,表示方式有相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度兩種。

        (1)絕對(duì)濕度:絕對(duì)濕度[1]指的是在受到壓力和溫度的影響下,單位體積中待測(cè)氣體水蒸氣的質(zhì)量,也就是水蒸氣密度,數(shù)學(xué)表達(dá)方式為Ha=MVV。

        式中MV——待測(cè)氣體中水蒸氣的質(zhì)量;

        V——待測(cè)氣體的總體積;

        Ha——待測(cè)氣體的絕對(duì)濕度,單位為g/m3。

        (2)相對(duì)濕度:相對(duì)濕度指的是待測(cè)氣體水蒸氣壓和溫度相同情況下水包含蒸氣壓二者比值百分?jǐn)?shù),通過數(shù)學(xué)表達(dá)式來進(jìn)行表達(dá)為[1]RH=PVPW×100%。

        式中PV——待測(cè)氣體水蒸氣壓;

        PW——溫度相同情況下水包含蒸氣壓;

        RH——相對(duì)濕度,單位為100%RH。

        若是溫度以及壓力發(fā)生變化,那么飽和水蒸氣壓也會(huì)發(fā)生變化,即便是氣體中水蒸氣壓還是相同,那么其相對(duì)濕度也會(huì)出現(xiàn)一些變化,溫度越升高,那么其飽和水蒸氣壓也會(huì)越大。

        1.2 濕度傳感器的發(fā)展史

        (1)毛發(fā)濕度計(jì)是最早的濕度檢測(cè)手段,達(dá)芬奇用的材料是人的頭發(fā)或者是羊毛。[2]這種儀器在進(jìn)行濕度檢測(cè)歷史上發(fā)揮的作用是很大的。

        (2)隨著社會(huì)和科技的發(fā)展,人們對(duì)于電子濕度傳感器研究所具備的重要意義認(rèn)知也愈加準(zhǔn)確。在1939年的時(shí)候,盾猛利用材料本身電氣特征制造出了第一個(gè)濕度傳感器。這種濕度傳感器利用的是電解質(zhì),通過電阻值的變化來監(jiān)測(cè)濕度。在監(jiān)測(cè)時(shí),其范圍較小,想要測(cè)定的濕度變化比較寬,那么需要選擇多個(gè)傳感器,并且傳感器的特性也應(yīng)該不同。

        (3)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,人們開始分析怎樣利用半導(dǎo)體來進(jìn)行濕度傳感器的制作,并且研制出了幾種材料是陶瓷金屬氧化物的傳感器。測(cè)試的時(shí)候,使用了含金屬氧化物厚膜硅膠或者是膠體涂印的傳感器。并且,還利用將膠體電阻減小的辦法來將響應(yīng)速度提高。

        2 濕度傳感器的類別

        2.1 半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器

        陶瓷濕度傳感器本身的優(yōu)點(diǎn)比較明顯,主要體現(xiàn)在下面幾點(diǎn)。首先,其測(cè)定濕范圍的時(shí)候,可以在全濕的范圍內(nèi)來測(cè)量濕度;其次,其工作溫度較高,常溫濕度傳感器可以在150℃以下開展工作,高溫濕度傳感器可以在800℃以下開展相關(guān)的工作;再次,響應(yīng)需要時(shí)間比較短,并且多孔陶瓷本身的表面積大,無論是吸濕還是脫濕都方便,其濕滯比較小,抗沾污能力比較強(qiáng),能夠進(jìn)行高溫的清洗,無論是穩(wěn)定性還是靈敏度都比較出色。

        2.2 高分子濕度傳感器

        1)高分子電阻式濕度傳感器。高分子電阻式濕度傳感器濕敏層能夠分成能夠進(jìn)行導(dǎo)電的高分子以及強(qiáng)電解質(zhì),其本身的吸水性比較出色。在濕度比較低的情況下,吸附量往往會(huì)比較小,很難生成電離子,這種情況下,電阻值較高;若是增加相對(duì)濕度,那么其吸附量也會(huì)有增加。高分子電解質(zhì)若是吸水,那么能夠電離,正負(fù)離子能夠載流子,這種情況下,電阻也會(huì)下降。吸濕量不同,高分子介質(zhì)所具備的阻值也是不一樣的,并且能夠根據(jù)其變化來測(cè)量相對(duì)的濕度。

        2)高分子電容式濕度傳感器。若是高分子聚合物的介質(zhì)會(huì)吸濕,那么隨著環(huán)境變化,元件介電常數(shù)也會(huì)出現(xiàn)變化,電容李也會(huì)變化。并且,高分子膜本身便薄,無論是吸濕還是脫濕速度都非??臁?/p>

        3)結(jié)露傳感器。結(jié)露傳感器作為一種濕度傳感器,其是比較特殊的,其特征是對(duì)感濕特征量,高濕敏感等有著開關(guān)式變化特征。揭露傳感器主要分成電容型和電阻型兩種,現(xiàn)在使用比較廣泛的便是電阻型的傳感器。

        3 選用濕度傳感器的注意事項(xiàng)

        3.1 注意測(cè)量范圍的選擇

        選擇濕度傳感器時(shí),首先便必須確定測(cè)量的范圍。除了一些專業(yè)部門之外,一般不需要測(cè)量全濕程(0100%RH)。

        3.2 注意測(cè)量精度的選擇

        對(duì)濕度傳感器來說,精度測(cè)量非常重要,每提高百分之一,濕度傳感器的臺(tái)階甚至是檔次便會(huì)上升。并且,精度不同,傳感器的成本也不一樣,售價(jià)差別也較大,這便要求必須根據(jù)自身需要來合理的選擇傳感器。

        4 濕度傳感器的主要問題——溫度補(bǔ)償

        溫度是對(duì)濕度測(cè)量造成影響的一個(gè)重要因素,研究溫度補(bǔ)償?shù)闹匾圆谎远鳌?/p>

        進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候,往往會(huì)選擇軟件或者硬件兩種方法,并且,根據(jù)不同類型傳感器溫度特征,選擇硬件補(bǔ)償?shù)陌囡L(fēng),能夠讓阻值隨著溫度變化而呈現(xiàn)出指數(shù)變化的濕敏電阻脫離支出狀態(tài)呈現(xiàn)出一種線性的關(guān)系;通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償?shù)陌囡L(fēng)指的是高分子濕敏電容器你河方程中進(jìn)行溫度參量的引進(jìn),進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。利用溫度補(bǔ)償能夠讓測(cè)量誤差更小。

        5 結(jié)論

        濕度傳感器已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到了各行各業(yè)中去。筆者介紹了幾種濕度傳感器,對(duì)其構(gòu)成和原理進(jìn)行了分析,并找到了一些注意事項(xiàng)和減小誤差的手段,希望能夠?qū)穸葌鞲衅鞯淖饔酶玫陌l(fā)揮出來。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李良.簡(jiǎn)易式濕度檢測(cè)顯示器設(shè)計(jì)[J]數(shù)學(xué)傳媒研究,2014,31(2):4650.

        [2]楊少春.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社,2011.

        基金項(xiàng)目:咸陽師范學(xué)院專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(XSYK17008),咸陽師范學(xué)院省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(20172522)

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