(一)检测电路的选择
1、电源选择
所有的电阻式湿度传感器都必须使用交流电源,否则性能会变差甚至失效。
电解质湿度传感器的导电性是通过离子的运动来实现的。在DC电源的作用下,正负离子必然向电源两极移动,产生电解,使湿敏层变薄甚至被破坏。在交流电源的作用下,正负离子来回移动,不会发生电解,湿敏膜不会被破坏。
交流电源的频率选择尽量低,没有正负离子的定向积累。在高频情况下,测试引线的容抗明显下降,会使湿敏电阻器短路。此外,湿敏膜在高频下还会产生趋肤效应,电阻值会发生变化,影响湿度测量的灵敏度和准确度。
2.温度补偿
湿度传感器有正或负温度系数,其温度系数不同,工作温度范围有宽有窄。所以要考虑温度补偿。
对于半导体陶瓷传感器,电阻与温度的关系一般为指数关系,温度关系通常属于NTC型,即,
h:相对湿度;t:绝对温度;
r0:T=0,相对湿度H=0时的电阻;
a:湿度常数;b:温度恒定。
温度系数=湿度系数=
湿度温度系数=
如果传感器的湿度温度系数为0.07% RH/,工作温差为30,测量误差为0.21% RH/,则不需要进行温度补偿。如果湿度温度系数为0.4% RH/,会造成12% RH/
3.线性化
湿度传感器的湿敏特性与相对湿度之间不是线性关系,这给湿度测量、控制和补偿带来困难。有必要通过一个变换来线性化湿度感测特性和相对湿度之间的关系。下图显示了湿度传感器测量电路的原理框图。
湿度传感器测量电路原理框图
(2)典型电路
电阻式湿度传感器,其测量电路主要有两种形式:
1.桥式电路
振荡器向电路提供交流电源。电桥的一个臂是湿度传感器,湿度传感器的电阻因湿度变化而变化,电桥失去平衡,产生信号输出。放大器可以放大不平衡信号,整流器将交流信号转换成DC信号,由DC毫安表显示。振荡器和放大器均由9V DC电源供电。电桥法适用于氯化锂湿度传感器。
便携式湿度计的实用电路
2.欧姆定律电路
该电路适用于大电流流动的陶瓷湿度传感器。因为湿度测量电路可以获得很强的信号,所以可以省略电桥和放大器,使用市电作为电源,只要使用降压变压器即可。其电路图如图所示。
3.具有温度补偿的湿度测量电路
在实际应用中,需要同时考虑湿度传感器的线性处理和温度补偿,通常采用运算放大器构成湿度测量电路。下图显示Rt为湿度测量电路中的热敏电阻(20k,b=4100k);RH为H204C湿度传感器,运算放大器型号为LM2904。电路的湿度-电压特性和温度特性表明,在(30% ~ 90%) RH和15 ~ 35范围内,输出电压表示的湿度误差小于3% RH。
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