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露点式氯化锂湿度计是由美国的 Forboro 公司首先研制出来的,其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似,但工作原理却完全不同。简而言之,它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。 2、碳湿敏元件
碳湿敏元件是美国的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出来的,与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比,碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点,因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制,并取得了积极的成果,其测量不确定度不超过±5%RH ,时间常数在正温时为2~3s,滞差一般在7%左右,比阻稳定性亦较好。 3、氧化铝湿度计
氧化铝传感器的突出优点是,体积可以非常小(例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重),灵敏度高(测量下限达-110℃露点),响应速度快(一般在 0.3s 到 3s 之间),测量信号直接以电参量的形式输出,大大简化了数据处理程序,等等。另外,它还适用于测量液体中的水分。如上特点正是工业和气象中的某些测量领域所希望的。因此它被认为是进行高空大气探测可供选择的几种合乎要求的传感器之一。也正是因为这些特点使人们对这种方法产生浓厚的兴趣。然而,遗憾的是尽管许多国家的专业人员为改进传感器的性能进行了不懈的努力,但是在探索生产质量稳定的产品的工艺条件,以及提高性能稳定性等与实用有关的重要问题.
上始终未能取得重大的突破。因此,到目前为止,传感器通常只能在特定的条件和有限的范围内使用。近年来,这种方法在工业中的低霜点测量方面开始崭
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露头角。
4、陶瓷湿度传感器
在湿度测量领域中,对于低湿和高湿及其在低温和高温条件下的测量,到目前为止仍然是一个薄弱环节,而其中又以高温条件下的湿度测量技术最为落后。以往,通风干湿球湿度计几乎是在这个温度条件下可以使用的唯一方法,而该法在实际使用中亦存在种种问题,无法令人满意。另一方面,科学技术的进展,要求在高温下测量湿度的场合越来越多,例如水泥、金属冶炼、食品加工等涉及工艺条件和质量控制的许多工业过程的湿度测量与控制。因此,自60年代起,许多国家开始竟相研制适用于高温条件下进行测量的湿度传感器。 考虑到传感器的使用条件,人们很自然地把探索方向着眼于既具有吸水性又能耐高温的某些无机物上。实践已经证明,陶瓷元件不仅具有湿敏特性,而且还可以作为感温元件和气敏元件。这些特性使它极有可能成为一种有发展前途的多功能传感器。寺日、福岛、新田等人在这方面已经迈出了颇为成功的一步。他们于 1980 年研制成称之为“湿瓷 - Ⅱ型”和“湿瓷 - Ⅲ型”的多功能传感器。前者可测控温度和湿度,主要用于空调,后者可用来测量湿度和诸如酒精等多种有机蒸气,主要用于食品加工方面。
以上两种是应用较多的传感器,另外还有其他根据不同原理而研制的湿度
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昆明理工大学 课程设计 正文 传感器如:氧化铝湿度计、碳湿敏元件等
湿度传感器测量电路由湿度传感器,差动放大器,同相加法放大器等主电路组成;为了实现温度补偿功能,选择铂电阻温度传感器采集环境温度,通过转换电桥和差动放大,输入同相加法器实现加法运算,补偿环境温度对湿度传感器的影响,其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。
3.2 电路设计原理框图
原理框图:
湿度传感器差动放大器1电压跟随器同相加法器输出PT电阻传感器转换电桥差动放大器2图3-1 原理框图
3.3各组成部分的工作原理 总的工作原理图:
20μF3AX3 ╳210kΩ100kΩ╳6湿度传感器51kΩ10μF51kΩ3DG62kΩ20μF2.2kΩ10μF10μF2kΩ100mA
10μFU
3kΩ╳2100kΩ9V
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1、差动放大电路
差动放大器:是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端,然后在输出端取出二个信号的差模成分,而尽量抑制二个信号的共模成分的电路。采用差动放大器电路,有利于抑制共模干扰和减小漂移。
图4-1 差动放大电路
R2R2R4uo??ui1?(1?)ui2
R1R1R3?R4如果满足R2/R1?R4/R3:则uo??2、温度补偿电路
R2(ui2?ui1)。 R1湿度传感器具有正或负的温度系数,其温度系数大小不一,工作温区有宽有窄。所以要考虑温度补偿问题。
对于半导体陶瓷传感器,其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系,通常其温度关系属于NTC型,即
H:相对湿度; T:绝对温度;
R0:在T=0℃相对湿度H=0时的阻值; A:湿度常数;B:温度常数。
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温度系数= 湿度系数=
湿度温度系数=
若传感器的湿度温度系数为0.07%RH/℃,工作温度差为30℃,测量误差为0.21%RH/℃,则不必考虑温度补偿;若湿度温度系数为0.4%RH/℃,则引起12%RH/℃的误差,必须进行温度补偿。在考虑到对湿度传感器进行线性处理和温度补偿,常常采用电桥放大电路构成湿度测量电路。
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。
电桥放大电路应用于电参量式传感器,如电感式、电阻应变式、电容式传感器等,经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号,并用运算放大器作进一步放大,或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路,输出放大了的电压信号。
ua
R u
R
R (1+δ)
ub
图4-2 差动输入电桥放大电路
R1
R
∞ - + N
+
uo
R2=R1
Ru1??当R1?R2>>R时:ua?uo()?,ub?u。R?2R122??
2R?u若运放工作在理想状态,即ua?ub,则uo=(1+1)。R1?(?/2)43