濕度傳感器及其測量電路

1、3.5 濕度傳感器及其測量電路濕度傳感器及其測量電路 濕度的測量與控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科濕度的測量與控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科 研、航天等部門及人們的舒適與健康方面至關(guān)重要。但是研、航天等部門及人們的舒適與健康方面至關(guān)重要。但是 在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，由于大氣壓強、溫度等因素同時影在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，由于大氣壓強、溫度等因素同時影 響著濕度的高低，因而濕度的準確測量具有極大難度。使響著濕度的高低，因而濕度的準確測量具有極大難度。使 用常規(guī)的干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計測量濕度時，測量誤用常規(guī)的干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計測量濕度時，測量誤 差在差在5%5%20%20%之間，已

2、經(jīng)無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，之間，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要， 并且存在校準困難，即使如此也不能確保標定精度。近年并且存在校準困難，即使如此也不能確保標定精度。近年 來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進步，濕度來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進步，濕度 傳感器正從簡單的濕度元件向著集成化、智能化、多參數(shù)傳感器正從簡單的濕度元件向著集成化、智能化、多參數(shù) 檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了 非常有利的條件，也將濕度測量技術(shù)提高到了一個嶄新的非常有利的條件，也將濕度測量技術(shù)提高到了一個嶄新的 水平。水平。 精密儀

3、器、半導體集成電路與元器件制造場所，氣象預(yù)報、精密儀器、半導體集成電路與元器件制造場所，氣象預(yù)報、 醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用 3.5.1 濕度傳感器的類型及性能濕度傳感器的類型及性能 1. 濕度測量的名詞術(shù)語濕度測量的名詞術(shù)語 濕度這一概念隨被測物質(zhì)的物理狀態(tài)不同而有著不同的含義。對于氣態(tài)物 質(zhì)，在測量其濕度時，常用絕對濕度、相對濕度和露點來表示；而對于固 態(tài)物質(zhì)，其濕度常用含濕量和濕度予以表示。 (1)氣體的濕度 絕對濕度：指在一定溫度和壓力下，單位體積混合氣體中所含的水蒸氣量。 用符號dv表示，單位為g/m3。 dv=m/V=217.6p

4、/(Tab+273.16) 式中，p為水蒸氣的壓強，單位為帕斯卡(Pa)，Tab代表混合氣體的溫度， 單位采用。 相對濕度：以某溫度下飽和水蒸氣量為基準，相對濕度是指絕對濕度占同 一溫度下飽和水蒸氣量的百分數(shù)，用RH(Relative Humidity)表示。由于混 合氣體中水蒸氣產(chǎn)生的分壓強與其含量成正比，因此有 RH=p1(T)/ p2(T)100% (3.28) 式中，p1(T)表示溫度為T時混合氣體中水蒸氣的分壓強，p2(T)表示在溫度 T下飽和水蒸氣中水蒸氣的分壓強。顯然，RH是壓強和溫度的函數(shù)。 露（霜）點露（霜）點 水的飽和蒸氣壓隨溫度的降低而逐漸下降。在同樣的空氣水水的飽和蒸氣

5、壓隨溫度的降低而逐漸下降。在同樣的空氣水 蒸氣壓下，溫度越低，則空氣的蒸氣壓下，溫度越低，則空氣的水蒸氣壓水蒸氣壓與同溫度下水的與同溫度下水的飽飽 和蒸氣壓和蒸氣壓差值越小。當空氣溫度下降到某一溫度時，空氣中差值越小。當空氣溫度下降到某一溫度時，空氣中 的水蒸氣壓與同溫度下水的飽和水蒸氣壓相等。此時，空氣的水蒸氣壓與同溫度下水的飽和水蒸氣壓相等。此時，空氣 中的水蒸氣將向液相轉(zhuǎn)化而凝結(jié)成中的水蒸氣將向液相轉(zhuǎn)化而凝結(jié)成露珠露珠，相對濕度為，相對濕度為100 RH。該溫度，稱為空氣的。該溫度，稱為空氣的露點溫度露點溫度，簡稱露點。如果這一，簡稱露點。如果這一 溫度低于溫度低于0時，水蒸氣將結(jié)霜時，

6、水蒸氣將結(jié)霜，又稱為又稱為霜點溫度霜點溫度。兩者統(tǒng)。兩者統(tǒng) 稱為露點?？諝庵兴魵鈮涸叫?，露點越低，因而可用露點稱為露點?？諝庵兴魵鈮涸叫。饵c越低，因而可用露點 表示空氣中的濕度表示空氣中的濕度。 5010203040-10 0 10 20 30 40 50 溫度 / 10%R H 露點 / 90%R H 80%R H 70%R H 60%R H 50%R H 40%R H 20%R H 30%R H 露點：在一定溫度下，氣體所容納的水蒸氣含量超過某限量露點：在一定溫度下，氣體所容納的水蒸氣含量超過某限量 時，多余的水從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的現(xiàn)象稱為結(jié)露。隨著溫度的時，多余的水從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的現(xiàn)象

7、稱為結(jié)露。隨著溫度的 降低，含水量一定的不飽和氣體將首先達到飽和狀態(tài)；隨著降低，含水量一定的不飽和氣體將首先達到飽和狀態(tài)；隨著 溫度的再進一步下降，將引起結(jié)露，并且不飽和氣體的含水溫度的再進一步下降，將引起結(jié)露，并且不飽和氣體的含水 量越少，結(jié)露所要求的溫度越低，含水量越多，結(jié)露所要求量越少，結(jié)露所要求的溫度越低，含水量越多，結(jié)露所要求 的溫度也越高。我們把在水氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露時的的溫度也越高。我們把在水氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露時的 溫度稱為露點，其單位采用溫度單位溫度稱為露點，其單位采用溫度單位。露點可用來表示不。露點可用來表示不 飽和氣體的含水量，因此也是在測量氣體濕度時常用的一個

8、飽和氣體的含水量，因此也是在測量氣體濕度時常用的一個 名詞。名詞。 (2)固體的濕度固體的濕度 含濕量含濕量：指物質(zhì)中水分的含量：指物質(zhì)中水分的含量M1與不含水分的干物質(zhì)質(zhì)量與不含水分的干物質(zhì)質(zhì)量 M0之比的百分數(shù)。之比的百分數(shù)。 = M1/ M0=(M- M0)/ M0100% (3.29) 式中式中M為含水物質(zhì)的質(zhì)量，為含水物質(zhì)的質(zhì)量，M0為相應(yīng)的干物質(zhì)質(zhì)量，為相應(yīng)的干物質(zhì)質(zhì)量，M1為為 含水物質(zhì)中所含水分質(zhì)量。含水物質(zhì)中所含水分質(zhì)量。 濕度濕度F：固態(tài)物質(zhì)的濕度：固態(tài)物質(zhì)的濕度F定義為定義為 F= M1/M=(M- M0)/ M100% (3.30) 式中符號的含義同上。式中符號的含義同

9、上。 二、濕度傳感器的主要參數(shù)二、濕度傳感器的主要參數(shù) 1 1、濕度量程、濕度量程 指濕度傳感器技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的感濕范圍。全濕度指濕度傳感器技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的感濕范圍。全濕度 范圍用相對濕度范圍用相對濕度(0100)RH表示，它是濕度傳感器表示，它是濕度傳感器 工作性能的一項重要指標。工作性能的一項重要指標。 2 2、感濕特征量、感濕特征量相對濕度特性相對濕度特性 每種濕度傳感器都有其感濕特征量，如電阻、電容等，每種濕度傳感器都有其感濕特征量，如電阻、電容等， 通常用電阻比較多。以電阻為例，在規(guī)定的工作濕度范通常用電阻比較多。以電阻為例，在規(guī)定的工作濕度范 圍內(nèi)，濕度傳感器的電阻值隨環(huán)境濕度

10、變化的關(guān)系特性圍內(nèi)，濕度傳感器的電阻值隨環(huán)境濕度變化的關(guān)系特性 曲線，簡稱曲線，簡稱阻濕特性阻濕特性。有的濕度傳感器的電阻值隨濕度。有的濕度傳感器的電阻值隨濕度 的增加而增大，這種為的增加而增大，這種為正特性濕敏電阻器正特性濕敏電阻器，如，如Fe3O4濕濕 敏電阻器。有的阻值隨著濕度的增加而減小，這種為敏電阻器。有的阻值隨著濕度的增加而減小，這種為負負 特性濕敏電阻器特性濕敏電阻器，如，如TiO2SnO2陶瓷濕敏電阻器。陶瓷濕敏電阻器。 4 4、特征量溫度系數(shù)、特征量溫度系數(shù) 反映濕度傳感器在感濕特征量反映濕度傳感器在感濕特征量相對濕度特性曲線隨相對濕度特性曲線隨 環(huán)境溫度而變化的特性。感濕特

11、征量隨環(huán)境溫度的變化環(huán)境溫度而變化的特性。感濕特征量隨環(huán)境溫度的變化 越小，環(huán)境溫度變化所引起的相對濕度的誤差就越小。越小，環(huán)境溫度變化所引起的相對濕度的誤差就越小。 在環(huán)境溫度保持恒定時，濕度傳感器特征量的相對變化在環(huán)境溫度保持恒定時，濕度傳感器特征量的相對變化 量與對應(yīng)的溫度變化量之比，稱為量與對應(yīng)的溫度變化量之比，稱為特征量溫度系數(shù)特征量溫度系數(shù)。 100 1 21 TR RR 100 1 21 TC CC T溫度溫度25與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差；與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； R1( (C1) )溫度溫度25時濕度傳感器的電阻值時濕度傳感器的電阻值( (或電容值或電容值) )； R2( (C2

12、) )另一規(guī)定環(huán)境溫度時濕度傳感器的電阻值另一規(guī)定環(huán)境溫度時濕度傳感器的電阻值( (或電容值或電容值) )。 電容溫度系數(shù)電容溫度系數(shù)(%/)= 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)(%/)= 5 5、感濕溫度系數(shù)、感濕溫度系數(shù) 反映濕度傳感器溫度特性的一個比較直觀、實用的物理反映濕度傳感器溫度特性的一個比較直觀、實用的物理 量。它表示在兩個規(guī)定的溫度下，濕度傳感器的電阻值量。它表示在兩個規(guī)定的溫度下，濕度傳感器的電阻值 (或電容值或電容值)達到相等時，其對應(yīng)的相對濕度之差與兩個達到相等時，其對應(yīng)的相對濕度之差與兩個 規(guī)定的溫度變化量之比，稱為感濕溫度系數(shù)?；颦h(huán)境溫規(guī)定的溫度變化量之比，稱為感濕溫度系數(shù)。

13、或環(huán)境溫 度每變化度每變化1時，所引起的濕度傳感器的濕度誤差。感時，所引起的濕度傳感器的濕度誤差。感 濕溫度系數(shù)濕溫度系數(shù) T溫度溫度25與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差；與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； H1溫度溫度25時濕度傳感器某一電阻值時濕度傳感器某一電阻值(或電容值或電容值)對對 應(yīng)的相對濕度值；應(yīng)的相對濕度值； H2另一規(guī)定環(huán)境溫度下濕度傳感器另一電阻值另一規(guī)定環(huán)境溫度下濕度傳感器另一電阻值(或電或電 容值容值)對應(yīng)的相對濕度。對應(yīng)的相對濕度。 下圖為感濕溫度系數(shù)示意圖。下圖為感濕溫度系數(shù)示意圖。 T HH 21 (%RH/)= 相對濕度/% H1H2H2 感濕溫度系數(shù)示意圖 相對濕度/% H1H2

14、H2 RC T2 T2 T2 T2 25 25 (a) 電阻型 (b)電容型 6 6、響應(yīng)時間、響應(yīng)時間 在一定溫度下，當相對濕度發(fā)生躍變時，濕度傳感器的在一定溫度下，當相對濕度發(fā)生躍變時，濕度傳感器的 電參量達到穩(wěn)態(tài)變化量的規(guī)定比例所需要的時間。一般電參量達到穩(wěn)態(tài)變化量的規(guī)定比例所需要的時間。一般 是以相應(yīng)的起始和終止這一相對濕度變化區(qū)間的是以相應(yīng)的起始和終止這一相對濕度變化區(qū)間的63作作 為相對濕度變化所需要的時間，也稱時間常數(shù)，它是反為相對濕度變化所需要的時間，也稱時間常數(shù)，它是反 映濕度傳感器相對濕度發(fā)生變化時，其反應(yīng)速度的快慢。映濕度傳感器相對濕度發(fā)生變化時，其反應(yīng)速度的快慢。 單位

15、是單位是s。也有規(guī)定從起始到終止。也有規(guī)定從起始到終止90的相對濕度變化作的相對濕度變化作 為響應(yīng)時間的。響應(yīng)時間又分為為響應(yīng)時間的。響應(yīng)時間又分為吸濕響應(yīng)時間吸濕響應(yīng)時間和和脫濕響脫濕響 應(yīng)時間應(yīng)時間。大多數(shù)濕度傳感器都是脫濕響應(yīng)時間大于吸濕。大多數(shù)濕度傳感器都是脫濕響應(yīng)時間大于吸濕 響應(yīng)時間，一般以脫濕響應(yīng)時間作為濕度傳感器的響應(yīng)響應(yīng)時間，一般以脫濕響應(yīng)時間作為濕度傳感器的響應(yīng) 時間。時間。 7 7、電壓特性、電壓特性 當用濕度傳感器測量濕度時，所加的測試電壓，不能當用濕度傳感器測量濕度時，所加的測試電壓，不能 用直流電壓。這是由于加直流電壓引起感濕體內(nèi)水分子用直流電壓。這是由于加直流電壓

16、引起感濕體內(nèi)水分子 的電解，致使電導率隨時間的增加而下降，故測試電壓的電解，致使電導率隨時間的增加而下降，故測試電壓 采用交流電壓。采用交流電壓。 右圖表示濕度傳感器的電阻右圖表示濕度傳感器的電阻 與外加交流電壓之間的關(guān)系。與外加交流電壓之間的關(guān)系。 可見，測試電壓小于可見，測試電壓小于5V時，時， 電壓對阻電壓對阻濕特性沒有影濕特性沒有影 響。但交流電壓大于響。但交流電壓大于15V時，時， 由于產(chǎn)生焦耳熱，對濕度傳由于產(chǎn)生焦耳熱，對濕度傳 感器的阻感器的阻濕特性產(chǎn)生了濕特性產(chǎn)生了 較大影響，因而一般濕度傳較大影響，因而一般濕度傳 感的使用電壓都小于感的使用電壓都小于10V。 Lg R / 0

17、12345 6 5 7 8 4 20 100Hz 11% RH 33% RH 75% RH 100% RH U/V 2. 濕敏元件濕敏元件 濕度傳感器依據(jù)使用材料分類濕度傳感器依據(jù)使用材料分類 電解質(zhì)型電解質(zhì)型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一對電極，：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一對電極， 涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn)生離子導電，隨涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn)生離子導電，隨 濕度升高而電阻減小。濕度升高而電阻減小。 陶瓷型陶瓷型：一般以金屬氧化物為原料，通過陶瓷工藝，制成一：一般以金屬氧化物為原料，通過陶瓷工藝，制成一 種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對空氣中水蒸氣的

18、敏感特種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對空氣中水蒸氣的敏感特 性而制成。性而制成。 高分子型高分子型：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極,通過浸漬通過浸漬 或涂覆或涂覆,使其在基板上附著一層有機高分子感濕膜。有機高使其在基板上附著一層有機高分子感濕膜。有機高 分子的材料種類也很多分子的材料種類也很多,工作原理也各不相同。工作原理也各不相同。 單晶半導體型單晶半導體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導體工藝制：所用材料主要是硅單晶，利用半導體工藝制 成。制成二極管濕敏器件和成。制成二極管濕敏器件和MOSFET濕度敏感器件等。其特濕度敏感器件等。其特 點是易于和半導體電

19、路集成在一起。點是易于和半導體電路集成在一起。 濕敏元件是最簡單的濕度傳感器，主要有電阻式和電容式兩大類。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器，主要有電阻式和電容式兩大類。 (1) 濕敏電阻濕敏電阻 濕敏電阻是覆蓋在基片上的一層感濕材料膜，當空氣中的水蒸氣濕敏電阻是覆蓋在基片上的一層感濕材料膜，當空氣中的水蒸氣 吸附于感濕膜上時，將引起其電阻率和電阻值變化，利用這一特吸附于感濕膜上時，將引起其電阻率和電阻值變化，利用這一特 性可以對濕度進行測量。濕敏電阻主要有金屬氧化物濕敏電阻、性可以對濕度進行測量。濕敏電阻主要有金屬氧化物濕敏電阻、 硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等種類，如國產(chǎn)硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等種

20、類，如國產(chǎn)SM1型硅濕敏電阻，型硅濕敏電阻， 其相對濕度的測量范圍為其相對濕度的測量范圍為1%100%，測量精度達，測量精度達4%。靈敏。靈敏 度高是濕敏電阻的主要優(yōu)點，但存在較嚴重的非線性，互換性也度高是濕敏電阻的主要優(yōu)點，但存在較嚴重的非線性，互換性也 不是很理想。不是很理想。 (2) 濕敏電容濕敏電容 濕敏電容一般是用聚苯乙烯、聚烯亞胺、酪酸醋酸纖維等高分子濕敏電容一般是用聚苯乙烯、聚烯亞胺、酪酸醋酸纖維等高分子 材料制成的薄膜電容。環(huán)境濕度的改變，引起高分子材料的介電材料制成的薄膜電容。環(huán)境濕度的改變，引起高分子材料的介電 常數(shù)變化，導致濕敏電容的電容量也發(fā)生變化，并且其電容變化常數(shù)變

21、化，導致濕敏電容的電容量也發(fā)生變化，并且其電容變化 量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互 換性好、滯后量小、響應(yīng)速度快，便于制造，易于實現(xiàn)小型化和換性好、滯后量小、響應(yīng)速度快，便于制造，易于實現(xiàn)小型化和 集成化，但其精度一般低于濕敏電阻。目前濕敏電容的主要制造集成化，但其精度一般低于濕敏電阻。目前濕敏電容的主要制造 公司有哈米瑞爾公司有哈米瑞爾(Humirel)、飛利浦、飛利浦(Philips)、西門子、西門子(Siemens) 等。等。 除電阻式、電容式濕敏元件外，還有電解質(zhì)離子型、重量型、光除電阻式、電容式濕敏元件

22、外，還有電解質(zhì)離子型、重量型、光 強型、聲表面波型等濕敏元件。濕敏元件的線性度和抗污染性差，強型、聲表面波型等濕敏元件。濕敏元件的線性度和抗污染性差， 在檢測環(huán)境中由于易被污染而使其精度和穩(wěn)定性受到影響。在檢測環(huán)境中由于易被污染而使其精度和穩(wěn)定性受到影響。 3. 濕敏傳感器 (1)普通型濕度傳感器 它由濕敏元件構(gòu)成，能將濕度轉(zhuǎn)化為毫伏級電壓信號，但不具備溫度補償及濕度信 號調(diào)理功能。如國產(chǎn)CSR1型濕度傳感器，其相對濕度的測量范圍為0100%， 測量精度為2%4%，輸出電壓達0+100mV，可在-10+50溫度范圍內(nèi)正 常工作，工作電流15mA，響應(yīng)時間不超過10s。 (2)典型集成濕度傳感器

23、 線性電壓輸出式集成濕度傳感器：典型產(chǎn)品有Honeywell公司的HIH3605/3610、 Humirel公司的HM1500/1520。它們采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對 濕度成比例的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快、重復性好，抗污染能力強。 線性頻率輸出式集成濕度傳感器：目前典型產(chǎn)品有Humirel公司的HF3223。它采用 模塊結(jié)構(gòu)，能將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號并以頻率信號形式輸出。當相對濕度從 10%變到95%，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。HF3223具有良好的線性度 和抗干擾能力，便于適配數(shù)字電路或單片機，并且價格低。 頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器：目前典型產(chǎn)品也

24、是由Humirel公司推出的 HTF3223。除了具有HF3223的全部功能外，還增加了NTC型熱敏電阻作為溫度傳 感器，因而既可輸出濕度頻率信號測量濕度，也可輸出電阻信號實現(xiàn)溫度測量。 單片智能化濕度/溫度傳感器：2002年瑞士森斯瑞(Sensiron)公司率先研制出SHT11、 SHT15型兩種超小型、高精度、多功能式智能濕度/溫度傳感器，可用來測量相對 濕度、溫度和露點等參數(shù)。SHT11和SHT15電路原理相同，只是測量精度不同。它 們被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療儀器、通風及空調(diào)設(shè)備中。 三、電解質(zhì)濕度傳感器三、電解質(zhì)濕度傳感器 電解質(zhì)是以離子形式導電的物質(zhì)，分為電解質(zhì)是以離子

25、形式導電的物質(zhì)，分為固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)和和液液 體電解質(zhì)體電解質(zhì)。若物質(zhì)溶于水中，在極性水分子作用下，能。若物質(zhì)溶于水中，在極性水分子作用下，能 全部或部分地離解為自由移動的正、負離子，稱為液體全部或部分地離解為自由移動的正、負離子，稱為液體 電解質(zhì)。電解質(zhì)溶液的電導率與溶液的濃度有關(guān)，而溶電解質(zhì)。電解質(zhì)溶液的電導率與溶液的濃度有關(guān)，而溶 液的濃度，在一定的溫度下又是環(huán)境相對濕度的函數(shù)。液的濃度，在一定的溫度下又是環(huán)境相對濕度的函數(shù)。 氯化鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu) A B B 鈀絲 A 涂有聚苯乙烯薄膜的圓筒 電解質(zhì)氯化鋰濕度傳感器最為典型電解質(zhì)氯化鋰濕度傳感器最為典型 0306090 0.01

26、0.1 1 10 R/108 相對濕度/% 1.0 % LiCl 2.2%LiCl 0.5% LiCl 0.25% LiCl PVAC 氯化鋰濕度傳感器的阻濕特性組合式氯化鋰的阻濕特性 030 60 90 0.01 0.1 1 10 相對濕度/% R/108 把不同感濕范圍的單片濕把不同感濕范圍的單片濕 度傳感器組合起來度傳感器組合起來, ,可制成可制成 相對濕度工作量程為相對濕度工作量程為20 90RH的濕度傳感器的濕度傳感器 四、陶瓷濕度傳感器四、陶瓷濕度傳感器 利用半導體陶瓷材料制成的陶瓷濕度傳感器。具有許多利用半導體陶瓷材料制成的陶瓷濕度傳感器。具有許多 優(yōu)點：測濕范圍寬，可實現(xiàn)全濕范

27、圍內(nèi)的濕度測量；工優(yōu)點：測濕范圍寬，可實現(xiàn)全濕范圍內(nèi)的濕度測量；工 作溫度高，常溫濕度傳感器的工作溫度在作溫度高，常溫濕度傳感器的工作溫度在150150以下，而以下，而 高溫濕度傳感器的工作溫度可達高溫濕度傳感器的工作溫度可達800800，響應(yīng)時間較短，響應(yīng)時間較短， 精度高，抗污染能力強，工藝簡單，成本低廉。精度高，抗污染能力強，工藝簡單，成本低廉。 典型產(chǎn)品是燒結(jié)型陶瓷濕敏元件是典型產(chǎn)品是燒結(jié)型陶瓷濕敏元件是MgCr2O4TiO2系。系。 此外，還有此外，還有TiO 2-V2O5系、 系、ZnOLi 2O V 2O5系、 系、 ZnCr2O4系、系、ZrO2MgO系、系、Fe3O4系、系、

28、Ta2O5系等。這系等。這 類濕度傳感器的感濕特征量大多數(shù)為電阻。除類濕度傳感器的感濕特征量大多數(shù)為電阻。除Fe3O4外，外， 都為負特性濕度傳感器，即隨著環(huán)境相對濕度的增加，都為負特性濕度傳感器，即隨著環(huán)境相對濕度的增加， 阻值下降。也有少數(shù)陶瓷濕度傳感器，它的感濕特性量阻值下降。也有少數(shù)陶瓷濕度傳感器，它的感濕特性量 為電容。為電容。 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 該濕度傳感器的感濕體是該濕度傳感器的感濕體是MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷。這系多孔陶瓷。這 種多孔陶瓷的氣孔大部分為粒間氣孔種多孔陶瓷的氣孔大部分為粒間氣孔, ,氣孔直徑隨氣孔直徑隨TiO2 添加量的增加而增大。粒間氣孔與顆粒大小無

29、關(guān)添加量的增加而增大。粒間氣孔與顆粒大小無關(guān), , 相當相當 于一種開口毛細管于一種開口毛細管, ,容易吸附水分。材料的主晶相是容易吸附水分。材料的主晶相是 MgCr2O4相相, ,此外此外, ,還有還有TiO2相相等等, ,感濕體是一個多晶多感濕體是一個多晶多 相的混合物。相的混合物。 陶瓷濕敏元件結(jié)構(gòu)圖 護圈電極 感濕陶瓷 氧化釕電極 加熱器 基板 電極引線 2 2、主要特性與性能、主要特性與性能 （1 1）電阻一濕度特性）電阻一濕度特性 MgCr2O4TiO2系陶瓷濕度傳感器的電阻一濕度特系陶瓷濕度傳感器的電阻一濕度特 性，隨著相對濕度的增加，電阻值急驟下降，基本按指性，隨著相對濕度的增

30、加，電阻值急驟下降，基本按指 數(shù)規(guī)律下降。在單對數(shù)的坐標中，電阻數(shù)規(guī)律下降。在單對數(shù)的坐標中，電阻濕度特性近似濕度特性近似 呈線性關(guān)系。當相對濕度由呈線性關(guān)系。當相對濕度由0變?yōu)樽優(yōu)?00RH時，阻值從時，阻值從 107下降到下降到104，即變化了三個數(shù)量級。，即變化了三個數(shù)量級。 20406080100 103 104 105 106 107 108 相對濕度/% R/ （2 2）電阻）電阻溫度特性溫度特性 是在不同的溫度環(huán)境下，測量陶瓷濕度傳感器的電阻是在不同的溫度環(huán)境下，測量陶瓷濕度傳感器的電阻 濕度特性。從圖可見，從濕度特性。從圖可見，從20到到80各條曲線的變化規(guī)各條曲線的變化規(guī) 律

31、基本一致，具有負溫度系數(shù)，其感濕負溫度系數(shù)為律基本一致，具有負溫度系數(shù)，其感濕負溫度系數(shù)為 0.38RH。如果要求精確的濕度測量，需要對濕。如果要求精確的濕度測量，需要對濕 度傳感器進行溫度補償。度傳感器進行溫度補償。 20406080100 103 104 105 106 107 108 相對濕度/% 20 40 60 80 R/ MgCr2O4-TiO2系濕度傳感器的電阻溫度特性 MgCr2O4-TiO2系濕度傳感器的時間響應(yīng)特性 20 40 60 80 100 0102030 94%RH 50%RH 1%RH 50%RH t /s %RH （3 3）響應(yīng)時間）響應(yīng)時間 響應(yīng)時間特性如圖。

32、根據(jù)響應(yīng)時間的規(guī)定，從圖中響應(yīng)時間特性如圖。根據(jù)響應(yīng)時間的規(guī)定，從圖中 可知，響應(yīng)時間小于可知，響應(yīng)時間小于10s。 （4 4）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性 制成的制成的MgCr2O4-TiO2系陶瓷類濕度傳感器，需要實驗：系陶瓷類濕度傳感器，需要實驗： 高溫負荷實驗高溫負荷實驗(大氣中，溫度大氣中，溫度150，交流電壓，交流電壓5V，時間，時間 104h)；高溫高濕負荷試驗；高溫高濕負荷試驗(濕度大于濕度大于95RH，溫度，溫度60， 交流電壓交流電壓5V，時間，時間104h)；常溫常濕試驗；常溫常濕試驗濕度濕度(1090) RH，溫度，溫度(1040)；油氣循環(huán)試驗；油氣循環(huán)試驗(油蒸氣油蒸氣 加熱清洗

33、循環(huán)加熱清洗循環(huán)25萬次，交流電壓萬次，交流電壓5V)。經(jīng)過以上各種。經(jīng)過以上各種 試驗，大多數(shù)陶瓷濕度傳感器仍能可靠地工作，說明穩(wěn)試驗，大多數(shù)陶瓷濕度傳感器仍能可靠地工作，說明穩(wěn) 定性比較好。定性比較好。 五、高分子濕度傳感器五、高分子濕度傳感器 用有機高分子材料制成的濕度傳感器，主要是利用其吸用有機高分子材料制成的濕度傳感器，主要是利用其吸 濕性與脹縮性。某些高分子電介質(zhì)吸濕后，濕性與脹縮性。某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)介電常數(shù)明明 顯改變，制成了電容式濕度傳感器；某些高分子電解質(zhì)顯改變，制成了電容式濕度傳感器；某些高分子電解質(zhì) 吸濕后，吸濕后，電阻電阻明顯變化，制成了電阻式濕度傳感器

34、；利明顯變化，制成了電阻式濕度傳感器；利 用脹縮性高分子（如樹脂）材料和導電粒子，在吸濕之用脹縮性高分子（如樹脂）材料和導電粒子，在吸濕之 后的后的開關(guān)特性開關(guān)特性，制成了結(jié)露傳感器。，制成了結(jié)露傳感器。 （一）電容式濕度傳感器（一）電容式濕度傳感器 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 高分子薄膜電介質(zhì)電容式濕高分子薄膜電介質(zhì)電容式濕 度傳感器的基本結(jié)構(gòu)。度傳感器的基本結(jié)構(gòu)。 高分子薄膜上部電極 下部電極 2 2、感濕機理與性能、感濕機理與性能 電容式高分子濕度傳感器，其上部電容式高分子濕度傳感器，其上部 多孔質(zhì)的金電極可使水分子透過，水多孔質(zhì)的金電極可使水分子透過，水 的介電系數(shù)比較大，室溫時約為的介電系數(shù)

35、比較大，室溫時約為79。 感濕高分子材料的介電常數(shù)并不大，感濕高分子材料的介電常數(shù)并不大， 當水分子被高分子薄膜吸附時，介電當水分子被高分子薄膜吸附時，介電 常數(shù)發(fā)生變化。隨著環(huán)境濕度的提高，常數(shù)發(fā)生變化。隨著環(huán)境濕度的提高， 高分子薄膜吸附的水分子增多，因而高分子薄膜吸附的水分子增多，因而 濕度傳感器的電容量增加所以根據(jù)濕度傳感器的電容量增加所以根據(jù) 電容量的變化可測得相對濕度。電容量的變化可測得相對濕度。 （2 2）響應(yīng)特性）響應(yīng)特性 由于高分子薄膜可以做得極薄，所以吸濕響應(yīng)時間都很由于高分子薄膜可以做得極薄，所以吸濕響應(yīng)時間都很 短，一般都小于短，一般都小于5s，有的響應(yīng)時間僅為，有的響

36、應(yīng)時間僅為1s。 （3 3）電容一溫度特性）電容一溫度特性 電容式高分子膜濕度傳感器的感濕特性受溫度影響非常電容式高分子膜濕度傳感器的感濕特性受溫度影響非常 小，在小，在550范圍內(nèi)范圍內(nèi),電容溫度系數(shù)約為電容溫度系數(shù)約為0.06RH/ 相對濕度/% 050100 200 250 300 350 電容濕度特性 C/pF （f=1.5MHZ） （1 1）電容）電容濕度特性濕度特性 其電容隨著環(huán)境溫度的增加而增加其電容隨著環(huán)境溫度的增加而增加, , 基本上呈線性關(guān)系。當測試頻率為基本上呈線性關(guān)系。當測試頻率為 l.5MHzl.5MHz左右時左右時, ,其輸出特性有良好的其輸出特性有良好的 線性度。

37、對其它測試頻率線性度。對其它測試頻率, ,如如1kHz1kHz、 10kHz10kHz，盡管傳感器的電容量變化很，盡管傳感器的電容量變化很 大大, ,但線性度欠佳?？赏饨愚D(zhuǎn)換電路但線性度欠佳。可外接轉(zhuǎn)換電路, , 使電容使電容濕度特性趨于理想直線。濕度特性趨于理想直線。 （二）電阻式高分子膜濕度傳感器（二）電阻式高分子膜濕度傳感器 1、結(jié)構(gòu) 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu)。 引線端 感濕膜 聚苯乙烯磺酸鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu) 梳狀電極 基片 2 2、主要特性、主要特性 （1 1）電阻）電阻濕度特性濕度特性 當環(huán)境濕度變化時，傳感器在吸濕和脫濕兩種情況的當環(huán)境濕度變化時，傳感器在吸濕和脫濕兩種情況的

38、 感濕特性曲線，如圖。在整個濕度范圍內(nèi)，傳感器均有感濕特性曲線，如圖。在整個濕度范圍內(nèi)，傳感器均有 感濕特性，其阻值與相對濕度的關(guān)系在單對數(shù)坐標紙上感濕特性，其阻值與相對濕度的關(guān)系在單對數(shù)坐標紙上 近似為一直線。吸濕和脫濕時濕度指示的最大誤差值為近似為一直線。吸濕和脫濕時濕度指示的最大誤差值為 (34)RH。 1K 30405060 708090 吸濕 10K 100K 1M 10M 相對濕度/% R/ 脫濕 40%后，IC3b反相輸入電壓高 于同相輸入電壓，使VD6和VT4都截止，斷點放大器不工作， 只有在RH40%范圍內(nèi)斷點放大器方可工作，從而實現(xiàn)對0 40%RH的進一步線性化。 當環(huán)境溫

39、度發(fā)生變化時，晶體管當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，晶體管VT1的直流工作點也會改變，這必然影響的直流工作點也會改變，這必然影響 對數(shù)放大器的輸出特性，因此必須對對數(shù)放大器的輸出特性，因此必須對VT1采取一定的溫度補償措施。溫度采取一定的溫度補償措施。溫度 補償電路是由基準電壓源補償電路是由基準電壓源IC4(LM329)、低電壓音頻放大器、低電壓音頻放大器IC5 (LM389)、 +12V輸出的三端穩(wěn)壓器輸出的三端穩(wěn)壓器IC6(7812)和和VT2、VT3組成，組成，VT2的集電結(jié)與發(fā)射的集電結(jié)與發(fā)射 結(jié)作溫度傳感器使用，結(jié)作溫度傳感器使用，VT3作為加熱器給作為加熱器給VT1提供一個提供一個+50的工

40、作溫度，的工作溫度， 使之不受外界環(huán)境溫度變化的影響。對該電路進行調(diào)試時，首先將使之不受外界環(huán)境溫度變化的影響。對該電路進行調(diào)試時，首先將VT3的的 基極接地并置于基極接地并置于+50環(huán)境，然后通電調(diào)節(jié)環(huán)境，然后通電調(diào)節(jié)R19使使IC5反相輸入端電壓與反相輸入端電壓與 VT2的基極電壓一致，最后將將的基極電壓一致，最后將將VT3的基極與地脫開，即可使溫度補償電的基極與地脫開，即可使溫度補償電 路具有路具有+50的恒溫特性。的恒溫特性。 相對濕度測量儀的校準方法是：在輸出端與地之間接一塊滿量程為相對濕度測量儀的校準方法是：在輸出端與地之間接一塊滿量程為20V的的 41/2DVM，用一只，用一只3

41、5M電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)RP1使儀表讀數(shù)為使儀表讀數(shù)為 100.00%RH，再用一只，再用一只8 M電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)RP2使儀表讀數(shù)為使儀表讀數(shù)為 40.00%RH，如此重復，直至調(diào)節(jié)，如此重復，直至調(diào)節(jié)RP1和和RP2時互不影響儀表讀數(shù)。最后時互不影響儀表讀數(shù)。最后 用一只用一只60M電阻代替濕敏電阻，適當調(diào)節(jié)斷點放大器中電阻代替濕敏電阻，適當調(diào)節(jié)斷點放大器中R12的阻值使儀表的阻值使儀表 讀數(shù)為讀數(shù)為24.00%RH即完成全部調(diào)試工作，調(diào)試完畢后儀表即可投入使用測即完成全部調(diào)試工作，調(diào)試完畢后儀表即可投入使用測 量相對濕度。量相對濕度。

42、上述相對濕度測量儀的測量范圍為上述相對濕度測量儀的測量范圍為0.00%RH100.00%RH，測量精度達，測量精度達 2%，分辨力為，分辨力為0.01%，由于全部使用通用元器件，因而成本低廉，易于，由于全部使用通用元器件，因而成本低廉，易于 推廣應(yīng)用。但在更換濕敏電阻后，必須重新校準，并且也需要根據(jù)所用濕推廣應(yīng)用。但在更換濕敏電阻后，必須重新校準，并且也需要根據(jù)所用濕 敏電阻的工作溫度特性來修正其敏電阻的工作溫度特性來修正其RH讀數(shù)。讀數(shù)。 3.5.3 基于濕敏電容的相對濕度測量基于濕敏電容的相對濕度測量 電路電路 濕敏電容是利用其電容量隨環(huán)境濕度變化而 變化的原理來進行濕度測量的，其電容變化

43、 量與環(huán)境濕度之間存在單值對應(yīng)關(guān)系。根據(jù) 電容測量方法，基于濕敏電容的相對濕度測 量電路可以采用電壓輸出式和頻率輸出式兩 種主要形式。下面結(jié)合美國Humirel公司生產(chǎn) 的HS1100/1101型濕敏電容，介紹基于濕敏 電容的相對濕度測量電路的設(shè)計。 1. HS1100/1101型濕敏電容型濕敏電容 圖3.37 電容與濕度關(guān)系響應(yīng)曲線 C/pF1602102052001951901851801751701651009080706050403020 100RH(%)TA=25 f=10kHz HS1100/1101型濕敏電容在電路中都用可變電容符號表示，2個引腳，為 使測量具有良好重復性，通常將

44、其中1個引腳接地。HS1100和HS1101 具有相同的性能，區(qū)別僅僅是封裝形式不同，HS1100靠頂部來接觸空氣， HS1101靠側(cè)面接觸空氣。HS1100/1101應(yīng)用于相對濕度測量時，其測量 范圍為0100%RH，在33%75%RH內(nèi)的平均靈敏度可達0.34pF/RH， 輸出電容容量在55%RH下的標稱值為180 pF，變化范圍為163201 pF， 濕度滯后量為1.5%RH，響應(yīng)時間典型值為5s。 圖3.37給出了在室溫25、工作頻率為10kHz測試條件下， HS1100/1101型濕敏電容的電容量與相對濕度的響應(yīng)曲線。不難看出， RH =55%時HS1100/1101的電容量C0=1

45、81.5 pF，當RH從0%變到100% 時，HS1100/1101的電容量就從163 pF變到201 pF。并且由于電容量與 相對濕度之間關(guān)系存在非線性，因而需要對濕敏電容量進行修正。在上 述測試條件下，電容量的修正可按下式進行： C=(0.90+0.208RH)C0 (3.31) 如果濕敏電容的工作頻率不等于10kHz，則其實際電容C 為 C =(1.027-0.01185Inf) C (3.32) 2. 濕敏電容式相對濕度測量電路濕敏電容式相對濕度測量電路 (1)線性電壓輸出式相對濕度測量電路線性電壓輸出式相對濕度測量電路 線性電壓輸出式相對濕度測量電路框圖如圖線性電壓輸出式相對濕度測量

46、電路框圖如圖3.38所示。其特點是將所示。其特點是將 HS1100/1101作為電容器接入橋式振蕩器中，當相對濕度發(fā)生變化時，作為電容器接入橋式振蕩器中，當相對濕度發(fā)生變化時， 濕敏電容隨之改變，使得振蕩頻率也發(fā)生變化，再經(jīng)過整流濾波器和放濕敏電容隨之改變，使得振蕩頻率也發(fā)生變化，再經(jīng)過整流濾波器和放 大器，即可輸出與相對濕度成線性關(guān)系的電壓信號大器，即可輸出與相對濕度成線性關(guān)系的電壓信號UO。當電源電壓。當電源電壓 UCC=+5V、TA=+25時，輸出電壓與相對濕度的數(shù)據(jù)對照列見表時，輸出電壓與相對濕度的數(shù)據(jù)對照列見表3.7。 輸出電壓與相對濕度之間的比例系數(shù)為正，輸出電壓既可直接使用數(shù)字輸

47、出電壓與相對濕度之間的比例系數(shù)為正，輸出電壓既可直接使用數(shù)字 電壓表電壓表(DVM)測量，亦可經(jīng)測量，亦可經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由微處理器系統(tǒng)測量。轉(zhuǎn)換后由微處理器系統(tǒng)測量。 (2) 線性頻率輸出式相對濕度測量電路 線性頻率輸出式相對濕度測量電路如圖線性頻率輸出式相對濕度測量電路如圖3.39所示。利用一片所示。利用一片 CMOS定時器定時器TLC555，配上，配上HS1100/1101和電阻和電阻R2、R4構(gòu)構(gòu) 成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號，電路的輸出頻成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號，電路的輸出頻 率范圍為率范圍為7351Hz6033 Hz，所對應(yīng)的相對濕度為，所對應(yīng)的相對濕度為0

48、100%。當。當RH=55%時，時，f=6660Hz。輸出頻率可送到數(shù)字頻。輸出頻率可送到數(shù)字頻 率計或單片機系統(tǒng)，測量并顯示出相對濕度值。率計或單片機系統(tǒng)，測量并顯示出相對濕度值。 電路中，由電路中，由UCC、R4、R2、HS1100/1101和地構(gòu)成和地構(gòu)成 HS1100/1101的充電回路，的充電回路，HS1100/1101、R2、D端、內(nèi)部端、內(nèi)部 放電管和地構(gòu)成放電管和地構(gòu)成HS1100/1101的放電回路。當?shù)姆烹娀芈?。當HS1100/1101 被充電至被充電至TLC555的高觸發(fā)電平的高觸發(fā)電平(UH=0.67UCC)，TLC555翻翻 轉(zhuǎn)，從轉(zhuǎn)，從OUT端輸出低電平；當端輸出低

49、電平；當HS1100/1101被放電至被放電至 TLC555的低觸發(fā)電平的低觸發(fā)電平(UL=0.33UCC)，TLC555再次翻轉(zhuǎn)，再次翻轉(zhuǎn)， 從從OUT端輸出高電平。周而復始地充電、放電，即形成了振端輸出高電平。周而復始地充電、放電，即形成了振 蕩。蕩。 HS1100/1101的充電時間t1、放電時間t2分別為 t1=C(R2+ R4)In2 t2= CR2 In2 輸出波形的頻率f和占空比P分別為 f=T-1=( t1+ t2)-1= C(2R2+ R4)In2-1 (3.33) P= t1/T= t1/(t1+ t2)=( R2+ R4)/ (2R2+ R4) (3.34) 通常取R4”

50、后先輸入字母“S”，然后再輸入相應(yīng)數(shù)字， 即可獲得下述結(jié)果： 輸入數(shù)字“1”時，測量并顯示出攝氏溫度dgC=xx.x； 輸入數(shù)字“2”時，測量并顯示出相對濕度 %RH=xx.x； 輸入數(shù)字“3”時，打開加熱器，使傳感器溫度升高 5； 輸入數(shù)字“4”時，關(guān)閉加熱器，使傳感器降溫； 輸入數(shù)字“5”時，顯示出露點溫度dpC=xx.x。 SCKDATAC 0.1FRH顯示器溫度顯示器露點顯示器顯示器溫度顯示器露點顯示器P0口口P2口口P3口口 P1.0P1.1P1.2 P1.7GND鍵盤鍵盤1234SHT1589C51+2.5V+5V圖圖3.41 相相 對濕度對濕度/溫度測量系統(tǒng)溫度測量系統(tǒng) SHT1

51、1/15響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單，用響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單，用 于構(gòu)建濕度于構(gòu)建濕度/溫度智能檢測系統(tǒng)時基本上不需要外圍元件。溫度智能檢測系統(tǒng)時基本上不需要外圍元件。 由由SHT15構(gòu)成的相對濕度構(gòu)成的相對濕度/溫度測試系統(tǒng)如圖溫度測試系統(tǒng)如圖3.41所示。該所示。該 系統(tǒng)能測量并顯示相對濕度、溫度和露點。系統(tǒng)能測量并顯示相對濕度、溫度和露點。SHT15作為從機，作為從機， 單片機作為主機，二者通過二線串行總線進行通信。單片機作為主機，二者通過二線串行總線進行通信。C為電為電 源退耦電容。源退耦電容。P0口、口、P2口和口和P3口分別接口分別接3組組LED顯示器。

52、顯示器。 其中相對濕度的測量范圍是其中相對濕度的測量范圍是099.99%RH，測量精度是，測量精度是 2%RH，分辨力為，分辨力為0.01%RH；溫度測量范圍是；溫度測量范圍是-40 +123.8，測量精度是，測量精度是1，分辨力為，分辨力為0.01；露點測量；露點測量 精度精度1，分辨力也是，分辨力也是0.01。 總結(jié) (1) 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，其測量主要有接觸式測溫和非溫度是表征物體冷熱程度的物理量，其測量主要有接觸式測溫和非 接觸式測溫兩種方法，本章對幾種常用接觸式測溫方法重點進行了分析接觸式測溫兩種方法，本章對幾種常用接觸式測溫方法重點進行了分析 討論。在接觸式測溫過程中

53、，目前采用的溫度傳感器主要有金屬或半導討論。在接觸式測溫過程中，目前采用的溫度傳感器主要有金屬或半導 體熱敏電阻、熱電偶以及為滿足溫度自動測控需求而發(fā)展起來的各種智體熱敏電阻、熱電偶以及為滿足溫度自動測控需求而發(fā)展起來的各種智 能溫度傳感器芯片。能溫度傳感器芯片。 (2) 熱電阻利用導體或半導體材料的電阻隨溫度而變化來測量溫度。常熱電阻利用導體或半導體材料的電阻隨溫度而變化來測量溫度。常 用的金屬熱電阻主要有鉑熱電阻和銅熱電阻，它們的溫度系數(shù)較小，適用的金屬熱電阻主要有鉑熱電阻和銅熱電阻，它們的溫度系數(shù)較小，適 用于低溫、中溫測量場合；而半導體熱電阻主要采用用于低溫、中溫測量場合；而半導體熱電

54、阻主要采用NTC，它們的靈敏，它們的靈敏 度較高，但目前測溫范圍大都在度較高，但目前測溫范圍大都在300以下，僅適合于點溫、表面溫度以下，僅適合于點溫、表面溫度 及快速變化溫度的測量。對熱電阻阻值的測量，既可采用非數(shù)字化測量及快速變化溫度的測量。對熱電阻阻值的測量，既可采用非數(shù)字化測量 方法，也可以采用數(shù)字化測量方法。非數(shù)字化測量電路常用不平衡電橋方法，也可以采用數(shù)字化測量方法。非數(shù)字化測量電路常用不平衡電橋 和自動平衡電橋兩種形式，而數(shù)字化測量電路需要將熱阻值轉(zhuǎn)換成電壓和自動平衡電橋兩種形式，而數(shù)字化測量電路需要將熱阻值轉(zhuǎn)換成電壓 或頻率之后方可進行。在使用熱電阻測溫時，除熱電阻本身的分度、

55、非或頻率之后方可進行。在使用熱電阻測溫時，除熱電阻本身的分度、非 線性和所用顯示儀表會引起測量誤差外，引線電阻也是產(chǎn)生誤差的主要線性和所用顯示儀表會引起測量誤差外，引線電阻也是產(chǎn)生誤差的主要 原因。引線電阻誤差可根據(jù)實際測量精度要求，通過適當?shù)慕泳€方式將原因。引線電阻誤差可根據(jù)實際測量精度要求，通過適當?shù)慕泳€方式將 熱電阻接入測量電路來予以消除；熱電阻阻值與溫度之間的非線性，在熱電阻接入測量電路來予以消除；熱電阻阻值與溫度之間的非線性，在 非數(shù)字化測量系統(tǒng)中一般采用串聯(lián)、并聯(lián)電阻的方法進行補償，在數(shù)字非數(shù)字化測量系統(tǒng)中一般采用串聯(lián)、并聯(lián)電阻的方法進行補償，在數(shù)字 化測量系統(tǒng)中還可以設(shè)計一段程序來實現(xiàn)軟件補償。化測量系統(tǒng)中還可以設(shè)計一段程序來實現(xiàn)軟件補償。 (3) 熱電偶是另一種更為常用的溫度傳感器，其測溫范圍更寬，在選定熱電偶是另一種更為常用的溫度傳感器，其測溫范圍更寬，在選定 熱電材料、固定冷端溫度后，其熱電勢與熱端溫度間為單值函數(shù)關(guān)系，熱電材料、固定冷端溫度后，其熱電勢與熱端溫度間為單值