1前言

温度传感器是依据某类化学物质从其周边空气中吸取水份后引发的物理学或物理性质的转变，进而得到该有机物的吸水流量和周边气体的环境湿度。

环境湿度感应器分成电阻器式和电容器式二种，商品的基础方式全是在硅片涂敷感湿原材料产生感湿膜。空气中的水蒸气吸咐于感湿原材料后，元器件的特性阻抗、物质参量产生较大的转变，进而做成湿敏元器件。湿敏电容器一般是用高分子材料薄膜电容做成的，因为它具备精确度高、商品公差配合好、响应时间快、环境湿度的落后量小、有利于生产制造、非常容易达到微型化和一体化，其精密度一般比湿敏电阻要低一些。但电阻器对溫度的比较敏感因此局限了元器件在很大温度范围内的运用，因此电容器温度传感器愈来愈获得重视。

2 湿敏元器件及智能变送器集成ic特点

现阶段， 生产制造湿敏电容器的具体生产厂家是荷兰Humirel 企业。它制造的HS1101 精确测量范畴是0%～100%RH，容量由162PF 变成200PF，其偏差不超过±2%RH；响应速度低于5S；环境湿度指数为0.34PF/℃；年飘移量0.5%RH/年，长期性平稳。图1 为HS1101 湿敏电容器的环境湿度-电容器回应曲线图。

湿度变送器选用了英国BB企业生产制造的XTR105集成ic，该智能变送器具备下列特性：

a 工作中区域宽；

b 测量精度高；

c 电源电路简易；

d 稳定性好，使用期限长；

e 抗干扰性强；

f 操作温度区域宽（-40～ 85℃）

3 环境湿度检测电源电路

HS1101在线路中等同于一个电力电容器件，它的容量伴随着测定空气相对湿度的提高而扩大，为了更好地能将电容器的改变转化成工作电压的转变，大家制定了谐振电路、清除零点电容器危害电源电路、逆变电路、积分电路、工作电压—电流量变换电源电路、运算放大器等，其原理示意图如图所示2 所显示。

3.1 谐振电路

谐振电路的效果是将电容器的变化量转换为頻率可调的波形。由图3 得知，这是一个非对称加密多谐震荡器。或非门G1 工作中在工作电压传送性能的转折点区，把它的输出电压立即接入到或非门G2 的键入端。G2就可以获得一个处于高低电频中间的静态数据偏置电压，进而使G2 的静态工作点也处在工作电压传送特点转折点区上。意见反馈环城路中电容器使电源电路在2个暂稳定中间往复式震荡。

因为电容器蓄电池充电的時间T为2.2RC，因此 导出的波形頻率：

由此可见輸出頻率和电容器值反比。根据这一电源电路使环境湿度数据信号变成电容器值，最终变成頻率数据信号輸出。

3.2 清除零点电容器

必须强调的是，图3 所显示的温度传感器零点电容器较为大，敏感度不足高，环境湿度从0%～100%RH，电容器的变化量不超过30～50PF。因此，最好是将零点电容器清除掉，在具体设计方案中大家用两块CMOS4001 集成电路芯片对图3 开展更新改造，实际见图4。

A、B、C、D 四个点的波型如图所示5 所显示。由图4 中U1 的4 个或非门组成逻辑性得知：

只需调节C 的脉冲宽度，就可以获得D 的脉冲宽度，进而能够清除零点电容器，历经调配的电容器转变数据信号也就是环境湿度数据信号。将同一封裝内的逻辑门U2A、U2B、U2C、U2D 串联应用，能够 扩张CMOS 逻辑门輸出高电平时消化吸收负荷工作电流的工作能力。

3.3 线形輸出脉冲调制

电源电路环境湿度的差分信号再历经后边的二极管整流器、RC积分电路，获得随环境温度改变的工作电压。因为数据信号较为很弱，再历经一个同方向占比放大仪把数据信号变大，最后把脉冲调制为0～3Ｖ的輸出。

4 湿度变送器的设计方案

在工业生产当场，收集到的讯号经中长线传送时，通常会发生下列难题：因为传递的数据信号是工作电压数据信号，同轴电缆会遭受噪音的影响；同轴电缆的遍布电阻器会造成电流。为了更好地处理这种难题，一般 用电流量来传送数据信号，这就用到了智能变送器。

文中选用了英国BB 企业生产制造的XTR105 做为湿度变送器的集成ic，把温度传感器键入的0～3V 工作电压变换为4～20mA 的电流量数据信号輸出。其电源电路如图所示7 所显示。

温度传感器輸出的0～3V 工作电压根据XTR105 集成ic的2 和13 脚位键入。调节3 和4 脚位间的电阻器RG和RG1 的值，能够更改XTR105 集成ic的内嵌仪表放大器增益值，进而选中最合适的检测范围。RCM 取名为1KO，它给予一个额外电流，使XTR105 的键入工作电压限定在共模方法下的电流范畴内。与RCM 串联的0.01μF 滤波电容用以减少共模噪音。全部设备的工作电压，电流量开环传递函数为：

在其中Rm＝RG·RG1/（RG RG1），VIN 是VIN （13 脚位），VIN-（2 脚位）两边键入工作电压。VREG 脚位（11脚位）还特意为外界电源电路给予5.1V 的高精密工作电压，11脚位较大输入输出电流量为1mA，超出1mA 会直接影响到零輸出电流量。

三极管Q1 是4～20mA 电流量控制回路的关键电流量传输元器件，用以消化吸收电路中的绝大多数电流量。该元器件将外界开关电源电流量与XTR105 的內部耗费严苛分离。因为外接三极管坐落于意见反馈控制回路中，其主要参数无法在零界点。

当电源电压小于36V 时，功能损耗可低一些。IN4048 连接成的电桥电路能够确保XTR105 的开关电源旋光性不接反，进而真真正正完成两条线制。C2 为去耦电容，其值是0.01μF，用以减少高频率影响。负荷RL 用以将传输的4～20mA 的电流量变换为工作电压，供后级解决。挑选负荷特性阻抗RL，应促使輸出在4～20mA 范畴内变动时，脚位7 和脚位8 中间的工作电压维持在11.6V～40V 的电源电压区域内。还可以由上式明确最高的RL：

因此 取 RL＝250Ω。

5 总结

大家对所制定的温度传感器开展了精确度精确测量。将温度传感器嵌入TERCHY 企业的MHU-SA 高低温试验箱内，用VAISALA 企业的HMP143A 高精密湿度测量仪及数字万用表对温度传感器輸出数据信号完成精确测量，結果见表1。从表1 的检测結果还可以看得出：该感应器的检测精确度超过了±2.5%之内。

根据HS1101 的温度传感器及XTR105 智能变送器设计方案的电源电路特性好，线性高，年飘移量小，能够交换，体型小。并且可在宽溫度，全环境湿度范畴内开展精确测量，具备温度补偿，提升 了温度传感器的精密度，传送距离较远，抗静电特性，因此有较大的宣传使用价值。

上一篇：传感器在无人驾驶汽车道路识别上的应用

下一篇：SMI正式推出了SM923X系列超低压力传感器压力范围最低可至250Pa