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温湿度彩色无纸记录仪测量急速的发展趋势及应用

点击次数:1966 发布时间:2010-07-14
 

在工农业生产、气象、环保、国防、科研和航天等部门,经常需要对环境温度与湿度彩色无纸记录仪进行测量及控制。准确测量温湿度彩色无纸记录仪对于生物 制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。相比之下,测量湿度彩色无纸记录仪要比测量温度更复杂,这是因为温度是个独立的被测量,而
  湿度彩色无纸记录仪却受大气压强和温度的影响。目前,温湿度彩色无纸记录仪测量领域的新技术不断涌现,新产品也层出不穷。  
  主要表现在以下两方面“ 
  1、温湿度彩色无纸记录仪传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展,为开发新一代温湿度彩色无纸记录仪测控系统创造了有利条件;
  2、在温湿度彩色无纸记录仪测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿和自动校准湿度彩色无纸记录仪等项新技术。 
  3、集成温湿度彩色无纸记录仪传感器的产品分类及性能特点 
  4、集成温度传感器 
  集成温度传感器主要包括模拟集成温度传感器、智能温度传感器(亦称数字温度传感器)两大类。模拟集成温度传感器是将温度
  传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的IC。模拟集成温度传感器的特点是功能单一(仅测量温度
  )、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点,适合远距离测温、控温,不需要进行非线性校准
  。外围电路简单。其典型产品又AD590、AD592、TMP17、LM135等。 
  智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,上已
  开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)
和接口电路。有的产品还带多路转换器器(MUX)、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能
  温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实
  现测试功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。典型产品有DS18B20、MAX6654、LM76等。 
  1、集成湿度彩色无纸记录仪传感器 
  集成湿度彩色无纸记录仪传感器主要有以下3种: 
  (1)电压输出式集成湿度彩色无纸记录仪传感器 
  其特点是采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度彩色无纸记录仪呈比例关系的伏特级电压信号,响应速度快,重复性好,抗污染能力 
  强。典型产品有美国霍尼韦尔(Honeywell)公司生产的HIH3605/3610、HM1500/1520。
  (2)频率输出式集成湿度彩色无纸记录仪传感器

       频率输出式集成湿度彩色无纸记录仪传感器在55%RH时的输出频率为8750HZ(典型值),当相对湿度彩色无纸记录仪从10%变化到95%时,输出频率就从
  9560HZ减小到8030HZ。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。典型产品有美国
  Humirel公司生产的HF3223。 
  (3)频率/温度输出式集成湿度彩色无纸记录仪传感器 
  它除电压输出端以外,还增加了温度信号输出端,通常以负温度系数(NTC)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时,其
  电阻值也相应改变并且从NTC端引出,配上二次仪表即可测量温度值。典型产品为HTF3223型。 
  1.3 单片智能化湿度彩色无纸记录仪/温度传感系统 
  zui近,瑞士? Sensiron公司在世界上研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度彩色无纸记录仪/温度传感器。其外形尺寸仅为7.6(mm)×5(


 
  mm)×2.5(mm),体积与火柴头相近。出厂前,每只传感器都在湿度彩色无纸记录仪室中做过精密校准,校准系数被编成相应的程序存入校准
  存储器中,在测量过程中可对相对湿度彩色无纸记录仪进行自动校准。它们不仅能准确测量相对湿度彩色无纸记录仪,还能测量温度和露点。
  SHT11/15的内部框图如图1所示。主要包括相对湿度彩色无纸记录仪传感器、温度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器(E2PROM)、
  易失存储器(RAM)、状态寄存器、循环冗余校验码(CRC)寄存器、二线串行接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。其测
  量原理是首先利用两只传感器分别产生相对湿度彩色无纸记录仪、温度的信号,然后经过放大,分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错
  ,zui后通过二线串行接口将相对湿度彩色无纸记录仪及温度的数据送至μ C,芯片内部有一个加热器,利用加热器可实现以下三种功能: 
  a 通过比较加热前后测出的相对湿度彩色无纸记录仪值及温度值,可确定传感器是否正常工作; 
  b 在潮湿环境下使用加热器,可避免传感器凝露;
  c 测量露点时也需要使用加热器。 
  
  1、温湿度彩色无纸记录仪测量领域的发展趋势 
  2.1 广泛采用新技术、新工艺 
  随着科技的进步,许多新技术和新工艺被应用到温湿度彩色无纸记录仪测量领域中。例如,瑞士Sensiron公司 
  采用CMOSens①(Ce-mo-Sens)技术为高精度温湿度彩色无纸记录仪传感器系统设置精度。其特征是将半导体芯片(CMOS)与传感器技术融
  合,为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度彩色无纸记录仪/温度检测系统提供了解决方案。该项技术亦称“Sensmitter”,它代
  表传感器(sensor)与变送器(transmitter)的有机结合。尽管SHT11/15属于传感范畴,但具有创新性的CMOSens①技术使之
  兼有变送器的功能,便于实现系统集成。 
  Honeywell公司生产的HIH-3610型湿度彩色无纸记录仪传感器,能在高温,有化学液体或气体的环境下正常工作,例如可以测量含有氨、苯、
  甲醛等有害气体的鸡棚或猪舍中的相对湿度彩色无纸记录仪。即使在饱和状态下,传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。HIH-3610芯片上有
  一层起保护作用的亚硝酸盐钝化层,在安装过程中不易损坏。 
  2.2提高测量精度和分辨力 
  目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~
  0.0625℃.由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达
  0.03125℃,测温精度位±0.2℃。我国中国台湾省豪尔泰克(HOLTEK)公司推出的HT7500型医用数字体温计集成电路,测温精度高达
  ±0.1℃(或±0.2℉),这是其他温度计(包括精密水银温度计和数字温度计)所难以达到的技术指标。
  SHT11/15型智能化湿度彩色无纸记录仪/温度传感器系统测量相对湿度彩色无纸记录仪的范围是0~,分辨力达0.03%RH,zui高精度为±2%RH。测量温度的
  范围是-40℃~+123.8℃,分辨力为0.1℃.测量露点的精度<±1℃.在测量湿度彩色无纸记录仪、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位
  。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率,减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好,响应速度快,抗干扰能力强,不需要
  外部元件,适配各种单片机,可广泛用于医疗设备及温度/湿度彩色无纸记录仪调节系统中。
  2.3增加测试功能 
  新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如,DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能逢
  甲完善。DS1624还增加了存储功能,利用芯片内部256字节的 
  E2PROM存储器,可存储用户的短信息。另外,智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研制和开发多路温度测控


 
  系统创造了良好条件。 
  在HIH-3602C型湿度彩色无纸记录仪传感器内部还增加 1000Ω的铂热电阻,可构成湿度彩色无纸记录仪/温度测量仪。 
  2.4 非线性和温度补偿及自动校准技术 
  测量湿度彩色无纸记录仪时必须对湿度彩色无纸记录仪传感器进行非线性补偿和温度补偿。新型智能温湿度彩色无纸记录仪传感器可实现自动补偿。以SHT11/15为例,其输出的
  相对湿度彩色无纸记录仪读书值(N)与被测相对湿度彩色无纸记录仪(RH)呈非线性关系。当环境温度TA=+25℃时,利用下式可补偿非线性: 
  (1)RH =( C1 + C2N + C3N2)%=( -4 + 0.0405N -2.8 × 10-6N2)% 
  举例说明:将N=1000代入(1)式中计算出补偿后的相对湿度彩色无纸记录仪RH = 33.7 %。 
  当T≠+25℃时,还需要对相对湿度彩色无纸记录仪传感器进行温度补偿,补偿公式为 
  (2)RHT? = RH + ( T – 25 ) · ( 0.01 + 0.00008N ) %
  举例说明,假如实际温度T = + 30℃,利用式(2)不难算出RHT? = 33.7% + 0.45% = 34.15%,这就使对相对湿度彩色无纸记录仪进行温度
  补偿后的zui终结果。 
  在SHT11/15出厂前,每只传感器都在湿度彩色无纸记录仪室中做过精密校准,校准系数被编成相应的程序存入校准存储器中,在测量过程中可对
相对湿度彩色无纸记录仪进行自动校准。在使用湿敏电阻测量线对湿度彩色无纸记录仪时,可利用对数放大器对湿敏电阻的指数特性曲线进行线性化,使之近似
  于线性关系。 
  3.1线性频率输出式相对湿度彩色无纸记录仪测量电路 
  HS1100/1101配上CMOS定时器TLC555可构成单稳态电路,将相对湿度彩色无纸记录仪转换成频率信号。输出频率范围是7351HZ~6033HZ,所对
  应的相对湿度彩色无纸记录仪为0~。当RH=55%时,f=6660HZ.输出频率信号可送至数字频率计或单片机系统,测量并显示出相对湿度彩色无纸记录仪值。
  电路框图如图2所示。采用一片廉价的89C2051单片机,可驱动4位LED数码管。TLC555输出的方波频率信号经过放大,整形及光
  耦隔离电路,送给89C2051的定时器。利用键盘可完成设定、测量或复位操作,程序就储存在89C2051的ROM中,该仪表测量相对
  湿度彩色无纸记录仪的范围是0~,测量精度可达±2%RH,分辨力为0.01%RH.
  
  3.2相对湿度彩色无纸记录仪/温度测试系统


  由SHT15构成的相对湿度彩色无纸记录仪/温度测试系统的电路图框如图3所示。该系统能测量并显示出相对 
  湿度彩色无纸记录仪、温度和露点。SHT15作为从机,89C51单片机作为主机,二者通过串行总线进行通信。R为上拉电阻(亦可不用),C为电
 
  源退耦电容。P0口、P2口和P3口分别接3组LED显示器。其中,相对湿度彩色无纸记录仪的测量范围是0%~99.99%,测量精度为±2%RH,分辨力
  为0.01%RH。温度测量范围是-40℃~+123.8℃,测量精度为±1℃,分辨力为0.01℃.露点测量精度<±1℃,分辨力也是
  ±0.01℃. 

 
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