一文读懂温湿度传感器.docx

一文读懂温湿度传感器网络转载导语：据生理学家研究，人所处环境的温湿度上下，会直接影响到人的体温调节功能和热传导效应。以致于人的体感适应度的好坏，反映到思维活动的灵敏和精神状态的优良，进而影响了我们学习、工作的效率。据生理学家研究，人所处环境的温湿度上下，会直接影响到人的体温调节功能和热传导效应。以致于人的体感适应度的好坏，反映到思维活动的灵敏和精神状态的优良，进而影响了我们学习、工作的效率。经过试验分析，人体最适宜的室温度应是18，湿度应是40%至60%。在人们的消费生活中，有很多不同的场所和环境对温湿度都有特定的要求，因此，公道的温湿度调控成为了一种必要手段。温湿度由于温度与湿度不管是从物理量本身，还是在实际人们的生活中都有着亲密的关系，所以产生了温湿度一体的传感器。温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成轻易被测量处理的电信号的设备或者装置。市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。温度和湿度先来理解一下温度和湿度的几个物理量：温度度量物体冷热的物理量，是国际单位制中7个根本物理量之一。在消费和科学研究中，很多物理现象和化学经过都是在一定的温度下进展的，人们的生活也和它亲密相关。湿度湿度很久以前就与生活存在着亲密的关系,但用数目来进展表示较为困难。日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度。用%RH表示。在物理量的导出上相对湿度与温度有着亲密的关系。一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高。其中涉及到复杂的热力工程学知识。有关湿度的一些定义：相对湿度在计量法中规定，湿度定义为“物象状态的量。日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH%表示。总之，即气体中通常为空气中所含水蒸气量水蒸气压与其空气一样情况下饱和水蒸气量饱和水蒸汽压的百分比。绝对湿度指单位容积的空气里实际所含的水汽量，一般以克为单位。温度对绝对湿度有着直接影响，一般情况下，温度越高，水蒸气发得越多，绝对湿度就越大；相反，绝对湿度就小。饱和湿度在一定温度下，单位容积，空气中所能包容的水汽量的最大限度。假如超过这个限度，多余的水蒸气就会凝聚，变成水滴，此时的空气湿度变称为饱和湿度。空气的饱和湿度不是固定不变的，它随着温度的变化而变化。温度越高，单位容积空气中能包容的水蒸气就越多，饱和湿度就越大。露点指含有一定量水蒸气绝对湿度的空气，当温度下降到一定程度时所含的水蒸气就会到达饱和状态饱和湿度并开场液化成水，这种现象叫做凝露。水蒸气开场液化成水时的温度叫做“露点温度简称“露点。假如温度继续下降到露点以下，空气中超饱和的水蒸气就会在物体外表上凝聚成水滴。此外，风与空气中的温湿度有亲密关系，也是影响空气温湿度变化的重要因素之一。温度传感器的种类温度传感器按检测方法有接触与非接触式接触式温度传感器接触式温度传感器的检测局部与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或者对流到达热平衡，进而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目的或者热容量很小的对象那么会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、贸易等部门。在日常生活中人们也经常使用这些温度计。非接触式温度传感器它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目的和热容量小或者温度变化迅速瞬变对象的外表温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的根本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法见光学高温计、辐射法见辐射高温计和比色法见比色温度计。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或者比色温度。只有对黑体吸收全部辐射并不反射光的物体所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，那么必须进展材料外表发射率的修正。而材料外表发射率不仅取决于温度和波长，而且还与外表状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难准确测量。在自动化消费中往往需要利用辐射测温法来测量或者控制某些物体的外表温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或者坩埚中的温度。非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因此对最高可测温度原那么上没有限制。对于1800以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的开展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700以下直至常温都已采用，且分辨率很高。按工作原理有以下形式的温度传感器：金属膨胀原理设计的传感器金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸，因此传感器可以以不同方式对这种反响进展信号转换。双金属片式传感器双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成，随着温度变化，材料A比另外一种金属膨胀程度要高，引起金属片弯曲。弯曲的曲率可以转换成一个输出信号。双金属杆和金属管传感器随着温度升高，金属管材料A长度增加，而不膨胀钢杆金属B的长度并不增加，这样由于位置的改变，金属管的线性膨胀就可以进展传递。反过来，这种线性膨胀可以转换成一个输出信号。液体和气体的变形曲线设计的传感器在温度变化时，液体和气体同样会相应产生体积的变化。多种类型的构造可以把这种膨胀的变化转换成位置的变化，这样产生位置的变化输出电位计、感应偏向、挡流板等等。热敏电阻温度传感器热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与消费工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度，有较好的精度，但它比热偶贵，可测温度范围也小于热偶。它非常合适需要进展快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须留意防止自热误差。热敏电阻还有其自身的测量技巧。热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。不过也因此很不结实，大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件，任何电流源都会在其上因功率而造成发热。因此要使用小的电流源。假如热敏电阻暴露在高热中，将导致永久性的损坏。热电偶温度传感器热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不一样。热电偶的灵敏度是指加热门温度变化1时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在540微伏/之间。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也可以做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的经过。热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最廉价的。热电偶是最简单和最通用的温度传感器，但热电偶并不合适高精度的的测量和应用。湿度传感器的种类湿度传感器的湿敏元件分为电阻式和电容式两种。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。常见的湿度测量方法有：动态法双压法、双温法、分流法，静态法饱和盐法、硫酸法，露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。动态法测量这里双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的准确混合。由于采用了当代测控手段，这些设备可以做得相当精细，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达±2%RH-±1.5%RH。静态法测量静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。十分在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡68小时。露点法测量露点法是测量湿空气到达饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精细露点仪准确度可达±0.2甚至更高。但用当代光电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。干湿法测量干湿球法，这是18世纪就创造的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必须到达2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有57%RH,明显低于电子湿度传感器。显然干湿球也不属于静态法，不要简单地以为只要进步两支温度计的测量精度就即是进步了湿度计的测量精度。电子式湿敏传感器电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很轻易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。温湿度传感器的选型选择温湿度传感器有以下留意的事项：选择测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100%RH)测量。选择测量精度测量精度是湿度传感器最重要的指标，每进步个百分点，对湿度传感器来讲就是上一个台阶，甚至是上一个档次。由于要到达不同的精度，其制造本钱相差很大，售价也相差甚远。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖。如在不同温度下使用湿度传感器，其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合假如难以做到恒温，那么提出过高的测湿精度是不适宜的。多数情况下，假如没有准确的控温手段，或被测空间是非密封的，±5%RH的精度就足够了。对于要求准确控制恒温、恒湿的部分空间，或需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3%RH以上精度的湿度传感器。而精度高于±2%RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。相对湿度测量仪表，即使在2025下，要到达2%RH的准确度还是很困难的。通常产品资料中给出的特性是在常温20±10和干净的气体中测量的。考虑时漂和温漂在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，电子式湿度传器会产生老化，精度下降，电子式湿度传感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情况下，消费厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或者2年，到期需重新标定。其它考前须知湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量防止在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也防止在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应防止将传感器安放在离墙壁太近或者空气不流通的死角处。假如被测的房间太大，就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比拟高，否那么将影响测量精度。或传感器之间互相干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供适宜的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进展远间隔信号传输时，要留意信号的衰减问题。当传输间隔超过200m以上时，建议选用电流输出信号的湿度传感器。将来的温湿度传感器市场尤其是在消费电子及物联网等领域拥有广阔前景。体积小、功耗小、本钱低、集成度高的IC半导体温湿度传感器的产品，将得到更大的推广应用。