sht10温湿度传感器说明..doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datesht10温湿度传感器说明.sht10温湿度传感器说明.Datasheet SHT1x (SHT10, SHT11, SHT15 数字温湿度传感器 完全标定 数字信号输出 低功耗 卓越的长期稳定性 SMD 封装 适于回流焊接外形尺寸 图 1 SHT1x 传感器尺寸(1mm=0.039inch,“ 11”表示该传感 器型号为 SHT11。外部接口:1:GND, 2: D

2、ATA, 3: SCK, 4: VDD传感器芯片此说明书适用于 SHT1x-V4。 SHT1x-V4 是第四代硅 传感芯片,除了湿度、温度敏感元件以外,还包括 一个放大器, A/D 转换器, OTP 内存和数字接口。 第四代传感器在其顶部印有产品批次号,以字母及 数字表示,如“ A5Z ”,见图 1。材质传感器的核心为 CMOS 芯片,外围材料顶层采用环氧 LCP ,底层为 FR4。传感器符合 ROHS 和WEEE 标准,因此不含 Pb, Cd, Hg, Cr(6+, PBB, PBDE 。实验包如要进行直接的传感器测量,传感器性能检验或者 温湿度实验,客户可选用 EK-H2,其中包括传感器

3、和与电脑配套的软、硬件。如需进行更复杂的,要求更高的测量,可选用 EK-H3。它可以同时进行 20个点的温湿度测量。产品概述SHT1x (包括 SHT10, SHT11 和 SHT15 属于 Sensirion 温湿度传感器家族中的贴片封装系列。 传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微 型电路板上,输出完全标定的数字信号。 传感器 采用专利的 CMOSens 技术,确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个 电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成 的测温元件,并在同一芯片上,与 14 位的 A/D 转 换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此,该产 品具有品质卓越、响

4、应迅速、抗干扰能力强、性价 比高等优点。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标 定,校准系数以程序形式储存在 OTP 内存中,用 于内部的信号校准。两线制的串行接口与内部的电 压调整,使外围系统集成变得快速而简单。微小的 体积、极低的功耗,使 SHT1x 成为各类应用的首 选。SHT1X 提供表贴 LCC 封装,可以使用标准回流焊 接。同样性能的传感器还有插针型封装 (SHT7X 和柔性 PCB 封装(SHTA1。 Datasheet SHT1x 传感器性能相对湿度参数 条件 mintypmax 单位分辨率 1 精度 2 SHT10 典型值4.5 最大值 见图 2 精度 2 SHT11

5、典型值 3.0 最大值 参见图 2 精度 2 SHT15 典型值 2.0 最大值 参见图 2 重复性 0.1 互换性 可完全互换迟滞 1 非线性 原始数据 3线性化后 响应时间 3 (63% 工作范围 漂移 4常规SHT11SHT15SHT10 0 2 4 6 8 100102030405060708090100Relative Humidity (%RHR H (%R H 图 2: 25C 时每种型号传感器的相对湿度最大误差电气特性参数条件mintypmax 单位供电电压 功耗 5 休眠状态 测量状态 平均 通讯 2线制数字接口 , 参见通讯存储条件10 50C (0 125C peak,

6、20 60%RH1传感器默认测量分辨率为温度 14位,湿度 12位。可以通过给状态寄存 器发送命令将其降低为温度 12位,湿度 8位。2 此精度为出厂检验时,传感器在 25C (77F 和 3.3V. 条件下测试的精度 指标,其不包括迟滞和非线性,且只适于非冷凝环境。温度参数 条件 mintypmax 单位分辨率 1 精度 2 SHT10 典型值0.5 最大值 参见图 3 精度 2 SHT11 典型值 0.4 最大值 参见图 3 精度 2 SHT15 典型值 0.3 最大值 参见图 3 重复性 0.1 互换性 可完全互换工作范围 响应时间 6 (63% 漂移SHT11SHT10 0.0 0.5

7、 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0-40-2020406080100Temperature (CT (C 图 3: 每种型号传感器的温度最大误差包装4 在挥发性有机混合物中数值可能会高一些。见说明书 1.3。 5 此数值为VDD=5.5V 在温度为 25C时 , 12bit 测量, 1次 /秒条件下的平均值传感器型号包装数量订货号SHT10条带和卷轴 SHT11条带和卷轴 条带和卷轴 条带和卷轴 SHT15 条带和卷轴 条带和卷轴 020406080100 -40-20020406080100120Temperature (CR e l a t i v e H u m i d i t y

8、 (%图 4: 工作条件1.2 焊接说明可以使用标准的回流焊炉对 SHT1x 进行焊接。传感 器完全符合 IPC/JEDEC J-STD-020C 焊接标准,在 最高 260温度下,接触时间应小于 40 秒。 图 5 :JEDEC 标准的焊接过程图, Tp=260 , tp40sec ,无铅焊接。 T L 220 ,t l 150sec,焊接时温度上升和下降的 速度应小于 5 /sec。在蒸气回流焊炉中条件为 TP233 ,tp75%RH的环境 下存放至少 12小时,以保证聚合物的重新水合。否 则将导致传感器读数的漂移。不论在哪种情况下,无论是手动焊接还是回流焊 结,在焊接后都不允许冲洗电路板

9、。所以建议客户 使用“免洗”型焊锡膏。如果将传感器应用于腐蚀 性气体中,引脚焊盘与 PCB 都需要被封装起来以避 免接触不良或短路。对于 SHT1X 的引脚排列,建议使用图 7 的尺寸。传 感器衬底外镀 30m 的铜, 5m 的镍和 0.1m 的金。图 6: Rear side electrodes of sensor, view from top side.图 7: 推荐 SHT1x 引脚尺寸 . 单位 mm.1.3 存储条件与操作说明湿度传感器不是普通的电子元器件,需要仔细防 护,这一点用户必须重视。长期暴露在高浓度的化 学蒸汽中将会致使传感器的读数产生漂移。因此建议将传感器存放于原包装包

10、括封装的 ESD 包 内,并且符合以下条件:温度范围 10 -50(在 有限时间内 0-125;湿度为 20-60%RH(没有 ESD 封装的传感器。若传感器没有原包装,则需8 Datasheet SHT1x在生产和运输过程中,要保证传感器远离高浓度的化学溶剂。要避免使用挥发性胶水、粘性胶带、不干胶贴纸,或具有挥发性的包装材料,如发泡塑料袋、泡沫塑料等。生产场合需要保持通风。详细信息请参考“操作说明”或联系我们。1.4恢复处理暴露在极端工作条件或化学蒸汽中的传感器,可通过如下处理,使其恢复到校准状态。烘干:在 100-105 和 75%RH 的湿度条件下保持 12 小时 9。1.5温度影响气体

11、的相对湿度,在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时,应尽可能保证所有测量同一湿度的传感器在同一温度下工作。在做测试时,应保证被测试的传感器和参考传感器在同样的温度下,然后比较湿度的读数。如果 SHT1x 与易发热的电子元件在同一个印刷线路板上,在设计电路时应采取措施尽可能将热传递的影响减小到最小。如:保持外壳的良好通风,SHT1x 与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小,或在两者之间留出一道缝隙。(见图 8图 8: SHT1x 俯视图, PCB 板的开口可避免导热此外,如果测量频率过高则会导致传感器自身发热,详细信息请参考 3.3 节。8例如, 3M 防静电包,“ 1910”带拉链975%

12、RH 的湿度场可以很便利的由 NaCl 饱和盐溶液制得,100-105对应于 212-221, 20-30对应于 68-86。1.6光线SHT1x 不受光线影响。但长时间暴露在太阳光下或 强烈的紫外线辐射中,会使外壳老化。1.7保护膜SHT1x 的敏感元件部位直接与空气接触,没有保 护膜。如果在外面加保护 膜可防止灰尘和水滴进 入以保护传感器,同时会降低渗入传感器内部的化 学蒸汽的浓度。为了避免加保护膜对响应时间的影 响,保护膜后面的空气体积应尽可能减小。对于 SHT1X 封装系列,盛世瑞恩推荐使用配套的 SF1型 过滤罩,达到 IP54 保护等级。(若需要更高的防护 等级, 如 IP67,

13、SF1 必须用环氧树脂封装在 PCB 板 上。见图 9。图 9:Side view of SF1 filter cap mounted between PCB and housing wall. Volume below membrane is kept minimal.1.8用于密封 /包装的材质许多材质吸收湿气并将充当缓冲器的角色,这会加 大响应时间和迟滞。因此传感器周边的材质应谨慎 选用。推荐使用的材料有:金属材料 , LCP, POM (Delrin,PTFE (Teflon, PE, PEEK, PP, PB, PPS, PSU, PVDF,PVF。用于密封和粘合的材质(保守推荐:推

14、荐使用充 满环氧树脂的方法进行电子元件的封装,或是硅树 脂。这些材料释放的气体也有可能污染 SHT7x(见 1.3 。因此,应最后进行传感器的组装,并将其置 于通风良好处,或在 50的环境中干燥 24小时,以 使其在封装前将污染气体释放。1.9布线规则和信号完整性如果 SCK 和 DATA 信号线相互平行并且非常接近, 有可能导致信号串扰和通讯失败。解决方法是在两 个信号线之间放置 VDD 和 /或 GND ,将信号线隔 开,和使用屏蔽电缆。此外,降低 SCK 频率也可能 提高信号传输的完整性。如使用导线,应在电源引 脚(VDD , GND 之间加一个 100nF 的去藕电容, 用于滤波。此电

15、容应尽量靠近传感器。详情可参阅 Datasheet SHT1x “ESD, Latchup and EMC” 应用说明。 1.10 ESD (静电释放 ESD 静电释放符合 MIL STD 883E 方法 3015标准 (人体模式2KV 。电路闭锁测试依据 JEDEC78A 标准,满足强制电流 在 100 mA,环境温度 T amb = 80条件下不闭锁。 详情可参阅应用说明“ ESD 、 latch-up 、 EMC” 。2 接口定义 表 1: SHT1x 引脚分配 , NC 保持悬空 .2.1 电源引脚 (VDD, GNDSHT1x 的供电电压范围为 2.4-5.5V, 建议供电电压为 3

16、.3V 。在电源引脚(VDD , GND 之间须加一个 100nF 的电容,用以去耦滤波。见图 10。SHT1x 的串行接口,在传感器信号的读取及电源 损耗方面,都做了优化处理;传感器不能按照 I 2C 协议编址,但是,如果 I 2C 总线上没有挂接别的元 件,传感器可以连接到 I 2C 总线上,但单片机必须 按照传感器的协议工作。 图 10: 典型应用电路 , 包括上拉电阻 R P 和 VDD 与 GND 之间的去藕电容。 .2.2 串行时钟输入 (SCKSCK 用于微处理器与 SHT1x 之间的通讯同步。由 于接口包含了完全静态逻辑,因而不存在最小 SCK 频率。2.3 串行数据 (DAT

17、ADATA 引脚为三态结构,用于读取传感器数据 . 当 向传感器发送命令时 , DATA 在 SCK 上升沿有效且 在 SCK 高电平时必须保持稳定。 DATA 在 SCK 下 降沿之后改变。为确保通讯安全, DATA 的有效 时间在 SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延 长至 TSU and THO 参见图 11。 当从传感器读取数 据时 , DATA TV 在 SCK变低以后有效,且维持到下 一个 SCK 的下降沿 。为避免信号冲突,微处理器应驱动 DATA 在低电 平。需要一个外部的上拉电阻(例如:10k 将 信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理 器的 I/O 电路中。详细的

18、 I/O 特性,参见表 2。2.4电气特性电气特性,如能耗,高、低电平,输入、输出电压 等,都取决于电源。表 2 详细解释了 SHT1x 的电气 特性,若没有标明,则表示供电电压为 5V 。若想与 传感器获得最佳通讯效果,请设计时严格遵照表 3 与图 11的条件。. 参数 条件 最小 典型 最大 单位 供电电源 DC10 供电电流 测量状态 平均值 11 休眠状态 低电平输出电压 I OL 4 mA 0250mV高电平输出电压 R P 4.5V0.15MHzVDD 4.5V0.11MHzT SCKxSCK 高 /低 时间T R /TF SCK 上升 /下降时间 T FO DATA 下降时间OL

19、 = 5pF3.51020nsOL = 100pF3040200nsT RO DATA 上升时间 T V DATA 有效时间 T SUDATA 设置时间T HO 保持时间 * TR_max + TF_max = (FSCK -1 TSCKH TSCKL* T R0 is determined by the RP *Cbus time-constant at DATA line * T V_max and TSU_max depend on external pull-up resistor (RP and total busline capacitance (Cbus at DATA line

20、 *T H0_max 2.47 1 for VDD 2.47 X 无默认值 , 每次测量后更新预留 预留仅供测试 ,用户不要使 用加热器 0 关 不从 OTP加载 0 加载 1 = 8bit 湿度 / 12bit 温 度分辨率0 = 12bit 湿度 / 14bit 温 度 . 分辨率 012bit 湿度 14bit 温度表 5: 状态寄存器位描述 测量分辨率 : 默认分辨率 14bit (温度 和 12bit (湿度 可以被降低为 12 和 8bit. 尤其适用于要求测量速 度极高或者功耗极低的应用。电量不足检测功能: 在电压不足 2.47V 发出警 告。精度为 0.05 V。加热 :可通过

21、向状态寄存器内写入命令启动传感器 内部加热器 . 。加热器可以使传感器的温度高于周 围环境 5 10C12 。功耗大约为 8mA 5V 。 例如,加热元件可用于传感器的功能性测试 : 加 热前和加热后的温湿度比较 . 温度将会上升而湿 度会降低 . 露点不变请注意 : 此时测出的温度为传感器本身温度而并 非周围环境温度。因此 , 加热器不适于持续使 用。4 信号转换4.1相对湿度湿度的非线性补偿请参阅图 18 为获得精确 的测量数据,建议用以下公式进行信号转换。公 式中的参数见表 6:2RH 3RH 21linear SO c SO c c RH += (%RHSO RH c 1 c 2 c

22、3 12 bit -2.0468 0.0367 -1.5955E-6 8 bit-2.0468 0.5872 -4.0845E-4表 6: V4版 经过优化的公式参数表 6 中的系数优化了 V4 版传感器的满量程精度。 在早期版本中的 Cx*系数 ,是为 V3 版传感器优化 设计的,但同样适用于 V4 传感器,请参阅表 7。 SO RH c 1* c 2* c 3* 12 bit -4.0000 0.0405 -2.8000E-6 8 bit-4.00000.6480-7.2000E-4表 7: V3版参数,同样适用于 V4简化的修正公式 , 请参考 “RH and Temperature N

23、on-Linearity Compensation”. 99%以上的湿度已经接近饱 和必须经过处理显示 100%RH13. 请注意 湿度传感 器对电压无依赖性。0%20%40%60%80%100%500100015002000250030003500SO RH sensor readout (12bitR e l a t i v e H u m i d i t y图 18: 从 SO RH 到相对湿度的转化4.2 湿度信号的温度补偿由于实际温度与测试参考温度 25 (77 的显著 不同, 湿度信号需要温度补偿。温度校正粗略对 应于 0.12%RH/ 50%RH,温度补偿系数请参阅 表 8。(l

24、inear RH 21C true RH SO t t 25T RH +=SO RH t 1 t 2 12 bit 0.01 0.00008 8 bit0.010.00128表 8: 温度补偿系数 1413如果湿度较高(传感器表面严重凝露,传感器的输出信 号将会低于 100%RH(有的情况下甚至会低于 0%RH,当 凝露蒸发后传感器将完全恢复正常。传感器不会因为浸水或 凝露而损坏。14该系数适用于 V3 版和 V4 版的传感器。Datasheet SHT1x 4.3 温度由能隙材料 PTAT (正比于绝对温度 研发的温度传 感器具有极好的线性。可用如下公式将数字输出 (SOT 转换为温度值,温

25、度转换系数请阅表 9:T 21SO d d T +=VDD d 1 (C d 1 SO T d 2 (C d 2 (F 表 9: 温度转换系数 15.4.4 露点SHT1x 并不直接进行露点测量 , ,但露点可以通过 温度和湿度读数计算得到 . 。由于温度和湿度在同 一块集成电路上测量, SHT1x 可测量露点。 露点的计算方法很多,绝大多数都很复杂。 对于 -40 50C 温度范围的测量,通过下面的的公式可 得到较好的精度,参数见表 10:(TT T m 100%RH ln m TT T m 100%RH ln T T RH, T n n n d + =温度Tn (C m Above wat

26、er, 0 50C 243.12 17.62 Above ice, -40 0C 272.6222.46表 10: 露点 (Td 计算参数请注意公式中的 “ln(” 表示自然对数 . RH 和 T 应 引用经过线性处理和补偿的数值。更多的露点计算信息请参阅 “Dew point calculation”.15与 SHTxx version 3.01相比,温度参数经过了微小修正。适用于 V3 和 V4传感器。 5 环境稳定性如果传感器用于装备或机械中,要确保用于测量 的传感器与用于参考的传感器感知的是同一条件 的温度和湿度。如果传感器被放置于装备中,反 应时间会延长,因此在程序设计中要保证预留足

27、 够 的 测 量 时 间 。 更 多 信 息 请 参 考 “Qualification Guide”.SHT1x 传感器已经依照 表 1116的条件做了测试。传 感器在其它测试条件下的性能,我们不予保证,尤 其是在用户需要的特定场合。 更多信息请 联系 Sensirion 。环境 标准 测试结果 17 HTSL 125C, 1000 h在规定范围内 TC -50C - 125C, 1000 循环 Acc. JESD22-A104-C 在规定范围内 UHST 130C / 85%RH, 96h 在规定范围内 THU85C / 85%RH, 1000h在规定范围内ESD 抗干扰 性 MIL STD

28、 883E, method 3015 (人体模式 2kV 合格Latch-up在 Tamb = 80C,强加电流 100mA, acc. JEDEC 17 acc. JEDEC 17合格 表 11: 品质测试 : HTSL = 高温存储时间 , TC = 温度循环 , UHST = 高温高湿测试 , THU = 温湿度无偏差6 包装6.1包装信息S HT1x 采用表面贴装 LCC (无铅芯片载体封装方 式。液晶聚合物环氧包覆外壳,标准 0.8 mm FR4衬底。不含铅、铬、汞、镉、 PBB 、 PBDE (完全 符合 RoHS , WEEE 标准要求。尺寸:7.474.932.5 mm 重量:

29、100毫克6.2 可跟踪信息所有 SHT1x 头部都印有 3 位数字与字母组合的批次 号(参考:V3 版的传感器头部印有 3 位数字标 识,如图 1 所示 “A5Z” 。由产品的批次号可以追 溯到产品的生产、标定和测试。客户不能直接从批 次号上查到相关信息,所有数据都在 Sensirion 保 存。16 根据 AEC-Q100温度等级 2,传感器的工作温度为 -40 to 105C。 17根据第二页的传感器精度和漂移量。Datasheet SHT1x 图 19 和 20, 是传感器胶盘上的标签信息。 图 20: 胶盘上的第二个标签:传感器型号和订货号请参阅表 12,发货日期(日期代码即包装日期

30、(DD=日, MM=月, YYYY=年, CCCC=订货号。6.3 发货包装SHT1x 以 12mm 胶带卷装运输,每个标准胶盘可 装 100pcs , 400pcs 和 2000pcs ,详情请参阅图 21 和表 12。胶盘以条形码或可读标签做单独标记。Datasheet SHT1x 版本信息 时间 2007 年 3 月 2007 年 8 月 2008 年 7 月 2008 年 7 月 2009 年 4 月 版本 3.0 3.01 4.0 4.1 4.2 页数 1 10 1 10 1 11 3, 4 2,7 修改 版本对 SHTxx-V4 和 SHTxx-V3 有效 添加电气特性, 修改测量

31、时间 重新修改说明书 调整正常工作范围, 建议使用防静电袋包装 修改最下角注释 2,通讯图表(图 17 注意事项 警告, 人身伤害 品的数据手册中的技术规格为标准.如果在保质期内,产品 被证实有缺陷,SENSIRION将提供免费的维修或更换.用户 需满足下述条件: 该产品在发现缺陷14天内书面通知SENSIRION; 该产品缺陷有助于发现SENSIRION的设计,材料, 工艺上的不足; 该产品应由购买者付费寄回到SENSIRION; 该产品应在保质期内. SENSIRION 只对那些应用在符合该产品技术条件的场合而产 生缺陷的产品负责. SENSIRION 对其产品应用在那些特殊的应用场合不做

32、任何的 保证,担保或是书面陈述. 同时SENSIRION 对其产品应用到产品或是电路中的可靠性也 不做任何承诺. 版权所有 2007, SENSIRION . CMOSens 是SENSIRION 的注册商标 勿将本产品应用于安全保护装置或急停设备上,以 及由于该产品故障可能导致人身伤害的任何其它应 用中.不得应用本产品除非有特别的目的或有使用 授权.在安装,处理,使用或维护该产品前要参考 产品数据表及应用指南.如不遵从此建议,可能导 致死亡和严重的人身伤害. 如果买方将要购买或使用Sensirion的产品而未获得任何应用 许可及授权,买方将承担由此产生的人身 伤害及死亡的所有赔偿,并且免除由

33、此对Sensirion公司管理 者和雇员以及附属子公司,代理商,分销商等可能产生的任 何索赔要求,包括:各种成本费用,赔偿费用,律师费用等 等. ESD 防护 由于元件的固有设计,导致其对静电的敏感性.为防止静电 导入的伤害或者降低产品性能,在应用本产品时,请采取必 要的防静电措施. 详情可参阅应用说明ESD,latch-up,EMC. 品质保证 SENSIRION对其产品的直接购买者提供为期12个月(1年的 质量保证(自发货之日起计算,以SENSIRION出版的该产 声明 : 本手册是根据 Sensirion 的 SHT1x 数据手册 Version 4.1 September 2008 翻译而来,如果用户在阅读过程中遇 到任何问题,请参考原始英文文件.我公司对此不承 担任何责任. 公司总部 Headquarter SENSIRION AG Laubisruetistr. 50 CH-8712 Staefa ZH Phone: + 41 (044 306 40 00 Fax: + 41 (044 306 40 30 info -