溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量急速的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用
一在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度與濕度彩色無紙記錄儀進(jìn)行測(cè)量及控制。準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度彩色無紙記錄儀對(duì)于生物 制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。相比之下，測(cè)量濕度彩色無紙記錄儀要比測(cè)量溫度更復(fù)雜，這是因?yàn)闇囟仁莻�(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度彩色無紙記錄儀卻受大氣壓強(qiáng)和溫度的影響。目前，溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮。
主要表現(xiàn)在以下兩方面
1、溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；
2、在溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自動(dòng)校準(zhǔn)濕度彩色無紙記錄儀等項(xiàng)新技術(shù)。
集成溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器的產(chǎn)品分類及性能特點(diǎn)
1.1集成溫度傳感器
　　集成溫度傳感器主要包括模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）兩大類。模擬集成溫度傳感器是將溫度
　　傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度
　�。�、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單。其典型產(chǎn)品又AD590、AD592、TMP17、LM135等。
　　智能溫度傳感器是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換器器（MUX）、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。典型產(chǎn)品有DS18B20、MAX6654、LM76等。
1.2、集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器主要有以下3種：
（1）電壓輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
其特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。典型產(chǎn)品有美國霍尼韋爾（Honeywell）公司生產(chǎn)的HIH3605/3610、HM1500/1520。
（2）頻率輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
頻率輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750HZ（典型值），當(dāng)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560HZ減小到8030HZ。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。典型產(chǎn)品有美國Humirel公司生產(chǎn)的HF3223。
（3）頻率/溫度輸出式集成濕度彩色無紙記錄儀傳感器
它除電壓輸出端以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，通常以負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量溫度值。典型產(chǎn)品為HTF3223型。
1.3 單片智能化濕度彩色無紙記錄儀/溫度傳感系統(tǒng)
　　最近，瑞士? Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化濕度彩色無紙記錄儀/溫度傳感器。其外形尺寸僅為7.6（mm）×5（mm）×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在濕度彩色無紙記錄儀室中做過精密校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)
存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過程中可對(duì)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。
易失存儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。其測(cè)量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀、溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過二線串行接口將相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀及溫度的數(shù)據(jù)送至μ C，芯片內(nèi)部有一個(gè)加熱器，利用加熱器可實(shí)現(xiàn)以下三種功能：
　　a 通過比較加熱前后測(cè)出的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀值及溫度值，可確定傳感器是否正常工作；
　　b 在潮濕環(huán)境下使用加熱器，可避免傳感器凝露；
　　c 測(cè)量露點(diǎn)時(shí)也需要使用加熱器。
二 溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
2.1 廣泛采用新技術(shù)、新工藝
　　隨著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到溫濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量領(lǐng)域中。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens①（Ce-mo-Sens）專利技術(shù)為高精度溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度。其特征是將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度彩色無紙記錄儀/溫度檢測(cè)系統(tǒng)提供了解決方案。該項(xiàng)技術(shù)Sensmitter”，它代表傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機(jī)結(jié)合。盡管SHT11/15屬于傳感范疇，但具有創(chuàng)新性的CMOSens①技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。
　　Honeywell公司生產(chǎn)的HIH－3610型濕度彩色無紙記錄儀傳感器，能在高溫，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測(cè)量含有氨、苯、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來。HIH－3610芯片上有一層起保護(hù)作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞。
2.2提高測(cè)量精度和分辨力
　　目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5～0.0625℃.由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125℃，測(cè)溫精度位±0.2℃。我國臺(tái)灣省豪爾泰克（HOLTEK）公司推出的HT7500型醫(yī)用數(shù)字體溫計(jì)集成電路，測(cè)溫精度高達(dá)±0.1℃（或±0.2℉），這是其他溫度計(jì)（包括精密水銀溫度計(jì)和數(shù)字溫度計(jì)）所難以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。
SHT11/15型智能化濕度彩色無紙記錄儀/溫度傳感器系統(tǒng)測(cè)量相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀的范圍是0～100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測(cè)量溫度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.1℃.測(cè)量露點(diǎn)的精度<±1℃.在測(cè)量濕度彩色無紙記錄儀、溫度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度/濕度彩色無紙記錄儀調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。
2.3增加測(cè)試功能
　　新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能逢甲完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。
　　在HIH－3602C型濕度彩色無紙記錄儀傳感器內(nèi)部還增加 1000Ω的鉑熱電阻，可構(gòu)成濕度彩色無紙記錄儀/溫度測(cè)量?jī)x。
2.4 非線性和溫度補(bǔ)償及自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)
　　測(cè)量濕度彩色無紙記錄儀時(shí)必須對(duì)濕度彩色無紙記錄儀傳感器進(jìn)行非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。新型智能溫濕度彩色無紙記錄儀傳感器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。以SHT11/15為例，其輸出的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀讀書值（N）與被測(cè)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀（RH）呈非線性關(guān)系。當(dāng)環(huán)境溫度TA=+25℃時(shí)，利用下式可補(bǔ)償非線性：
　�。�1）RH =（ C1 + C2N + C3N2）%=（ -4 + 0.0405N -2.8 × 10-6N2）%
　　舉例說明：將N=1000代入（1）式中計(jì)算出補(bǔ)償后的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀RH = 33.7 %。
　　當(dāng)T≠+25℃時(shí)，還需要對(duì)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為
　�。�2）RHT? = RH + （ T – 25 ） · （ 0.01 + 0.00008N ） %
　　舉例說明，假如實(shí)際溫度T = + 30℃，利用式（2）不難算出RHT? = 33.7% + 0.45% = 34.15%，這就使對(duì)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀進(jìn)行溫度補(bǔ)償后的最終結(jié)果。
三在SHT11/15出廠前，每只傳感器都在濕度彩色無紙記錄儀室中做過精密校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過程中可對(duì)相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。在使用濕敏電阻測(cè)量線對(duì)濕度彩色無紙記錄儀時(shí)，可利用對(duì)數(shù)放大器對(duì)濕敏電阻的指數(shù)特性曲線進(jìn)行線性化，使之近似于線性關(guān)系。
3.1線性頻率輸出式相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀測(cè)量電路
　　HS1100/1101配上CMOS定時(shí)器TLC555可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。輸出頻率范圍是7351HZ～6033HZ，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀為0～100%。當(dāng)RH=55%時(shí)，f=6660HZ.輸出頻率信號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)或單片機(jī)系統(tǒng)，測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀值。
　　電路框圖如圖2所示。采用一片廉價(jià)的89C2051單片機(jī)，可驅(qū)動(dòng)4位LED數(shù)碼管。TLC555輸出的方波頻率信號(hào)經(jīng)過放大，整形及光耦隔離電路，送給89C2051的定時(shí)器。利用鍵盤可完成設(shè)定、測(cè)量或復(fù)位操作，程序就儲(chǔ)存在89C2051的ROM中，該儀表測(cè)量相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀的范圍是0～100%，測(cè)量精度可達(dá)±2%RH，分辨力為0.01%RH.
3.2相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀/溫度測(cè)試系統(tǒng)
　　由SHT15構(gòu)成的相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀/溫度測(cè)試系統(tǒng)的電路圖框如圖3所示。該系統(tǒng)能測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀、溫度和露點(diǎn)。SHT15作為從機(jī)，89C51單片機(jī)作為主機(jī)，二者通過串行總線進(jìn)行通信。R為上拉電阻（亦可不用），C為電源退耦電容。P0口、P2口和P3口分別接3組LED顯示器。其中，相對(duì)濕度彩色無紙記錄儀的測(cè)量范圍是0%～99.99%，測(cè)量精度為±2%RH，分辨力為0.01%RH。溫度測(cè)量范圍是-40℃～+123.8℃，測(cè)量精度為±1℃，分辨力為0.01℃.露點(diǎn)測(cè)量精度<±1℃，分辨力也是±0.01℃.