溫濕度傳感器的原理及性能特點(diǎn)介紹

溫濕度傳感器是人們最常見(jiàn)到傳感器之一。通過(guò)一定的檢測(cè)裝置測(cè)量空氣中的溫濕度，將溫濕度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他所需方式的信息導(dǎo)出，以滿足用戶的需求。因?yàn)闇囟群蜐穸扰c物理量本身和現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)，所以溫濕度集成的傳感器會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。溫濕度傳感器是指能夠?qū)貪穸绒D(zhuǎn)移于測(cè)量和處理的電信號(hào)的設(shè)備或設(shè)備。市場(chǎng)上的溫濕度傳感器通常測(cè)量溫度和相對(duì)濕度。

溫度傳感器的基本原理是將環(huán)境的溫度值轉(zhuǎn)化為敏感單元的電學(xué)量變化，最后通過(guò)讀出敏感單元的電壓值進(jìn)行公式轉(zhuǎn)換，從而獲得溫度值。常見(jiàn)的電學(xué)量包括：電壓、電流、電阻、電容等?；谝陨显恚袃深悳囟葌鞲衅鞅容^有代表性。

熱電偶原理類溫度傳感器，熱電偶一般由兩個(gè)不同的電導(dǎo)體構(gòu)成，由于塞貝克效應(yīng)的影響，兩種不同的電導(dǎo)體各自的二端分別連接構(gòu)成回路后，如果兩種金屬的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處溫度不同，就會(huì)產(chǎn)生電壓。目前常用的熱電偶金屬組合，能產(chǎn)生的“熱電勢(shì)”通常在1–70μV/℃之間，選擇熱電偶時(shí)通常考慮到成本、適用、熔點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)等問(wèn)題。

電阻式溫度傳感器，電阻式溫度傳感器的基本原理是利用材料電導(dǎo)率(或電阻率)在溫度發(fā)生變化時(shí)而變化的性質(zhì)來(lái)探測(cè)溫度信息的，基于這個(gè)原理研制的溫度傳感器是最多的。材料上主要使用熱敏材料和金屬材料。

濕度傳感器的基本原理，根據(jù)濕度傳感器將濕度轉(zhuǎn)換為待處理的電信號(hào)類型，可以將其分為：電容型、電阻型、壓電、摩擦電型等，這里介紹一下最常見(jiàn)的兩種類型。

電阻式濕度傳感器，電阻式濕度傳感器是將濕敏材料印刷或者沉積等薄膜工藝涂敷在各類不導(dǎo)通的電極結(jié)構(gòu)上，從而將濕敏材料接進(jìn)電路。當(dāng)環(huán)境的濕度變化時(shí)，敏感材料的電阻值發(fā)生變化，從而反推出濕度值。電阻式濕度傳感器擁有測(cè)試方便、制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是通常電阻值與濕度的相關(guān)性低，在中濕區(qū)靈敏度很大，但在低濕區(qū)高濕區(qū)靈敏度不夠。

電容式濕度傳感器，電容式器件通常也是將濕敏材料通過(guò)印刷、蒸鍍和旋涂等工藝把敏感材料覆蓋在不導(dǎo)通的電極上。不同的是，電阻式濕度傳感器中的敏感材料會(huì)因?yàn)闈穸茸兓鴮?dǎo)電，電容式濕度傳感器敏感材料不會(huì)直接導(dǎo)通，而是會(huì)改變介電常數(shù)，從而改變傳感器的電容值。

選擇合適的溫濕度傳感器，要從以下幾方面進(jìn)行考慮。

頻率響應(yīng)特性：溫濕度傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了測(cè)量的頻率范圍，確切的測(cè)量條件必須保持在允許的頻率范圍內(nèi)。事實(shí)上，傳感器的響應(yīng)總是固定的延遲，我希望延遲越少越好。由于結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，低頻傳感器的可測(cè)信號(hào)頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)特性(穩(wěn)態(tài)).暫態(tài).隨機(jī)等)響應(yīng)特性，防止生產(chǎn)偏差。

線性范圍：溫濕度傳感器的線性范圍是指導(dǎo)與輸入成正比的范圍。理論上，在這個(gè)范圍內(nèi)，靈敏度是固定的。傳感器的線性范圍越寬，測(cè)量范圍越大，并能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，確定傳感器的類型時(shí)，首先要看其測(cè)量范圍是否符合要求。

穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是衡量器件在長(zhǎng)期測(cè)試中的波動(dòng)性。很多傳感器基于化學(xué)反應(yīng)原理，在探測(cè)某些信號(hào)后會(huì)出現(xiàn)基線的漂移、響應(yīng)值的變化等情況。

分辨率：分辨率是衡量傳感器的能感知的最小檢測(cè)變化量，也可以稱作傳感器的最小探測(cè)極限。

響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間是衡量傳感器對(duì)檢測(cè)量變化響應(yīng)的快慢。本論文中，會(huì)快速給傳感器改變溫度或者濕度，然后記錄傳感器的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后看傳感器在多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)了穩(wěn)定值的63.2%。

靈敏度選擇：一般來(lái)說(shuō)，在溫濕度傳感器的線性范圍內(nèi)，我希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥挟?dāng)靈敏度高時(shí)，與測(cè)量變化相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)值相對(duì)較大，有利于信號(hào)處理。但需要注意的是，傳感器靈敏度高，與測(cè)量無(wú)關(guān)的外部噪聲容易混合，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，以盡量減少?gòu)耐獠恳氲墓S干擾信號(hào)。