湿度检测仪表的设计.doc

湿度检测仪表的设计
摘要：
随着社会的进步和物联网技术的日趋成熟，传感技术作为物联网技术的关键部分，其发展越来越受到人们的普遍关注。近些年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了比较大的的进步。在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的湿度和温度进行测量及控制。电容式湿度传感器作为湿度传感器的一种，已经广泛应用于各大行业了。微电子加工技术的发展促进了传感器组逐渐的走向了微型化，实现了高灵敏度、高精度、低功耗等特点，与此同时，也对后面的检测电路提出了更高的要求。本论文在对常用的一些电容检测电路的分析和研究的基础上，针对电容式湿度传感器，设计出了一种具有湿度电容检测，数据显示，数据上传等一系列功能的智能化检测系统。
湿度的测量和控制系统
关键词：湿度传感器、电容检测、
1、绪论
湿度是表示大气干燥程度的物理量，通常是指空气中水蒸气的含量。在人们的日常生活和工农业生产，以及动植物的生长和生存的过程中，环境湿度都起着至关重要的作用。在自然界中，环境的温度与湿度也有着同等重要的意义。现如今，湿度的检测和控制技术已经日趋成熟并获得广泛的应用。比如，工业、农业、军事、气象、医疗、建筑以及家用电器等方面需要对湿度进行比较严格的控制，还有些场合要求更加高，需要对湿度进行控制和报警，比如，温室控制系统、空气调节系统、仓库监测系统等。
1.1.1湿度传感器的发展概况
传感器技术是现代科技的前沿技术，在通信、国防、医疗和工业等各个领域发挥着巨大的作用。传感器技术同时也是制造业自动化和信息化的基础。自从上个世纪60年代开始，MEMS传感器的份额在不断提高。与传统的传感器相比较而言，MEMS传感器具有质量轻、体积小、成本低、可靠性高、功耗低、易于集成和实现智能化的特点、适合用于批量化生产。
湿敏传感器技术的研究分为两个方面。一是传感机制、材料和产品工艺的研究，另外一种是研究器件特性的校准、补偿和失效性问题，然而智能化技术的引入，是解决这一系列问题的最佳方法。
湿度传感器是在其功能材料能发生与湿度有关的化学反应或者物理反应的基础上制造的。湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用，也避免在粉尘较大的环境中使用。
包括湿敏传感器在内的湿度测量技术研究，国内外都投入了大量的人力物力和财力。国际湿度与水分学术会议每隔四年召开一次，国际化学传感器会议（IMCS）也包括湿度传感器的内容。在国内，湿度测量的研究规模也比较大，不仅研究技术人员多，有自己的标准和鉴定系统，而且某些技术的研究成果在国际上也处于相对领先的地位。我国不少研究院的研究人员从事湿度测量研究工作，同时在我国八五、九五规划发展期间，有湿度传感器专项攻关计划。
虽然我国的湿度检测测量研究和国际先进水平相差不大，但是在实际应用中，还是有很大的差距。国家在这方面投入了大量的人力物力财力，但是产生的效益却不高。引起这种情况的原因除了科研技术和市场之间的衔接机制薄弱外，材料和工艺技术的滞后也是制约我国科技发展的一个重要因素，而湿敏传感器本身稳定性较差，对工艺技术的以来更大。
2、 湿度测量的原理
2.1.1湿度的相关知识
湿度是表示大气干燥程度的物理量，通常是指空气中水蒸气的含量。湿度有多种表示法：绝对湿度、相对湿度、比较湿度等等。空气的绝对湿度是指单位体积空气中所含有水蒸气的质量。空气的相对湿度就是指单位体积空气中所含有的水蒸气的质量和同温度下和饱和状态的时候所含水蒸气的质量的百分比。
在人们的日常生活和工农业生产，以及动植物的生长和生存的过程中，环境湿度都起着至关重要的作用。在自然界中，环境的温度与湿度也有着同等重要的意义。现如今，湿度的检测和控制技术已经日趋成熟并获得广泛的应用。比如，工业、农业、军事、气象、医疗、建筑以及家用电器等方面需要对湿度进行比较严格的控制，还有些场合要求更加高，需要对湿度进行控制和报警，比如，温室控制系统、空气调节系统、仓库监测系统等。
2.1.2湿度的测量方法
在工程技术中经常采用绝对湿度、相对湿度和露点湿度表示法以及相应的测量方法。湿度测量技术中最准确的方法是绝对湿度测量的称重法，国际上普遍采用绝对湿度的称重法作为湿度基准，其次是作为二级检定标准的阿斯曼通风干湿计。但是这两种方法都很难应用于自动化测控系统的现场传感测量。
绝对湿度测量：也称作为水分或微弱水分测量技术，它所涉及的范围相当广泛，其测量的内容包括空气体积中水分的直接含量、各种材料的含水量、火力发电烟气、电子器件封装以及高压电器保护气体的测量等等。对于各种不同的工作环境，被测对象的改变以及对性价比等一系列的要求，其测量方式也很多，常用的一些有电容式、精度较高的有光学露点式和称重、微波、红外等测量方法。
相对湿度测量：