基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作

1、基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作 項目的提出：項目的提出： 濕度的測量與控制濕度的測量與控制基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作濕度的測量傳感器選擇濕度的測量傳感器選擇 1選擇測量范圍選擇測量范圍 2、選擇測量精度、選擇測量精度 3、考慮時漂和溫漂、考慮時漂和溫漂 4與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作濕度的測量傳感器選擇濕度的測量傳感器選擇 1選擇測量范圍選擇測量范圍 2、選擇測量精度、選擇測量精度 3、考慮時漂和溫漂、考慮時漂和溫漂 4與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作 4與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系與傳統(tǒng)測濕方法的關(guān)系 早在早在18世紀(jì)人類就發(fā)明

2、了干濕球和毛發(fā)濕度計，而電子式濕度世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計，而電子式濕度傳感器是近幾十年特別是近傳感器是近幾十年特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。年才迅速發(fā)展起來的。 由于傳統(tǒng)測濕方法在人們的腦海中印象太深了，一些人形成了由于傳統(tǒng)測濕方法在人們的腦海中印象太深了，一些人形成了只有干濕球濕度計才是準(zhǔn)確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計來只有干濕球濕度計才是準(zhǔn)確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計來對比剛購得的濕度傳感器，如發(fā)現(xiàn)示值不同，馬上認(rèn)為濕度傳感器不對比剛購得的濕度傳感器，如發(fā)現(xiàn)示值不同，馬上認(rèn)為濕度傳感器不準(zhǔn)。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有準(zhǔn)。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有5一一7RH，不但低于電

3、子濕度傳感，不但低于電子濕度傳感器，而且還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處器，而且還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時，才能達(dá)于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度到規(guī)定的準(zhǔn)確度。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，最常用分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來進(jìn)行標(biāo)定。所以發(fā)生器來逐支標(biāo)定，最常用分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來進(jìn)行標(biāo)定。所以希望用戶在需要校準(zhǔn)時也采用相同的方法，避免用準(zhǔn)確度低的器具去希望用戶在需要校準(zhǔn)時也采用相

4、同的方法，避免用準(zhǔn)確度低的器具去校準(zhǔn)或比對精度高的傳感器。校準(zhǔn)或比對精度高的傳感器。 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作 濕度傳感器的發(fā)展趨勢濕度傳感器的發(fā)展趨勢 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)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)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因為測量濕度要比的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。

5、這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個難題。國外（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴。生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴。 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度為開發(fā)新一代濕度/

6、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。術(shù)提高到新的水平。 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作 濕度傳感器的分類濕度傳感器的分類 濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等元件等 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電阻式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)濕敏

7、電阻 濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的。工業(yè)上流行的濕敏電阻主要有 1、半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件 2、氯化鋰濕敏電阻 3、有機(jī)高分子膜濕敏電阻基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電阻式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作濕敏電阻器的主要參數(shù)：1.相對濕度是指在某一溫度下，空氣中所含水蒸氣的實際密度與同一溫度下飽和密度之比，通常用“RH”表示。例如：20%RH，則表示空氣相對濕度為20%。 2濕度溫度系數(shù)是指在

8、環(huán)境濕度恒定時，濕敏電阻器在溫度每變化1時，其濕度指示的變化量。 3靈敏度是指濕敏電阻器檢測濕度時的分辨率。 4測濕范圍是指濕敏電阻器的濕度測量范圍。 5濕滯效應(yīng)是指濕敏電阻器在吸濕和脫濕過程中電氣參數(shù)表現(xiàn)的滯后現(xiàn)象。 6響應(yīng)時間是指濕敏電阻器在濕度檢測環(huán)境快速變化時，其電阻值的變化情況（反應(yīng)速度）?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作濕敏電阻器的主要參數(shù)：1.相對濕度是指在某一溫度下，空氣中所含水蒸氣的實際密度與同一溫度下飽和密度之比，通常用“RH”表示。例如：20%RH，則表示空氣相對濕度為20%。 2濕度溫度系數(shù)是指在環(huán)境濕度恒定時，濕敏電阻器在溫度每變化1時，其濕度指示的變化量。 3靈敏度是指濕

9、敏電阻器檢測濕度時的分辨率。 4測濕范圍是指濕敏電阻器的濕度測量范圍。 5濕滯效應(yīng)是指濕敏電阻器在吸濕和脫濕過程中電氣參數(shù)表現(xiàn)的滯后現(xiàn)象。 6響應(yīng)時間是指濕敏電阻器在濕度檢測環(huán)境快速變化時，其電阻值的變化情況（反應(yīng)速度）?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作GYHR002電阻式高分子濕度傳感器，是一種新型的濕度敏感元件，具有感濕范圍寬，響應(yīng)速度快，抗污染能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，一致性好等特點?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)濕敏電容 一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變

10、化，其電容變化量與相對濕度成正比?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化。平板電容器的電容根據(jù)被測參數(shù)的變化分：變極距型電容傳感器(d)變面積型電容傳感器(A)變介質(zhì)型電容傳感器()dAc基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作變極距型電容傳感器若d從d0 d0- d, 電容量C0 C0 +C, 則有00dAc( )r0) 111(0000dddAdAddAC0001ddddCC當(dāng)時，變極距式電容傳感器有近似線性關(guān)系，此時靈敏度10dd01ddCCK為了獲得高靈敏度，一般d0較小，但d0過小易引起電容器擊穿或短路，可放置高介電常數(shù)材料如云母片基于

11、MCS濕度控制系統(tǒng)制作dgd0圖5-4放置云母片的電容器000ddAcgg一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在 20100pF之間, 極板間距離在25200m的范圍內(nèi), 最大位移應(yīng)小于間距的1/10, 故在微位移測量中應(yīng)用最廣。對于云母，5 . 86g基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作變面積型電容傳感器圖5-5 變面積型電容傳感器原理圖axcc0圖5-6 電容式角位移傳感器原理圖00CCC基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作變電介質(zhì)型電容式傳感器柱式7dDhHdDhcln)(2ln201dDhdDHln)(2ln2010dDhCln)(2010電容的增量正比于被測液位高度，可測量一種流體的液位高度基于MCS

12、濕度控制系統(tǒng)制作變介質(zhì)型電容式傳感器平板式8001200000021)()(21dLbCdLLLbcccrrrr電容變化與電介質(zhì)的移動量L成線性關(guān)系可用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織器、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度。 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容器式傳感器的靈敏度及非線性靈敏度（變面積型）非線性01ddCCK（忽略了線性及以上高次項）00011ddddCC.1 3020000 ddddddddCC泰勒展開保留二次項，并以此做為非線性誤差：%100%100)(0020dddddd基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作差動平板式電容傳感器目的：目的：提高靈敏度減小非線性誤差.)()(

13、1 /11302000001ddddddCddCC.)()(1 /11302000002ddddddCddCC.)( 2)( 2250300021ddddddCCCC非線性誤差：%100)(%100)/(2)/(220030dddddd靈敏度：02002)(1 2dddddCCK基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容傳感器的等效電路LcCRsRpCLc簡化計算有效電容Ce:ceLjCjCj11CLCCce21兩點注意：兩點注意：工作頻率等于或接近諧振頻率時，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應(yīng)該先擇低于諧振頻率。電容式傳感器的有效電容除與位移有關(guān)外，還與角頻率有關(guān)。因此，在實際應(yīng)用時必須與標(biāo)

14、定的條件（）相同。基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的測量電路電容傳感器的特點：電容量小，變化更?。≒F級）。理論上，交流電橋可作為電容傳感器的測量電路，但由于電容及變化太小，不易實現(xiàn)。調(diào)頻電路運(yùn)算放大器式電路二極管雙T形交流電橋脈沖寬度調(diào)制電路基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作調(diào)頻電路11LCf21特點：特點：n轉(zhuǎn)換電路生成頻率信號，可遠(yuǎn)距離傳輸不受干擾。n具有較高的靈敏度，可以測量高至m級位移變化量。n但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)化為電壓信號后，進(jìn)行補(bǔ)償?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作運(yùn)算放大器式電路12運(yùn)算放大器要求：輸入阻抗高（避免泄漏）、放大倍數(shù)大（接近理想放大器）ixoUCCU

15、dACxdAUCUio特點：特點：n解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題n要求Zi及放大倍數(shù)足夠大n為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定n由于Cx變化小，所以該電路實現(xiàn)起來困難基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作二極管雙T形交流電橋正負(fù)半周分析：正負(fù)半周分析：正半周：C1充電，電流順時針； C2放電，電流逆時針負(fù)半周： C2充電，電流逆時針； C1放電，電流順時針若C1 = C2，則電流抵消，若C1 C2，則RL有信號輸出LTLLoRdttItITRIU)()(1021)()()2(212CCfURRRRRRiLLL)(21CCMfUi幾點說明：n該電路電源頻率Mhz級，電源電壓

16、幾十伏，電源的穩(wěn)定性對輸出直接產(chǎn)生影響。n當(dāng)電容以PF級變化時，輸出以V級變化。基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作脈沖寬度調(diào)制電路 C1充電，VF 。當(dāng)VF Vref時，D=0 Q=0，信號反轉(zhuǎn)，Q=1。C1經(jīng)D1放電。 C2充電，VG 。當(dāng)VG Vref時，D=0 Q=0，Q=1，再次反轉(zhuǎn)。C2經(jīng)D2放電。 設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平U1，低電平0B雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A1A2R1R2QQ-AFGDD-UrefD1D221211)(TTTTUuuuBAABrefUUUCRT11111lnrefUUUCRT11222lnC1C2uo1211212121UddddUCCCCuAB當(dāng)d1 =d0 -d, d2 =

17、d0+d時，有10UdduAB基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（1）電容式壓力傳感器17基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（2）加速度傳感器18基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（3）差動式電容測厚傳感器19基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（4） 濕度測量濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，

18、其精度一般比濕敏電阻要低一些。HM1500濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制?；贛CS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（5）油量測量 右圖其原理圖，利用了圓柱型電容傳感器。其電容為： 當(dāng)燃油增大，h2增大，C也增大，即傳感器的電容增大；燃油減少，h2減少，C也減小，即傳感器的電容減少。這樣傳感器就把油量的變化轉(zhuǎn)換為電容的變化，通過測量電容的大小就能知道油量的多少。基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（6）電容式鍵盤 常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容式按鍵兩種。式按鍵兩種。電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過按鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變化，暫時形成震蕩脈沖允許通過的條件。理論上這種開關(guān)是無觸點非接觸式的，磨損率極小甚至可以忽略不計，也沒有接觸不良的隱患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤，但工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 基于MCS濕度控制系統(tǒng)制作電容式傳感器的應(yīng)用（7） 電容傳聲器傳聲器（Microphone）俗稱話筒，音譯作麥克風(fēng)，是一種聲電換能器件，可分電動和靜電兩類，目前廣播、電視和娛樂等方面使用的傳聲器，絕大多數(shù)是動圈式和電容式。電容傳聲器以振膜與后極板間的電容量變化通過前置放大器