用于数字式电子探空仪的几种湿度传感器

　　0　引言

　　目前,广泛用于空气象探测数字式电子探空仪的湿度传感器主要有:湿敏电阻、湿敏电容、集成湿度传感器。电子探空仪上最早使用的是湿敏电阻传感器,随着科技的不断发展,湿敏电容传感器得到了广泛的应用,而目前最先进的湿度传感器是集成湿度传感器,本文在介绍前两种湿度传感器的基础上,重点介绍了集成湿度传感器的组成、原理和性质。

　　1　碳湿敏电阻湿度传感器

　　碳湿敏电阻是以羟乙基纤维素作为感湿材料,起导电作用的碳黑微粒以及一些助剂配成均匀的溶液,然后用适当的材料作基板在溶液中浸蘸而成。在基板上形成的膜具有溶胀性,它随空气湿度的变化发生膨胀或收缩,于是均匀分布在其中的碳粒相对距离随之变化,从而使电导率发生变化。利用这一特性即可以测量空气中的相对湿度。与传统的肠衣相比,碳湿敏电阻具有响应速度快,无冲蚀效应和滞差环窄等特点。其准确度不超过±5%RH,时间常数为2~3 s,滞差一般在7%左右,比阻值的稳定性较好。图1是某碳湿敏电阻湿度传感器感应的相对湿度变化和比阻值之间的关系曲线图。

　　在测量电路中,电阻量的测量基本采用双积分方法,将测电阻转为测电压,与参考电阻作比进行测量,A/D转换精度可以做优于0.03%。在早期的电子式探空仪上普遍试用了此种湿度传感器,不足之处是测湿的准确度主要取决于碳湿敏电阻的准确度。

　　2　湿敏电容

　　随着电子探空仪的不断发展迫切需要寻找精度高可重复使用的湿度传感器。Humirel公司生产的HS1101湿敏电容,基于独特工艺设计的电容元件,采用了固态聚合物结构。它具有很好的长期稳定性及可靠性,年漂移量优于±0.5%RH,更窄的滞差环为±1%RH,55%RH条件下标称电容值为177~183 pF,温度系数为0.01 pF/℃,平均灵敏度为0.31 pF/%RH。

　　在使用本传感器的探空仪测量电路中电容量的测量可采用典型的555非稳态电路,把测电容量转为测频率。

　　3　集成湿度传感器

　　SHT1x/SHT7x是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSensTM技术的新型温、湿度传感器,具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来,从而发挥出它们强大的优势互补作用。具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。SHT1x/SHT7x将温、湿度传感器,信号放大调理,A/D转换,I2C总线接口全部集成于一个芯片(CMOSensTM技术);其主要特点有:

　　(1)带有工业标准的I2C总线数字输出接口,可给出全校准相对湿度及温度值输出,具有露点值计算输出功能,湿度值输出分辨力为14位,温度值输出分辨力为12位,并可编程为12位和8位。