基于频率测量的自校正高精度湿度仪

　　0 引言

　　频率信号抗干扰性强，易于传输，设计得当，可以达到很高的测量精度，所以在测控系统中，测频方法的研究越来越受到重视，非频率量的传感信号被转化成频率量进行测量。由于牵片机内部含有稳定度高的标准频率源、定时/计数器等硬件，能很方便地对外部信号或标准频率信号进行计数，使得基于单片机的频率测量系统可以具有更小的体积、更实用的功能以及更便宜的价格。在设计上，本文采用硬件同步方法消除了通常频率计算时由于计数器和定时器启停不同步而产生的固有计数误差，从而提高了计算精度。

　　一般而言，湿度测量系统随着使用时间的增加其误差也逐渐加大。所以，为保证测量精度，.通常要对系统进行定期标定。对于有些用户来说，没有专门提供标准激励源的设备，标定过程也相当繁琐，而且标定对电压源漂移和时漂引起的误差无能为力，‘所以湿度测量中自校正技术的研究具有特别重要的意义。测量误差源于传感器和后续测量电路两个环节，本文的讨论针对测量电路。通过在测量电路中增设多基准源并对基准源信息智能化处理，对测量电路的输出数据进行综合实时校正，消除或减少了温漂、时漂、电压源不稳定及测量电路参数发生变化给测量带来的误差。

　　1系统构成

　　如图1所示，C1，C2，…，Cn，为基准电容，C1为高分子膜湿敏电容传感器，测量时，由单片机控制的模拟开关将其中之一接人振荡电路(具体电路见图2)，电容值被转换为频率值。此外，由于高分子湿敏器件在不同的温度环境下其感湿特性曲线也不同，必须补偿温度对传感特性的影响，所以还有一路温度传感。其中R1，，R2，…Rn为基准电阻，R1为热敏电阻，同样，它们其中之一接人振荡电路后，阻值被转换成频率值。频率信号通过光电偶合器件进行光电隔离，信号整形由带斯密特触发的非门完成。8031单片机系统实现频率的　　计算并对基准源信息进行综合数据处理后求得Ct，最后通过存储在EPRoM中的不同温度下的传感器特性曲线数据，结合查表和内插法得到Ct，对应的相对湿度值。

　　2自校正技术原理及其应用

　　2.1自校正技术原理

　在湿敏电容Ct变化范围内，可等距也可根据具体情况不等距设定基准电容。由于系统在很短时间内即完成了多路测量，而温漂、时漂以及电压源的漂移一般是一个非常缓慢的时变过程，所以利用多个基准进行式(2)校正，消除或减少了测量系统由于温漂、时漂、电压源漂移以及电路器件参数变化引起的误差，从而使得测量精度主要取决于基准电容的精度。另一路采用多基准电阻校正温度测量的原理类似，不再赘述。