近年來，國(guó)內(nèi)外在溫濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。溫濕度傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。

　　1 濕敏元件的特性

　　濕敏元件是蕞簡(jiǎn)單的溫濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。

　　1.1 濕敏電阻

　　濕敏電阻的特點(diǎn)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(shí)，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(cè)量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。

　　1.2 濕敏電容

　　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(shí)，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(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國(guó)外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測(cè)量范圍是(1%～99%)RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF(典型值)。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pF～202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/℃，濕度滯后量為±1.5%，響應(yīng)時(shí)間為5s。

　　除電阻式、電容式濕敏元件之外，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頻率)、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，溫濕度傳感器原理元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　2 集成溫濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類

　　目前，國(guó)外生產(chǎn)集成溫濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型)，Humirel公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型)，Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：

　　2.1 線性電壓輸出式集成溫濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。

　　2.2 線性頻率輸出集成溫濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成溫濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz(型值)，當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.3 頻率/溫度輸出式集成溫濕度傳感器

　　典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。

　　3 單片智能化溫度/溫度傳感器

　　芯片內(nèi)部包含相對(duì)溫濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器(E2PROM)、易失存儲(chǔ)器(RAM)是、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。其測(cè)量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，蕞后通過二線串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至μC。鑒于SHT11/15輸出的相對(duì)濕度讀數(shù)值與被測(cè)相對(duì)濕度呈非線性關(guān)系，為獲得相對(duì)濕度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須利用μC對(duì)讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償。此外當(dāng)環(huán)境溫度TA≠ 25℃時(shí)，還需要對(duì)相對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　芯片內(nèi)部有一個(gè)加熱器。將狀態(tài)寄存器的第2位置“1”時(shí)該加熱器接通電源，可使傳感器的溫度大約升高5℃，電源電流亦增加8mA(采用 5V電源)。使用加熱器可實(shí)現(xiàn)以下三種功能：①通過比較加熱前后測(cè)出的相對(duì)濕度值及溫度值，可確定傳感器是否正常工作;②在潮濕環(huán)境下使用加熱器，可避免傳感器凝露;③測(cè)量露點(diǎn)時(shí)也需要使用加熱器。

　　4 集成溫濕度傳感器典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)

　　集成溫濕度傳感器典型產(chǎn)品的主要標(biāo)詳見表1。由表可見，集成溫濕度傳感器的測(cè)量范圍一般可達(dá)到0～100%。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測(cè)量范圍限制為10%～95%。設(shè)計(jì) 3.3V低壓供電的濕度/溫度測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可選用SHT11、SHT15傳感器。這種傳感器在測(cè)量階段的工作電流為550μA，平均工作電流為28μA(12位)或2μA(8位)。上電時(shí)默認(rèn)為休眠模式(Sleep Mode)，電源電流僅為0.3μA(典型值)。測(cè)量完畢只要沒有新的命令，就自動(dòng)返回休眠模式，能使芯片功耗降至蕞低。此外，它們還具有低電壓檢測(cè)功能。當(dāng)電源電壓低于 2.45V±0.1V時(shí)，狀態(tài)寄存器的第6位立即更新，使芯片不工作，從而起到了保護(hù)作用。

　　以上便是溫濕度傳感器原理的介紹，溫濕度傳感器的應(yīng)用使得工業(yè)上許多工作都變得十分方便，相信溫濕度傳感器的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。