温湿度传感器通常采用温、湿一体化的探测器,采集温度、湿度,然后进行稳压滤波、运算放大、非线性校正、 V/I转换、恒流和逆变保护等电路的处理,然后将其转换为与温度、湿度呈线性关系的电流或电压信号,或者直接由主控芯片进行通讯接口的485、232、I2C、 SPI等通讯接口的输出。从电路图上可以看出,温湿度传感器的结构非常简单,只需要供电 VCC和 GND就可以了。
应用
1.随着生活条件的改善,人们对居住环境的需求越来越大,市场上的电子钟、家用加湿机、温湿度仪等都安装了温度和湿度传感器,可以让居住的环境变得更加舒适。2.工业上的典型应用是使用温度、湿度传感器对湿凝土进行实时、精确的记录,从而为工程提供可靠的资料。随着科技的飞速发展,温度、湿度传感器的应用也日益广泛。
3.农业畜牧业、畜牧业尤其是某些经济作物的生产,若要测定温度、湿度对幼苗的生长有何影响,则必须采用温湿度传感器进行监测,以达到最大的经济效益。
4.档案、文物管理在高低温、高湿、高湿的环境下,纸张容易变脆或湿,容易造成档案文物的损伤,造成各种科研工作的不便,而温、湿度传感器的使用,解决了过去繁琐的温湿记录工作,为档案和文物的保存节省了费用。在使用时,假定温度和湿度计的测量精度是±0.3摄氏度,但是当产品真正使用时,许多工程师都会发现,这个偏差超过了±2摄氏度。他的线路没有问题,他的软件也是最常见的通讯接口,他的测试非常准确,但是当他把所有的零件都组装起来的时候,他的数据就出现了无法理解的偏差。
事实上,温湿度传感器的测量精度,除了与其自身的精度有关,还与整个系统的设计有关。完全的接触环境温度和湿度传感器必须与周围的环境保持足够的接触,也就是说,它的外部开口要与周围的环境保持良好的联系,这样,它就能与外部的空气进行充分的交流。
如果有足够的空间,他甚至可以制造出一种可以让空气流动的东西。
在与机箱的距离内,应尽可能减少与机箱之间的空隙,包括机箱附近是否存在阻碍空气流动的死区,较小的死区空间保证了传感器对环境的快速响应。
导热分离工艺中产生的温度偏差是由热源引起的,而湿度偏差是由反应速度慢和温度偏差引起的。热源附近的热量会使传感器的温度上升,但由于相对湿度与温度的关系,每个温度的变化都会引起湿度的变化,在90% RH时,如果有1℃的偏差,则会造成5%的湿度偏差。采用物理挡板结构,可以在某种程度上隔离传感器和热源。
同时最大限度地减少热源经过挡墙的传热,尽可能地为热源提供一个通道,从根本上减少热量的损失。
在印刷电路板上,传热通路可以采用开槽的形式实现。
通过减少 PCB的热传导,可以减少传热。
采用柔性 FPC实现了传递距离和面积的减小;
恶劣环境处理为实现快速的温湿度响应,传感器应与环境的热耦合应尽可能强,而与外壳或PCB的热耦合应尽可能弱。除此之外,在有些恶劣的环境中,如灰尘、水滴、腐蚀性物质等的影响则需要进行一定的防范考虑。
1.灰尘附着在传感器感湿层表面的灰尘会堵住感湿层上面的透气孔,水分子更难进入,导致湿度精度受到影响。该环境下需要使用防尘级别的过滤膜保护传感器。
2.水滴水滴进入传感器内部可能会造成传感器短路,另外也会导致传感器的湿度长期饱和。该环境下需要使用防水级别的过滤膜保护传感器。在使用过滤膜的设计中,空气交换也会减少,反应时间可能会变慢,此时设计当中传感器与外壳的死区体积、孔径大小设计则更为关键。有些厂家的温湿度传感器会根据过滤膜的应用环境开发传感器匹配的过滤膜,以此可以缩小设计时的死区体积,能更快速获取响应时间。
3.腐蚀性环境传感器应尽量避免腐蚀性环境的使用,在使用三防漆喷涂传感器的焊盘时务必保证传感器的感应部位不可被喷涂。在不可避免会被腐蚀性环境影响导致偏差的应用中,应该将传感器设计成可更换类型的,由此在一定的使用时间或读数误差较大时可定期更换传感器。生产加工生产过程中回流焊或手工焊接的高温可能会损坏传感器,因此工程生产时务必严格按照厂家的要求进行。如下图的焊接曲线,其中Tp≤260℃,tp<30s,TL<22℃,tL<150s,焊接时温度上升和下降的速度小于5℃/s。
在回流焊焊接后,为保证传感器聚合物的重新水合,应将传感器放置在>75%RH的环境下存放至少24小时,或者将传感器放置在自然环境(>40%RH)下5天以上,使用低温回流焊(如180℃)可减少水合时间。为避免焊接后冲洗电路板影响传感器,建议使用“免洗”型焊锡膏。在使用烙铁焊接或使用热风枪时需要防止助焊剂、松香等物质溅入传感器内部。