基于HS1101 的濕度傳感器及其變送器的設計

1引言

濕度傳感器是根據某種物質從其周圍空氣中吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，從而獲得該物質的吸水量和周圍空氣的濕度。

濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產品的基本形式都是在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質常數發生很大的變化，從而制成濕敏元件。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，由于它具有靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。但電阻對溫度的敏感因而限制了器件在較大溫度范圍內的應用，因而電容濕度傳感器越來越受到重視。

2 濕敏元件及變送器芯片特性

目前， 生產濕敏電容的主要廠家是法國Humirel 公司。它生產的HS1101 測量范圍是0%～100%RH，電容量由162PF 變到200PF，其誤差不大于±2%RH;響應時間小于5S;濕度系數為0.34PF/℃;年漂移量0.5%RH/年，長期穩定。圖1 為HS1101 濕敏電容的濕度-電容響應曲線。

濕度變送器采用了美國 BB 公司生產的XTR105芯片，該變送器具有以下特點：

a 工作范圍寬;

b 測量精度高;

c 電路簡單;

d 可靠性好，使用壽命長;

e 抗干擾能力強;

f 工作溫度范圍寬(-40～+85℃)

3 濕度測量電路

HS1101在電路中相當于一個電容器件，它的電容量隨著所測空氣濕度的增加而增大，為了能將電容的變化轉換成電壓的變化，我們設計了振蕩電路、消除零點電容影響電路、整流電路、積分電路、電壓—電流轉換電路、放大電路等，其工作原理簡圖如圖2 所示。