传感器综合设计实训(论文)说明书-湿敏传感器检测电路.doc

1 编号： 传感器综合设计 实训(论文)说明书 题 目： 湿敏传感器检测电路 院 （系）： 应用科技学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 6 月 23 日 2 摘 要 从湿度测量的原理出发,采用设计了一种以ne555芯片与lm358功放相结合， 用电压表显示，通过其电阻变化规律测得湿度值的检测电路。此电路输出信号 为电压，共由五部分组成：湿敏原件、振荡器、对数变换器、滤波器、放大器。 该设计具有硬件电路相对简单、体积小、可靠性高、反应时间快,受环境影响小、 容易读取、价格低廉等特点；但也存在一定的误差，用电压表输出数值在一定 程度上没有直接用led灯直接显示那么精确。该电路可以在电压输出端进行一定 的扩展，结合51单片机，用led灯直接显示湿度，使精确度更高、更精准。 关键词：湿敏电阻；lm358 运放；ne555 芯片 3 abstract from the principle of the measurement of humidity, the design of a combined with lm358 power amplifier, with the voltmeter shows, through its resistance changes the rules of humidity value detection circuit. this circuit output signal voltage, a total of five for parts: wet sensitive original, oscillator, logarithmic converter, filter, amplifier. this design has the hardware circuit relatively simple, small size, high reliability, the reaction time is fast, environmental influences are small and easy to read, price is low wait for characteristics; but there are certain error, output value with the voltmeter to a certain extent with no direct led display so accurate. this circuit in the output voltage can perform some of the extension, combining 51 scm, with led lights that humidity, make directly precision higher and more accurate. 关闭阅读模式 keywords: wet sensitive resistance; lm358 op-amp; ne555 chip 4 目目 录录 引言3 1 湿度知识介绍4 1.1 湿度定义.4 1.2 湿敏电阻器型号命名及含义.4 1.3 湿敏电阻器结构.4 1.4 湿敏电阻器主要参数.5 1.5 湿敏电阻器的分类.5 2 硬件电路设计5 2.1 湿敏电阻特性5 2.2 电路设计.5 2.3 电路工作原理6 2.4 使用注意事项7 2.5 电路原理图.9 3 实训总结.10 谢 辞11 参考文献12 附 录13 5 引言引言 在工农业生产、气象、环保等部门,经常要对环境湿度进行测量与控制,准 确的测量对于人们的生活至关重要,因此对湿度的测量是工作中必须解决的问题。 由于湿度受大气压强、温度等因素的影响,所以湿度是最难准确测量的一个参数。 传统的湿度测量采用的是干湿球温度计查表算法,这种方法存在着误差大、操作 使用不便等问题。随着湿度传感器朝着集成化、智能化、系统化的方向发展,湿 度测量技术也在不断进步。该设计是采用湿度传感器为核心的一种电压显示湿 度计。 6 1. 湿度知识介绍 1.1湿度定义。 在计量法中规定, 湿度定义为“物象状态的量”。常常用相对湿度、绝对 湿度、露点来表示。日常生活中所指的湿度为相对湿度, 用rh%表示。即气体中 (通常为空气中)所含水蒸气量与其空气相同情况下饱和水蒸气量的百分比。简 单的讲,在一定的气压和温度下当空气中的水蒸气多到不能再多时,水蒸气饱和, 湿度为100%,当一点水蒸气都没有的时候,湿度为0%。 1.2湿敏电阻器的型号命名及含义 湿敏电阻的型号可分为三个部分，第一部分用字母表示主称；第二部分用 字母表示用途或特征；第三部分用数字表示序号，各部分的含义见表2-8。 表 2-8 湿敏电阻器的型号命名及含义 第一部分： 主称 第二部分： 用途或特征 第三部 分：序 号 ms湿敏电阻字母 含 义 用数字或数字与字母混合 表示序号，以区别电阻器的外 形尺寸及性能参数 无通用型 k控制温度用 c测量湿度用 例如： ms01-a（通用型号湿敏电阻器） m敏感电阻器 s湿敏电阻器 01-a序号 1.3 湿敏电阻器的结构 湿敏电阻器结构：一般由基体、电极和感湿层等组成，有的还没有防尘外 壳。 基体：采用聚碳酸酯板、氧化铝、电子陶瓷等不吸水、耐高温的材料制成。 7 感湿层：为微孔型结构，具有电介质特性。 根据感湿层的材料和配方不同可分为“正电阻湿度特性”和“负电阻湿度 特性”。 正电阻湿度特性即湿度增大时，电阻值也增大； 负电阻湿度特性即湿度增大时，电阻值减小。 1.4 湿敏电阻器的主要参数 1）相对湿度：指在某一温度下，空气中所含水蒸气的实际密度与同一温度 下饱和密度之比，通常用“rh”表示。例如20rh 。 2）湿度温度系数（rh/）：指在环境湿度恒定时，湿敏电阻器在温度 每变化1时，其湿度指示的变化量。 3）灵敏度：指湿敏电阻器检测湿度时的分辨率。 4）测湿范围（rh）：指湿敏电阻器的湿度测量范围。 5）湿滞效应：指湿敏电阻器在吸湿和脱湿过程中电气参数表现的滞后现象。 6）响应时间（s）：指湿敏电阻器在湿度检测环境快速变化时，其电阻值 的变化情况。（反应速度）。 1.5 湿敏电阻器的分类 工业上流行的湿敏电阻器主要有 1、半导体陶瓷湿敏元件器 2、氯化锂湿敏电阻器 3、有机高分子膜湿敏电阻器 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水 蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即 可测量湿度。 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有 聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的 介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%rh，这比干湿球测湿精度高。 2.硬件电路设计 8 2.1 湿敏电阻的特性 湿敏电阻的特点是：体积小、重量轻、灵敏度高、测量范围宽（5% 99%）、湿度系数小、响应时间段、使用寿命长。 2.2 电路设计 电路主要组成部分： 湿敏元件 振荡器：有ic1、r1、r2、c1和d1组成，其中r1、r2和c1的数值决定震荡频 率，本电路频率为100hz。 对数变换器：有ic21、d2、d3和d4组成。 滤波器：有r4、c4组成 放大器：有ic22、rp、r5、r6、r7、r8和t1组成 2.3 电路工作原理 本传感器的测量电路由湿敏元件、电源（振荡器）和隔直电容c2组成，湿 敏电阻一般情况下采用交流供电，否则湿度高时将有电泳现象，使阻值产生漂 移。但特殊场合，如工作电流小于10ua，湿度小于60%rh时，测量回路可以使用 直流电源。 由于湿敏电阻的湿度电阻特性韦非线性关系，对数变换器用于修正起非线 性，修正后仍有一定的非线性，但误差小于+-5%rh。输出电路由放大器构成， 输出信号为电压。但是本电路用于测控精度要求不是很高的场合。 2.4 使用注意事项 湿敏电阻抗短波辐射的能力差，不宜在阳光下使用。室外使用时应加百叶 箱式防护罩，否则影响寿命。湿敏电阻一旦被污染可使用无水乙醇或超声波清 洗、烘干。烘干湿度为105度，时间4h，然后重新标定使用。 9 2.5 电路原理图 图 1 基于湿敏电阻器设计的湿度检测电路 10 3.实训总结 实训开始自己拿到题目是：湿敏传感器。刚开始上网搜查了一下相关资料， 发觉网上相关知识点和自己设计的题目不是很符合，所以自己又去图书馆查阅 了传感器的相关书籍，后面确定了，上面的设计方案。 基于湿敏电阻器设计的湿敏检测电路总的来说，在不要求高精度、高准确 度的前提下，实现功能还是比较简单的。但是这个方案没有扩展，只是用电压 显示出湿敏电阻器的变化值，这样很难确认当前湿度是多少。如果在电压输出 端，扩展结合mcs-51单片机和led数码显示管的话，可以快速、准确的读出当前 的湿度值。这是这个方案的主要缺点。根据自己所测数据，与相关曲线对比， 得到了一些对应数据，作为参考。 所采用的湿敏电阻特性： 小片式湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿 范围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、 楼宇自控、医疗、工业控制系统及科研领域等广泛的应用。 技术参数: 特性参数 (at 1khz) 单位：欧姆 工作范围 20-95%rh 0-60 供电电压 1.5v ac(max 正弦波) 工作频率 500hz-2khz 额定功率 0.2mw(max 正弦波) 中心值 (at25 1khz 1v ac 60%rh 正弦波) 31.0k 阻抗范围 (at25 1khz 1v ac 60%rh 正弦波) 19.8-50.2k 湿度检测精度 5%rh 所测数据： 输出电压值（v） 湿敏电阻阻值 （k） 对应湿度（rh） 1.71 45.2 35% 1.65 40.7 39% 1.4835.8 46% 1.2524.5 62% 1.20 22.4 71% 11 谢谢 辞辞 为期两个星期的传感器综合设计实训在紧张而忙碌中结束了，回想起这两 周，感到即累又充实，觉得学到了不少的知识，特别是课本上没有的知识，让 我感触最深的是能够学以致用，让我把学到的知识真正的用到实践中去。 此次的实训是在老师刘洪林老师和王守华老师的精心指导下认真完成的， 各位认真的工作态度给我的印象相当的深刻，虽然天气很热，但却挡不住老师 和同学们的对实训的热情。在整个实训过程中，遇到了很多疑点和难点，这些 问题都在各位老师的耐心指导下一一解决，还有其他同学的热心帮助，使自己 的动手能力有一定的提高，在此向刘老师和王老师表示衷心的感谢，并向其他 老师和同学表示真诚的谢意。 在整个实训过程中，我体会到把自己所学的知识应用到实践中的乐趣，同 时在实践过程中也才知道自己所学的知识还是非常的少，许多东西查阅相关资 料才能会应用。这次实训让我得到很好的锻炼，使自己在各方面得到了一定的 提高，