Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2008 год

Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2008 год Новые емкостные датчики влажности Андрей Еманов (КОМПЭЛ)

Представляем новую серию емкостных датчиков влажности HCH-1000 компании Honeywell. Использование этой серии дает разработчику дополнительную гибкость в проектировании устройств контроля относительной влажности в помещениях и в различных технологических процессах, и вместе с тем позволяет снизить стоимость конечного измерительного изделия.

Новая серия датчиков влажности HCH-1000 отличается от ранее предлагаемых датчиков прежде всего функциональной простотой. Это, по сути, двухвыводной преобразователь относительной влажности в емкость (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Новые емкостные датчики компании Honeywell серии HCH-1000

Емкостные датчики влажности в настоящее время получили наибольшее распространение в индустриальной, метеорологической и бытовой аппаратуре, благодаря ряду преимуществ перед резистивными и термическими датчиками. Такие датчики производятся, соответственно, по емкостной технологии, которая обеспечивает максимальную температурную и долговременную стабильность параметров, высокую чувствительность, низкий гистерезис и время отклика, а также полное восстановление характеристики после воздействия конденсата. Вместе с этим, благодаря использованию при производстве «поставленных на поток» современных микроэлектронных технологий, датчики имею очень низкую стоимость.

Новые датчики HCH-1000 состоят из перфорированного верхнего электрода, полиимидного диэлектрического слоя, нижнего сплошного электрода и электрических выводов. Вся конструкция смонтирована на стеклянной подложке и образует конденсатор. Пары влаги, адсорбирующиеся в полиимидном слое, меняют его диэлектрическую проницаемость, что влечет за собой изменение емкости. Изменение величины диэлектрической проницаемости от накопленной в диэлектрике влаги практически линейно. Соответственно близка к линейной и характеристика емкость-влажность (рис. 2.).

 

 

Рис. 2. Типовая характеристика преобразования датчика HCH-1000 (а) и рабочая область (б)

На данный момент доступны две модели датчиков HCH-1000-001 и HCH-1000-002. Вторая отличается от первой лишь наличием пластикового чехла, защищающего ее от пыли и грязи (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Конструктивное исполнение датчиков серии HCH-1000

Основные технические характеристики датчиков HCH-1000 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики HCH-1000 при t = 25°C, Uвх = 1,0 В, F = 1 кГц Параметр Мин. Тип. Макс. Примечание Нормальная емкость, пФ 310 330 350 при 55%RH Чувствительность, пФ/%RH 0,55 0,6 0,65 10%RH...95%RH Гистерезис по влажности, %RH - ±2,0 - - Нелинейность, %RH - ±2,0 - - Время отклика, сек - 15 - 30%RH...90%RH Температурный коэффициент, пФ/°С 0,15 0,16 0,17 5°С...70°С Долговременная стабильность, %RH/год - 0,2 - - Диапазон рабочих температур, °С -40 - 120 - Диапазон измерения влажности, %RH 0 - 100 - Частотный диапазон, кГц 1,0 - 100 -

Характеристика преобразования датчика HCH-1000 определяется следующей формулой:

где

S - чувствительность (пФ/%RH),СC - расчетная емкость датчика, соответствующая измеряемой влажности,CS(55%RH) - нормальная емкость датчика при 55%RH,%RH(CM) - измеряемая влажность,%RH(CS)] - стандартная влажность.

Величина измеряемой относительной влажности в процентах вычисляется по формуле:

Измеряя величину CM(%RH), получаем значение относительной влажности.

На практике измерение емкости производится за счет подачи сигнала возбуждения на электроды датчика. Изменение емкости датчика преобразуется в изменение напряжения, тока, частоты или ширины импульсов. Существует несколько типичных методов измерения емкости.

Первый, или «прямой», метод подразумевает заряд конденсатора от источника тока в течение определенного времени и затем измерение напряжения на конденсаторе. Этот метод требует наличия прецизионного источника очень маленького тока и высокоимпедансного входа измерения напряжения.

Второй метод подразумевает использование измеряемой емкости в качестве времязадающей цепочки RC-генераторе с последующим измерением постоянной времени, частоты или периода. Этот метод прост (рис. 4), но обычно не обеспечивает высокой точности.

 

 

Рис. 4. Простой преобразователь емкость-напряжение на основе популярного таймера TLC555

Третий метод заключается в измерении импеданса конденсатора на переменном токе. Источник синусоидального сигнала подключается к конденсатору, и при этом измеряются напряжение и ток через конденсатор. Однако такая схема очень сложна и состоит из многих компонентов.

Четвертый, наиболее распространенный, метод измерения емкости прецизионного датчика с малой величиной емкости заключается в применении зарядового усилителя, который преобразует соотношение измеряемой и опорной емкостей в сигнал напряжения. Такая схема поставляется в виде специализированных микросхем и подходит для некоторых систем при больших объемах производства.

Во всех описанных методиках емкость сначала преобразуется в напряжение, которое затем преобразуется в цифровой код при помощи прецизионного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.