目前,國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型),Humirel公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型),Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。這些產品可分成以下三種類型:
線性電壓輸出式集成濕度傳感器
典型產品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點是采用恒壓供電,內置放大電路,能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號,響應速度快,重復性好,抗污染能力強。
線性頻率輸出集成濕度傳感器
典型產品為HF3223型。它采用模塊式結構,屬于頻率輸出式集成濕度傳感器,在55%RH時的輸出頻率為8750Hz(型值),當相對濕度從10%變化到95%時,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、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。
頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器
典型產品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外,還增加了溫度信號輸出端,利用負溫度系數(NTC)熱敏電阻作為溫度傳感器。當環境溫度變化時,其電阻值也相應改變并且從NTC端引出,配上二次儀表即可測量出溫度值。
單片智能化濕度/溫度傳感器
2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化濕度/溫度傳感器,其外形尺寸僅為7.6(mm)×5(mm)×2.5(mm),體積與火柴頭相近。出廠前,每只傳感器都在溫度室中做過精密標準,標準系數被編成相應的程序存入校準存儲器中,在測量過程中可對相對濕度進行自動校準。它們不僅能準確測量相對溫度,還能測量溫度和露點。測量相對溫度的范圍是0~100%,分辨力達0.03%RH,最高精度為±2%RH。測量溫度的范圍是-40℃~+123.8℃,分辨力為0.01℃。測量露點的精度<±1℃。在測量濕度、溫度時A/D轉換器的位數分別可達12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率,減小芯片的功耗。SHT11/15的產品互換性好,響應速度快,抗干擾能力強,不需要外部元件,適配各種單片機,可廣泛用于醫療設備及溫度/濕度調節系統中。
芯片內部包含相對濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器(E2PROM)、易失存儲器(RAM)是、狀態寄存器、循環冗余校驗碼(CRC)寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號,然后經過放大,分別送至A/D轉換器進行模/數轉換、校準和糾錯,最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至μC。鑒于SHT11/15輸出的相對濕度讀數值與被測相對濕度呈非線性關系,為獲得相對濕度的準確數據,必須利用μC對讀數值進行非線性補償。此外當環境溫度TA≠+25℃時,還需要對相對濕度傳感器進行溫度補償。
芯片內部有一個加熱器。將狀態寄存器的第2位置“1”時該加熱器接通電源,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)。使用加熱器可實現以下三種功能:①通過比較加熱前后測出的相對濕度值及溫度值,可確定傳感器是否正常工作;②在潮濕環境下使用加熱器,可避免傳感器凝露;③測量露點時也需要使用加熱器。
露點也是濕度測量中的一個重要參數,它表示在水汽冷卻過程中最初發生結露的溫度。為了計算露點,Sensirion公司還向用戶提供一個測量露點的程序“SHT xdp.bsx”。利用該程序可以控制內部加熱器的通、斷,再根據所測得的溫度值及相對濕度值計算出露點。在命令響應界面上運行此程序時,計算機屏幕上就顯示提示符“>”。用戶首先從鍵盤上輸入字母“S”,然后輸入相應的數字,即可獲得下述結果:
輸入數字“1”時,測量并顯示出攝氏溫度dgC=xx.x;
輸入數字“2”時,測量并顯示出相對濕度%RH=xx.x;
輸入數字“3”時,打開加熱器,使傳感器溫度升高5℃;
輸入數字“4”時,關閉加熱器,使傳感器降溫;
輸入數字“5”時,顯示露點溫度dpC=xx.x。