溫濕度傳感器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

蘇枳赫*

（桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院，廣西桂林，541004）

引言

工作或生活場(chǎng)所所處的局部氣候條件一直以來(lái)都直接或間接的影響人的情緒[1]，其中溫度和濕度對(duì)人的影響程度最大。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的生活水平逐漸的提升，對(duì)實(shí)用性能高和物美價(jià)廉的溫濕度監(jiān)督檢測(cè)裝置產(chǎn)生了需要，促進(jìn)了社會(huì)對(duì)溫濕度監(jiān)督檢測(cè)裝置的研究和不斷探索。本文主要講述了目前人們對(duì)溫濕度傳感器的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。

1 濕度傳感器的研究現(xiàn)狀

1.1 濕度傳感器的發(fā)展歷程

進(jìn)入21世紀(jì)尤其是我國(guó)加入WTO以后，很多物品都將面對(duì)著巨大的挑戰(zhàn)，優(yōu)勝劣汰。各行各業(yè)尤其是一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，他們都緊急迫切的需要一些先進(jìn)技術(shù)和自身原有技術(shù)相結(jié)合，來(lái)提升自己以便在競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的社會(huì)找到自己的一席之地。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,許多有見(jiàn)解的農(nóng)民也意識(shí)到要擺脫落后的生產(chǎn)技術(shù)，使用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合優(yōu)化自身，以便對(duì)抗目前進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品帶來(lái)的挑戰(zhàn)。全國(guó)各地的農(nóng)民已經(jīng)學(xué)會(huì)了建大棚，生產(chǎn)不是當(dāng)季節(jié)應(yīng)該種植的產(chǎn)品，減少了氣候條件對(duì)產(chǎn)品種植的影響。正所謂有了需求便有了進(jìn)步。我們國(guó)家現(xiàn)已經(jīng)從國(guó)外引進(jìn)了很多先進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)化程度相對(duì)于國(guó)內(nèi)程度較高，還學(xué)習(xí)吸收國(guó)外對(duì)相關(guān)溫濕度監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)的研究，不斷深入探索。此外農(nóng)產(chǎn)品的大量?jī)?chǔ)備，也對(duì)溫濕度監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)提出了要求。

現(xiàn)在有很多濕敏元件性能還不夠完善，能適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境還不是很多。濕敏元件主要分為電阻式和電容式兩大類(lèi)[2]。其中電阻式濕度傳感器在濕度監(jiān)控測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用是最為廣泛。[3]

1.2 濕度監(jiān)測(cè)常用的傳感器

HIH3605/3610是一種線性電壓輸出式集成濕度傳感器，可以通過(guò)輸出的伏特級(jí)電壓信號(hào)來(lái)反映出相對(duì)濕度，反應(yīng)速度靈敏。

HF3223是一種線性頻率輸出式集成濕度傳感器，通過(guò)改變輸出頻率來(lái)顯示出相對(duì)濕度的變化。

SHT11、SHT15既可以準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度又可以測(cè)量出溫度、露點(diǎn)。適用于多種類(lèi)型的單片機(jī)，在溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。

DHT11是一種溫濕度復(fù)合式傳感器，既可以測(cè)量溫度又可以測(cè)量濕度，是數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。其通過(guò)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)來(lái)進(jìn)行傳輸。該傳感器具有較高的穩(wěn)定性。

2 溫度傳感器領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

2.1 溫度傳感器領(lǐng)域取得的成果

對(duì)于溫度大小的測(cè)量，目前國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家都取得了顯著的成果,并且溫度傳感器的使用位居所有傳感器的首位，在醫(yī)學(xué)、建筑、化學(xué)工業(yè)、重工業(yè)、海洋、氣象、防災(zāi)、交通等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)研制出電阻溫度計(jì)25歐標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),電橋分辨率為0.00002℃。我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率略低于美國(guó)。中國(guó)航天工業(yè)總公司702制備出的5901，響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了甚至小于0.013s。NTC、熱電偶可以在高于15000℃的情況下使用。[4-5]

2.2 溫度監(jiān)測(cè)常用的傳感器

DS18B20是一種在封裝后可以根據(jù)其所需應(yīng)用的場(chǎng)合環(huán)境的不同來(lái)改變自身外觀外形的溫度監(jiān)測(cè)傳感器，使用操作方便，封裝方式多樣化、體積小、自身結(jié)實(shí)耐用等，這些優(yōu)點(diǎn)使它適用于各種各樣的狹小空間的設(shè)備數(shù)字監(jiān)測(cè)和控制。

日本研究制作出了低溫溫度計(jì)，可以在產(chǎn)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)移的特定溫度下進(jìn)行自我修正，極大的減小了誤差，提高靈敏度。輻射式溫度測(cè)量計(jì)是一種不需要接觸就可以測(cè)量溫度大小的傳感器，可以根據(jù)物體在不同溫度情況下輻射出的能量大小的不同，來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，但在低溫測(cè)量下仍存在著弊端，所以輻射式溫度測(cè)量計(jì)在低溫環(huán)境下應(yīng)用也相對(duì)較少一些。

俄羅斯制作出一種原理為聲速在不同溫度下通過(guò)氣體的速度不同來(lái)反映出溫度大小的電聲氣體溫度計(jì)。

3 溫濕度傳感器的發(fā)展方向

近年來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的不斷發(fā)展，很多移動(dòng)設(shè)備內(nèi)置的微機(jī)電系統(tǒng)所占的比例也越來(lái)越大，對(duì)傳感器的需求在逐漸增大，對(duì)傳感器的要求也在逐漸提高。

盛斯銳公司是一家總部位于瑞士的研制傳感器的公司。每年傳感器的出貨量已經(jīng)超過(guò)了幾千萬(wàn)片，全球業(yè)務(wù)每年都在大幅增長(zhǎng)。他們公司早在2009年就已經(jīng)推出了SHT21，SHT21是當(dāng)時(shí)在世界上最小的數(shù)字濕度與溫度傳感器，引起了廣泛關(guān)注，對(duì)于傳感器的研制一直處于世界領(lǐng)先地位。研制的傳感器在中國(guó)市場(chǎng)主要應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，如安防監(jiān)控，節(jié)能環(huán)保家電等。產(chǎn)品一直都很人性化，舒適度是重點(diǎn)考慮的元素之一。八年前進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，他們一直在研制推廣溫濕度傳感器，通過(guò)宣傳手段讓用戶(hù)不再只關(guān)注溫度大小對(duì)舒適度的影響，讓用戶(hù)明白舒適感是由溫度和濕度結(jié)合一起來(lái)控制的。

溫濕度傳感器是電子技術(shù)和物理化學(xué)原理相結(jié)合的產(chǎn)物，主要由硬件與標(biāo)定兩個(gè)因素控制，標(biāo)定一般來(lái)說(shuō)只有在出貨量大，可以產(chǎn)生大規(guī)模數(shù)據(jù)來(lái)方便進(jìn)行測(cè)試，從而保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和精確度，但是有很多小型的廠商，由于產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量較少，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和精確度也當(dāng)然相對(duì)較差一些了。

溫濕度傳感器作為一種復(fù)合式產(chǎn)品，主要分為兩大類(lèi)，電阻式和電容式，電容式比電阻式精確度較高，感應(yīng)速度也較快，但是在水分的侵蝕下容易氧化，這個(gè)問(wèn)題在研究克服。

目前我們新的發(fā)展方向：一如何將溫濕度傳感器和手機(jī)相結(jié)合，二 市場(chǎng)銷(xiāo)售方面如何將溫濕度傳感器提供的溫濕度參數(shù)成為手機(jī)用戶(hù)的有利信息。現(xiàn)在總部位于瑞士的深圳盛斯銳公司的總經(jīng)理Paul Chia也走訪了國(guó)內(nèi)外很多家大型企業(yè)公司準(zhǔn)備合作，增加Windows8、Android4.0來(lái)對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行API支持，同時(shí)在此基礎(chǔ)上也會(huì)努力開(kāi)發(fā)出大量的應(yīng)用軟件，當(dāng)然以后也會(huì)更加完善，以增加消費(fèi)者對(duì)于與溫濕度傳感器結(jié)合類(lèi)手機(jī)的購(gòu)買(mǎi)興趣。當(dāng)然針對(duì)于市場(chǎng)需求我們也會(huì)努力降低成本，爭(zhēng)取做到物美價(jià)廉。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在針對(duì)于濕度溫度大小的測(cè)量方式有很多,現(xiàn)在的技術(shù)水平在一些正常情況下進(jìn)行監(jiān)督測(cè)量都基本沒(méi)有問(wèn)題，但是在一些特殊環(huán)境下，比如溫度過(guò)高或過(guò)低、水中測(cè)量、高腐蝕環(huán)境中測(cè)量、生物體內(nèi)溫濕度、大空間濕度分布、在電磁干擾條件下溫濕度的測(cè)量，我們?nèi)栽跍y(cè)量方面存在著一些問(wèn)題，結(jié)果仍會(huì)存在著些許誤差，我們想要獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果，需要對(duì)被測(cè)環(huán)境進(jìn)行考察了解，并熟悉各種材質(zhì)的溫濕度傳感器所適合的測(cè)量環(huán)境以及各種測(cè)量方法的好處和特點(diǎn)。當(dāng)然，與此同時(shí)，還要不斷努力探索研究出新的應(yīng)用范圍更加廣泛，更加完善的溫濕度傳感器。

[1] 郭伏, 錢(qián)省三. 人因工程學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.

[2] 周永麗,CMOS兼容的MEMS濕度傳感器研究,2013.

[3] 沈敏，食用菌工廠菇房?jī)?nèi)環(huán)境的模擬驗(yàn)證與優(yōu)化研究，2016.

[4] 金敏，多通道溫濕度采集系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，貴陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012.

[5] 蔡立晶，李文勇，簡(jiǎn)單穩(wěn)定多路溫濕度巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.