Ch23_濕度感測器應用線路分析

感測器應用與線路分析
第二十三章濕度感測器應用線路分析
聖約翰科技大學盧明智
產業接軌：資料手冊導讀與應用
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23-1 絕對濕度感測器應用分析
23-2 相對濕度感測器
23-3 結露型濕度感測器
23-4 絕對濕度量測之線路分析
23-5相對濕度量測線路分析
23-6結露型濕度感測器線路分析
感測器應用與線路分析第二十三章濕度感測器應用線路分析
http://www.kson.com.tw/chinese/study_24-8.htm
露點(Dew Point)
當物體表面的溫度低於空氣露點溫度，
而在物體表面凝結細小水滴稱為露，
此過程叫結露
露點溫度(dew point temperature)、
(dewing critical temperature)
1.在0℃以上
2.氣壓和水汽含量不變時
3.空氣中水蒸汽因降低溫度，使空氣達
到水汽飽和，開始發生凝結時的溫度，
叫做“露點溫度。
露
溫度在0℃以上，空氣中多餘的水汽
凝結成水滴附著在地面物體上，這就
是露
霜
露點在0℃以下，水蒸氣則要在地面
物體的表面上直接凝結成水冰粒，這
即是霜點(Frost Point)。
霧
空氣溫度低於露點溫度而使空氣
的水蒸氣凝結成
細小水滴稱為霧。
雪
露點低於０度，則空氣中的水蒸
氣將在塵埃上
直接凝結成雪。
絕對濕度(absolute humidity)
指單位體積(1m^3)空氣中實際所
含的水蒸氣的重量(g)，單位為
g/m^3。
相對濕度(relative humidity)
[%R.H.]
空氣中的實際水汽壓與同溫度下
的飽和水汽壓的百分比。
透過乾濕球法所得也是相對濕度
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濕度的定義：
溫度、濕度定義及測量方法
相對濕度(％RH)－空氣中水氣壓力與飽和水
氣壓力的百分比。
。絶對濕度(Dv)－又稱為水汽濃度或水汽密度。
指單位容積內水汽的重量，其單位是
克／立方公尺；這也就是密度單位。
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23-1 絕對濕度感測器應用分析
於未做濕度量測時，在乾燥的
空氣中(0g/m3)，以15VDC做為
驅動電壓，並設定RS限流電阻，
使其電流為40mA。則熱敏電阻
將達200℃的溫度，並達到溫
度補償的效果，使得電橋平衡，
則輸出為0V。若把該濕度感測
器罩於氣體中量測時，密閉乾
燥空氣室中的熱敏電阻，並沒
有和水蒸氣接觸。而開口氣室
中的熱敏電阻，將和水氣直接
接觸，而造成其表面溫度的變
化。進而使感測部份R1的阻值
變化，則電橋將失去平衡，
VO≠0，而是有一定電壓輸出，
用以代表其濕度的大小。
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表23-2說明了HS-5可操作於高溫的
情況，其量測範圍在0~130g/m3。而
其中的啟始穩定時間和反應時間，
於使用時，必須稍加留意，以免所
得到的數據都是錯誤值。該產品亦
已被模組化，且經原廠調校。
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23-2 相對濕度感測器
HS 1100
SHT21SHT71
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表23-2提供許多使用相對濕度感測器應注意的事項。
(1)相對濕度感測器絕大多數均使用交流電壓驅動，其頻率約從數拾Hz到數百KHz‘
依產品而異。目前NH-3為50Hz~1KHz。
(2)濕度感測器是一種脆弱的元件，其驅動電壓一般都不大，請小心使用，
或於電路上加限壓截波處理。
(3)濕度感測器於量測時，為求得正確阻抗的變化，必須有一段約
數拾秒到數百秒的反應時間。NH-3為180~240秒。所以在確定濕度讀數的時候，
請留意量測時間是否足夠。
(4)對NH-3而言，能夠直接以靈敏度標示其特性。代表它有不錯的線性關係。
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1.H204C H204C只提供了一個陶瓷濕度感測部份，它沒有做非線
性修整和溫度補償。其特性曲線如圖23-13~圖23-16。
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HS 1100
HS 1100
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• 電容隨物理量大小改變的轉換電路，大都不使用電容值的量測，而是採用振
盪頻率改變法。也就是把感測元件當成一個RC振盪電路中的電容(C)，當C隨
物理量(濕度)而改變的時候，振盪頻率也跟著改變，我們就能以頻率的大小，
代表物理量的大小了。若再把頻率經F/VC轉換成電壓，最後還是可以用電壓
大小，代表濕度的高低。HS 1100電容變化型相對濕度感測器的轉換方法整理
如下圖23-17。
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23-3 結露型濕度感測器
結露型濕度感測器，主要是用來警告空氣中的水蒸氣已進入飽和狀態。在
已進入飽和狀能的水蒸氣，若遇有較低的溫度，將於低溫界菌(物體)上，
凝結成水滴，稱之為結露現象。所以結露感測器與一般濕度感測器的功用
與特性並不相同。我們希望濕度量測時，濕度變化與輸出(阻抗變化或電壓
或電容的變化)能有線性關係。而結露型感測器，最好是濕度在80%RH以下
時，對濕度沒有反應，而85%~90%RH時，能有快速的變化，以便及時警告。
露：溫度在0℃以上，
空氣中多餘的水汽凝結
成水滴附著在地面物體上
，這就是露
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23-4 絕對濕度量測之線路分析
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23-5相對濕度量測線路分析
使用濕度感測器必須留意的事項：
(1)必須使用交流電壓驅動，避免用到直流電壓。
(2)功率損耗必須在額定規格以內。
(3)避免滴到水或泡入水中。
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Wien bridge oscillator
是利用電阻與電容
作為迴授的一種
電橋型振盪器，
振盪器分析(OP1)
(R5，C1),(R6，C2)：組成回授網路，用以
決定振盪頻率的大小。其振盪頻率fo為
請參閱全華02470-01
OP AMP ＋實驗模擬
9-3韋恩電橋正弦波產生器
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請參閱全華02470-01
6-4精密全波整流
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請參閱全華02470-01
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請參閱全華02470-01
請參閱全華02470-01
9-3韋恩電橋正弦波產生器
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23-6結露型濕度感測器線路分析
已知結露型濕度感測器主要用於警告水蒸氣接近飽和，並且快達結露狀
態。所以一般結露型感測器，都被用來當定點濕度的警示，所以一般分
壓法就足夠當做結露型感測器的轉換電路。
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1.負臨界結露型濕度偵測線路分析
。
各元件功能說明：
(1)R1，R2：限流降壓
(2)D1,D2：當做穩壓二極體使用。
(3)R3，R4：為HOS-003的負載電阻，與之構成分壓法的轉換電路。
(4)OP1：當做電壓比較器，其中為使OP1具有微少磁滯比較的特性，用以減少雜訊干擾。
(5)R6：因目前OP1為LM311，為集極開路輸出，所以必須外接一個電阻R6到VCC。
(6)R7：Q1的RB用以限制Q1的IB大小，
(7)Q1，B，D4：輸出警報電路，Q1當開關，受OP1控制，B為12VDC的警報蜂鳴器。D3用
以保護Q1。
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2.正臨界結露型濕度偵測線路分析
(1)當濕度小於75%RH時：
HOS-103的阻抗Rs小於10KΩ，則A
點最大電壓VA(min)
(2)當濕度上升到85%RH時：
濕度增加，HOS-103的阻抗變大，
若85%RH時，Rs=160kΩ，且若
此已被調在R4=100kΩ，則
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