湿度传感器测量电路的设计原理解析

（一）检测电路的选择

1、电源选择

一切电阻式湿度传感器都必须使用交流电源，否则性能会劣化甚至失效。

电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的，在直流电源作用下，正、负离子必然向电源两极运动，产生电解作用，使感湿层变薄甚至被破坏；在交流电源作用下，正负离子往返运动，不会产生电解作用，感湿膜不会被破坏。

交流电源的频率选择是，在不产生正、负离子定向积累情况下尽可能低一些。在高频情况下，测试引线的容抗明显下降，会把湿敏电阻短路。另外，湿敏膜在高频下也会产生集肤效应，阻值发生变化，影响到测湿灵敏度和准确性。

2．温度补偿

湿度传感器具有正或负的温度系数，其温度系数大小不一，工作温区有宽有窄。所以要考虑温度补偿问题。

对于半导体陶瓷传感器，其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系，通常其温度关系属于NTC型，即

H：相对湿度； T：绝对温度；

R0：在T=0℃相对湿度H=0时的阻值；

A：湿度常数；B：温度常数。

温度系数＝ 湿度系数＝

湿度温度系数＝

若传感器的湿度温度系数为0.07％RH/℃，工作温度差为30℃，测量误差为0.21％RH/℃，则不必考虑温度补偿；若湿度温度系数为0.4％RH/℃，则引起12％RH/℃的误差，必须进行温度补偿。

3．线性化

湿度传感器的感湿特征量与相对湿度之间的关系不是线性的，这给湿度的测量、控制和补偿带来了困难。需要通过一种变换使感湿特征量与相对湿度之间的关系线性化。下图为湿度传感器测量电路原理框图。

湿度传感器测量电路原理框图

（二）典型电路

电阻式湿度传感器，其测量电路主要有两种形式：

1．电桥电路

振荡器对电路提供交流电源。电桥的一臂为湿度传感器，由于湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化，于是电桥失去平衡，产生信号输出，放大器可把不平衡信号加以放大，整流器将交流信号变成直流信号，由直流毫安表显示。振荡器和放大器都由9V直流电源供给。电桥法适合于氯化锂湿度传感器。

便携式湿度计的实际电路

2．欧姆定律电路

此电路适用于可以流经较大电流的陶瓷湿度传感器。由于测湿电路可以获得较强信号，故可以省去电桥和放大器，可以用市电作为电源，只要用降压变压器即可。其电路图如图。

3．带温度补偿的湿度测量电路

在实际应用中，需要同时考虑对湿度传感器进行线性处理和温度补偿，常常采用运算放大器构成湿度测量电路。下图为湿度测量电路中Rt是热敏电阻器（20kΩ， B=4100K）；RH为H204C湿度传感器，运算放大器型号为LM2904。该电路的湿度电压特性及温度特性表明：在（30％～90％）RH、 15℃～35℃范围内，输出电压表示的湿度误差不超过3％RH。