專利名稱：高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)中的濕度傳感器，特別是一種高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器。
但是，作為高空氣象探測(cè)儀器的探空儀是一次性使用儀器，要求成本低，但其環(huán)境要求又很高，溫度范圍為+50～-90℃，因此，要采用電容式濕度傳感器首先要解決以下兩大難點(diǎn)1.探空儀在使用時(shí)濕度感應(yīng)元件是暴露在機(jī)體外的，引入機(jī)體的導(dǎo)線很長(zhǎng)，這樣一來，導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容以及線路本身的分布電容將會(huì)影響濕度傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
2.目前市場(chǎng)上濕度感應(yīng)元件的使用溫度范圍為-40℃～+50℃，低于-40℃測(cè)量性能將大大降低，而探空儀使用溫度范圍最低要達(dá)-90℃。如果硬是要求濕度感應(yīng)元件達(dá)到-90℃要求，則其制作工藝將非常復(fù)雜，成本大大提高，是不可取的。
在國(guó)外，一些廠商采用一些措施試圖解決這些難點(diǎn)，如芬蘭Vaisala公司采用為濕度感應(yīng)元件加溫的方法，并用多諧波振蕩器和低通濾波電路來完成電容-電壓的轉(zhuǎn)換。但他們的做法工藝復(fù)雜，成本高。
另一些廠商在測(cè)量電路上做了改進(jìn)，如德國(guó)Fraunhofer公司的專利“測(cè)量影響電容元件電容-電壓性能參量的線路和方法”(專利號(hào)US5,235,267)，其措施是向電容元件施加一個(gè)周期電壓信號(hào)，通過電容元件電流與電壓信號(hào)部分周期的積分檢測(cè)出電容-電壓特性曲線的區(qū)域，再根據(jù)參量與電容關(guān)系從該區(qū)域中測(cè)定所測(cè)參量值，這一專利技術(shù)雖能提高測(cè)量精度和消除一些干擾，但仍不能解決上述兩個(gè)難題。
本實(shí)用新型采用了下列技術(shù)方案解決其技術(shù)問題一種高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器，其特征在于由電阻R2、R3以及晶體三極管Q1、Q2組成的第一達(dá)林頓電路與由電阻R4、R5以及晶體三極管Q3、Q4組成的第二達(dá)林頓電路之間通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K連接一濕度感應(yīng)元件Cs或一補(bǔ)償電容C1，由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端。
本實(shí)用新型以電容式濕度傳感器取代目前在數(shù)字探空儀上使用的電阻式濕度傳感器，而使該探空儀的濕度探測(cè)性能更進(jìn)一步提高，可在環(huán)境溫度45～-90℃的高空惡劣環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)濕度，其范圍可達(dá)0～100％RH，測(cè)量精確度≤5％RH，滯后系數(shù)≤1秒，因此本實(shí)用新型測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高、靈敏度高，可用于高空氣象探測(cè)中濕度的測(cè)量，也可用于地面自動(dòng)氣象站。如對(duì)它的進(jìn)行二次開發(fā)也可以應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，如造紙、倉庫、圖書館、紡織、煙草等行業(yè)的濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。
參照附圖
，本實(shí)用新型由電阻R2、R3以及晶體三極管Q1、Q2構(gòu)成的第一達(dá)林頓電路，在電壓信號(hào)源與濕度感應(yīng)元件之間加這一達(dá)林頓放大電路，用以消除長(zhǎng)導(dǎo)線引起的分布電容所產(chǎn)生的積分效應(yīng)，改善電壓信號(hào)前后沿。
第二達(dá)林頓電路由電阻R4、R5以及晶體三極管Q3、Q4所構(gòu)成，在第一達(dá)林頓電路與第二達(dá)林頓電路之間通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K連接一濕度感應(yīng)元件Cs，可采用微分方法測(cè)出其電容的大小，并利用第二達(dá)林頓放大電路以產(chǎn)生正脈沖。另外，在該濕度感應(yīng)元件Cs旁并接一個(gè)補(bǔ)償電容C1，并用轉(zhuǎn)換開關(guān)K進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除消除測(cè)量電路本身的溫度系數(shù)外，還可配合探空儀主電路板，借鑒探空儀中溫度傳感器所測(cè)大氣溫度，對(duì)濕度感應(yīng)元件Cs的溫度系數(shù)進(jìn)行修正，以保證傳感器在低溫下工作精度。
由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端，可將正脈沖轉(zhuǎn)換成直流電壓，通過直流電壓高低間接測(cè)出電容式濕度感應(yīng)元件的大小即濕度值。
以下詳細(xì)闡述本實(shí)用新型的工作原理電壓信號(hào)源Vs通過耦合電阻R1將正脈沖信號(hào)加入第一達(dá)林頓電路，經(jīng)放大后產(chǎn)生前后沿十分陡直的脈沖信號(hào)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)K轉(zhuǎn)接濕度感應(yīng)元件Cs或補(bǔ)償電容C1。
當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K接濕度感應(yīng)元件Cs時(shí)，輸出濕度測(cè)量值；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K接補(bǔ)償電容C1時(shí)，由于補(bǔ)償電容C1的溫度性能預(yù)先經(jīng)過測(cè)定，因而可以作為不同大氣溫度時(shí)的基準(zhǔn)電容值，由探空儀中微處理器進(jìn)行有關(guān)溫度補(bǔ)償?shù)奶幚砉ぷ?大氣溫度由探空儀中溫度傳感器探出)。由于電阻R4與濕度感應(yīng)元件Cs(或補(bǔ)償電容C1)的時(shí)間常數(shù)較小，當(dāng)電壓信號(hào)正跳變時(shí)，達(dá)林頓管Q3、Q4繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)(0電壓)，當(dāng)電壓信號(hào)負(fù)跳變時(shí)，達(dá)林頓管Q3、Q4截止(高電壓)，截止時(shí)間長(zhǎng)短取決于濕度感應(yīng)元件Cs(或補(bǔ)償電容C1)的大小，也就是達(dá)林頓Q3、Q4集電極上的正脈沖寬度與濕度感應(yīng)元件Cs(或補(bǔ)償電容C1)成正比。通過電阻R6、電容C2將正脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓，正脈沖越寬，直流電壓越高，因此通過測(cè)量輸出端Vo的高低就可以間接測(cè)出濕度感應(yīng)元件Cs電容的大小，再通過適當(dāng)計(jì)算就可以測(cè)出所需要的濕度值。因在直流傳輸過程中電壓是不受分布電容影響的，因此該濕度值不受分布電容影響。
權(quán)利要求1.一種高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器，其特征在于由電阻(R2、R3)以及晶體三極管(Q1、Q2)組成的第一達(dá)林頓電路與由電阻(R4、R5)以及晶體三極管(Q3、Q4)組成的第二達(dá)林頓電路之間通過轉(zhuǎn)換開關(guān)(K)連接一濕度感應(yīng)元件(Cs)或一補(bǔ)償電容(C1)，由電阻(R6)、電容(C2)組成的濾波器連接在電路輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器，其特征在于電壓信號(hào)源(Vs)通過耦合電阻(R1)加入第一達(dá)林頓電路。
專利摘要一種高空氣象探測(cè)用電容式濕度傳感器，由第一達(dá)林頓電路與第二達(dá)林頓電路之間通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接一濕度感應(yīng)元件或一補(bǔ)償電容，RC濾波器連接在電路輸出端。本實(shí)用新型以電容式濕度傳感器取代目前在數(shù)字探空儀上使用的電阻式濕度傳感器，而使該探空儀的濕度探測(cè)性能更進(jìn)一步提高，可在環(huán)境溫度45～－90℃的高空惡劣環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)濕度，其范圍可達(dá)0～100％RH，測(cè)量精確度≤5％RH，滯后系數(shù)≤1秒，因此本實(shí)用新型測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高、靈敏度高，可用于高空氣象探測(cè)中濕度的測(cè)量，也可用于地面自動(dòng)氣象站。如對(duì)它的進(jìn)行二次開發(fā)也可以應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，如造紙、倉庫、圖書館、紡織、煙草等行業(yè)的濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N27/22GK2594792SQ03228208
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者李吉明, 馮達(dá)禮 申請(qǐng)人:上海無線電二十三廠