據(jù)生理學家研究，人所處環(huán)境的溫度和濕度會直接影響人的體溫調(diào)節(jié)功能和熱傳導效果以至于人的體感適應能力的好壞，體現(xiàn)了思維活動的敏捷和精神狀態(tài)的優(yōu)秀，從而影響我們學習和工作的效率經(jīng)過實驗分析，人體最適宜的室溫應為18℃，濕度為40%至60%在人們的生產(chǎn)生活中，有很多不同的場所和環(huán)境對溫度和濕度有特定的要求因此，合理的溫濕度控制成為了必要的手段

溫度和濕度傳感器

因為無論是物理量還是現(xiàn)實生活中，溫度和濕度都是密切相關的，所以產(chǎn)生了集成溫度和濕度的傳感器。

溫濕度傳感器是指能將溫度和濕度轉(zhuǎn)換成易于測量和處理的電信號的設備或裝置市面上的溫濕度傳感器一般測量溫度和相對濕度

溫度和濕度

我們先來了解一些溫度和濕度的物理量:

溫度

衡量物體冷熱的物理量是國際單位制中的七個基本物理量之一在生產(chǎn)和科研中，許多物理現(xiàn)象和化學過程都是在一定的溫度下進行的，人們的生活與它密切相關

濕度

濕度與生活的關系由來已久，但很難用數(shù)量來表達。

日常生活中最常用的濕度物理量是空氣的相對濕度表示為% RH在物理量的推導中，相對濕度和溫度有著密切的關系一定體積的封閉氣體，其溫度越高，相對濕度越低，溫度越低，相對濕度越高它涉及到熱能工程的復雜知識

濕度的一些定義:

相對濕度

根據(jù)計量法，濕度被定義為圖像狀態(tài)的量日常生活中的濕度是相對濕度，用RH%表示簡而言之，就是氣體中所含的水蒸氣與空氣中的水蒸氣相同時，飽和水蒸氣所占的百分比

絕對濕度

指單位體積空氣中所含水蒸氣的實際量，通常以克為單位溫度對絕對濕度有直接影響一般來說，溫度越高，放出的水蒸氣越多，絕對濕度就越大反之，絕對濕度小

飽和濕度

在一定溫度下，單位體積空氣中所能容納的最大水蒸氣量如果超過這個限度，多余的水蒸氣就會凝結(jié)成水滴此時的空氣濕度稱為飽和濕度空氣的飽和濕度不是固定的，它伴隨著溫度的變化而變化溫度越高，單位體積空氣所能容納的水蒸氣越多，飽和濕度就越大

露點

是指含有一定量水蒸氣的空氣當溫度下降到一定程度時，所含的水蒸氣會達到飽和，開始液化成水這種現(xiàn)象叫做凝結(jié)水蒸氣開始液化成水的溫度，簡稱露點溫度如果溫度繼續(xù)下降到露點以下，空氣中過飽和的水蒸氣就會在物體表面凝結(jié)成水滴此外，風與空氣中的溫濕度密切相關，也是影響空氣溫濕度變化的重要因素之一

溫度傳感器的類型

根據(jù)檢測方法，溫度傳感器有接觸式和非接觸式。

接觸式溫度傳感器

接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測物體接觸良好，也叫溫度計。

溫度計通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，這樣溫度計的指示值就可以直接指示被測物體的溫度。

一般測量精度高在一定的溫度測量范圍內(nèi)，溫度計還可以測量物體內(nèi)部的溫度分布但對于運動物體，小目標或熱容量小的物體，會產(chǎn)生較大的測量誤差常用的溫度計有雙金屬溫度計，玻璃液體溫度計，壓力溫度計，電阻溫度計，熱敏電阻和熱電偶等

它們廣泛應用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，商業(yè)和其他部門人們在日常生活中經(jīng)常使用這些溫度計

非接觸式溫度傳感器

它的敏感元件不與被測對象接觸，也稱為非接觸式溫度測量儀該儀器可用于測量運動物體，小目標，熱容量小或溫度變化快的物體的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布

最常用的非接觸式溫度計是基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射溫度計。

輻射測溫法包括亮度法，輻射法和比色法。

各種輻射測溫方法只能測量相應的光度溫度，輻射溫度或比色溫度只有測得的黑體溫度才是真正的溫度如果要測量物體的真實溫度，就必須對材料表面的發(fā)射率進行修正可是，材料的表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，還取決于表面狀態(tài)，鍍膜和微結(jié)構(gòu)，因此很難精確測量

在自動化生產(chǎn)中，經(jīng)常需要用輻射測溫法來測量或控制一些物體的表面溫度，如鋼帶軋制溫度，軋輥溫度，鍛造溫度以及熔煉爐或坩堝中各種熔融金屬的溫度。

非接觸式測溫的優(yōu)點:測量上限不受感溫元件溫度電阻的限制，所以原則上對最高可測溫度沒有限制對于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸式測溫方法伴隨著紅外技術的發(fā)展，輻射測溫逐漸從可見光擴展到紅外光，一直使用到700℃以下直至常溫，具有很高的分辨率

根據(jù)工作原理，溫度傳感器有以下幾種類型:

利用金屬膨脹原理設計的傳感器

當金屬環(huán)境的溫度發(fā)生變化時，會產(chǎn)生相應的延伸，因此傳感器可以通過不同的方式轉(zhuǎn)換這種反應的信號。

雙金屬傳感器

雙金屬片由兩塊膨脹系數(shù)不同的金屬粘在一起組成伴隨著溫度的變化，材料A的膨脹程度比另一種金屬的膨脹程度高，從而導致金屬片彎曲彎曲的曲率可以被轉(zhuǎn)換成輸出信號

雙桿金屬管傳感器

伴隨著溫度的升高，金屬管的長度增加，而未膨脹的鋼棒的長度不變，這樣金屬管的線性膨脹就可以因位置的變化而傳遞反過來，這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成輸出信號

以及液體和氣體的變形曲線。

當溫度變化時，液體和氣體的體積也會相應變化。

各種類型的結(jié)構(gòu)可以將這種膨脹變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，從而產(chǎn)生位置輸出的變化。

熱敏電阻溫度傳感器

熱敏電阻由半導體材料制成，多為負溫度系數(shù)，即電阻隨溫度升高而降低。

溫度變化會引起較大的電阻變化，所以它是最靈敏的溫度傳感器但是熱敏電阻的線性度極差，和生產(chǎn)工藝有很大關系廠家給不出標準化的熱敏電阻曲線

熱敏電阻尺寸非常小，對溫度變化反應迅速但熱敏電阻需要使用電流源，其體積小也使其對自熱誤差極其敏感

熱敏電阻測量兩條線上的絕對溫度，準確度好，但比熱電偶貴，可測溫度范圍比熱電偶小它非常適合需要快速，靈敏溫度測量的電流控制應用小尺寸有利于有空間要求的應用，但必須注意防止自熱誤差

熱敏電阻也有自己的測量技巧熱敏電阻的小尺寸是一個優(yōu)點可以快速穩(wěn)定，不會造成熱負荷不過也很弱，大電流會引起自熱由于熱敏電阻是一種電阻器件，任何電流源都會因功率而在其上產(chǎn)生熱量因此，應使用小電流源如果熱敏電阻暴露在高溫下，會造成永久性損壞

熱電偶傳感器

熱電偶由兩根不同材料的金屬絲組成，它們的末端焊接在一起當熱電偶的一端被加熱時，熱電偶電路中存在電位差測得的電勢差可以用來計算溫度因為它必須有兩個不同材料的導體，所以叫熱電偶不同材料的熱電偶用于不同的溫度范圍，其靈敏度也不同熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時輸出電位差的變化對于大多數(shù)由金屬材料支撐的熱電偶來說，這個值大約為5 ~ 40微伏/℃

因為熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的厚度無關，所以可以用很細的材料制作由于制作熱電偶的金屬材料具有良好的延展性，這種微小的測溫元件具有極高的響應速度，可以測量快速變化的過程

熱電偶是溫度測量中最常用的溫度傳感器它的主要優(yōu)點是溫度范圍寬，適應各種大氣環(huán)境，堅固，價格低廉，不需要電源，最便宜熱電偶是最簡單，最常見的溫度傳感器，但不適合高精度測量和應用

濕度傳感器的類型

濕度傳感器分為兩種:電阻式和電容式。

耐濕性的特征在于用濕敏材料制成的薄膜覆蓋基底當空氣中的水蒸氣吸附在濕敏薄膜上時，元件的電阻率和電阻就會發(fā)生變化利用這一特性可以測量濕度

濕式電容器一般采用高分子薄膜電容器，常用的高分子材料有聚苯乙烯，聚酰亞胺，丁酸醋酸纖維等當環(huán)境濕度變化時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得其電容也發(fā)生變化，其電容變化與相對濕度成正比

常見的濕度測量方法有:動態(tài)法，靜態(tài)法，露點法，干濕球法和各種電子傳感器法。

動力計量

這里的雙壓法和雙溫法是基于熱力學的P，V，T平衡原理，平衡時間長分流法基于絕對濕度和絕對干燥空氣的精確混合由于采用了現(xiàn)代測量和控制手段，這些設備可以做得相當精確但由于它們復雜，成本高，操作費時費力，主要用于標準測量，測量精度可達2% RH至1.5% RH

靜態(tài)測量

靜態(tài)法中的飽和鹽法是濕度測量中最常用的方法，簡單易行而飽和鹽法對液相和氣相平衡要求嚴格，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定性要求高起床平衡需要很長時間，低濕點需要更長時間尤其是室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度相差較大時，每次打開都需要平衡6~8小時

露點測量

露點法測量的是濕空氣達到飽和時的溫度，這是熱力學的直接結(jié)果它具有較高的精度和較寬的測量范圍精密露點儀的精度可以達到0.2℃甚至更高可是，基于現(xiàn)代光電原理的冷鏡露點儀價格昂貴，而且常常要配一個標準的濕度發(fā)生器

干濕測量

干濕球法，發(fā)明于18世紀它歷史悠久，使用最廣泛干濕球法是一種間接法，利用干濕球方程來換算濕度值，而這個方程是有條件的:即濕球附近的風速必須達到2.5m/s以上，這個條件用普通的干濕球溫度計來簡化，所以其精度只有5~7% RH，明顯低于電子濕度傳感器很明顯，干濕球不是一個靜態(tài)的方法，所以不要簡單的認為僅僅提高兩個溫度計的測量精度就意味著提高濕度計的測量精度

電子濕度傳感器

電子濕度傳感器的精度可以達到2—3% RH，高于干濕球的精度。

濕度傳感器的線性度和抗污染能力差測量環(huán)境濕度時，濕度傳感器會長期暴露在待測環(huán)境中，容易被污染，影響其測量精度和長期穩(wěn)定性這不如干濕球法

溫濕度傳感器的選擇

按照以下注意事項選擇溫度和濕度傳感器:

①選擇測量范圍。

就像測量重量和溫度一樣，濕度傳感器的選擇首先要確定測量范圍除氣象和科研部門外，溫濕度測控一般不需要全濕程測量

②選擇測量精度。

測量精度是濕度傳感器最重要的指標，對于濕度傳感器來說，每增加—個百分點就是更高的水平，甚至更高的水平因為要達到不同的精度，它的制造成本差別很大，售價也差別很大所以用戶一定要量體裁衣，適合自己的需求，不能盲目追求高，精，尖如果濕度傳感器在不同溫度下使用，其指示值還應考慮溫度漂移的影響

眾所周知，相對濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴重影響指定空間的相對濕度溫度每變化0.1℃將產(chǎn)生0.5% RH的濕度變化如果在使用中難以保持恒溫，則不宜提出過高的濕度測量精度大多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間未密封，5% RH的精度就足夠了

對于需要精確控制恒溫恒濕的局部空間，或需要隨時跟蹤記錄濕度變化的地方，應選擇精度大于3% RH的濕度傳感器但如果精度高于2% RH，恐怕連校準傳感器的標準濕度發(fā)生器都做不到，更別說傳感器本身了即使在20—25℃，相對濕度測量儀也很難達到2% RH的精度通常，產(chǎn)品數(shù)據(jù)中給出的特性是在常溫和潔凈氣體中測量的

③考慮時間漂移和溫度漂移。

在實際使用中，由于灰塵，油污，有害氣體的影響，電子式濕度變送器使用時間長了會老化，準確度下降電子濕度傳感器的年漂移一般在2%左右，甚至更高一般廠家會注明一次校準的有效使用時間為1年或2年，到期需要重新校準

④其他注意事項

濕度傳感器是氣密的為保護測量的準確性和穩(wěn)定性，應避免在酸性，堿性和含有機溶劑的環(huán)境中進行避免在多塵的環(huán)境中使用

為了正確反映待測空間的濕度，還需要避免將傳感器放置在過于靠近墻壁或空氣不流通的死角如果被測房間太大，要放置多個傳感器

有些濕度傳感器對電源要求較高，否則會影響測量精度或者傳感器可能相互干擾，甚至無法工作使用時，應根據(jù)技術要求提供符合精度要求的合適電源

當傳感器需要遠距離傳輸信號時，要注意信號的衰減當傳輸距離超過200米時，建議選用電流輸出信號的濕度傳感器

未來溫濕度傳感器市場，尤其是消費電子和物聯(lián)網(wǎng)領域，前景廣闊體積小，功耗低，成本低，集成度高的IC半導體溫濕度傳感器產(chǎn)品將得到廣泛應用