专利名称：湿度测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分析仪器，尤其是一种能在高温(≤250℃)环境下测量气体中水分含量的湿度测定仪。
目前，人们在工业和生活中使用的湿度测定仪器有很多种，从毛发湿度计到用高分子材料制作的湿敏元件做为探头的湿度测定仪，还有用陶瓷、半导体材料探头制作的湿度测定仪，都是利用感湿元件对水分子的物理吸附改变探头的物理特性如电阻、电容甚至长度等。将这种物理特性的变化信号由电路采集并进行处理从而达到测定环境中湿度的目的。当环境温度超过100℃时，感湿探头对水分子的吸附量已经非常少(接近物理吸附极限值)，所以利用材料感湿特性制作的湿度测试仪器不能适合或不能长期适用于高温(≥100℃)环境下工作，而且上述湿度测试仪中感湿探头均为放置于测试环境被动感湿进行测量，因此，环境变化会影响仪器的稳定性。
本发明的目的在于提供一种探头可在高温环境测量，线路简单、抗干扰能力强，稳定性好，使用寿命长的高温湿度测定仪。
本发明的目的可以通过以下措施来实现本发明所需电源由外部提供，湿度传感器由加热电压产生电路，工作电压产生电路提供所需加热电压和工作电压，产生的电流信号输送给前置放大电路经放大送入湿度演算单元经过转换、处理后由湿度演算单元送到显示单元和输出单元。
本发明包括氧化锆界限电流式湿度传感器，加热电压产生电路、工作电压产生电路，湿度演算单元，显示单元，输出单元。它们的连接关系是湿度传感器的输入端b加热电压产生电路的输出端a相接，湿度传感器的输入端e、f分别与工作电压产生电路的输出端h、g端相接，湿度传感器的输出端c、d分别与前置放大电路的输入端i、j相接，前置放大单元的输出端k、l分别湿度演算单元的输入端m、n相接，湿度演算单元电路的输出端o、p分别与显示单元的输入端q，输出单元的输入端r相接湿度传感器的输入端b加热电压产生电路的输出端a相接，湿度传感器的输入端e、f分别与工作电压产生电路的输出端h、g端相接，湿度传感器的输出端c、d分别与前置放大电路的输入端i、j相接，前置放大单元的输出端k、l分别湿度演算单元的输入端m、n相接，湿度演算单元电路的输出端o、p分别与显示单元的输入端q，输出单元的输入端r相接。
氧化锆界限电流式湿度传感器的原理是当氧化锆薄片处于工作温度(界限电流式湿度传感器其工作环境温度为350℃～400℃)环境时，绝缘材料氧化锆成为氧离子的选择性通过导体，在氧化锆薄片两端施加电压，可使氧离子或氧原子在氧化锆薄片两端电极上产生氧化—还原反应，施加不同电压可产生如下反应施加电压VO1时(VO1为传感器限定提供)，反应为阴极
阳极
传感器采用两个相同的氧化锆芯片分别施加电压VO1、VO2可得到两个对立电流I1、I2；I1、I2分别为O2电解产生的电流和O2+H2O分解产生的电流，对两个电流进行处理得到由H2O电解产生的电流信号ΔI，对该电流信号ΔI进行处理得到气体中水分的含量。
加热电压电路为湿度传感器提供加热电压，在本发明中加热电压电路由DC/DC转换芯片IC8，电容E6、E7、E8、E16、E17、E18、C16、C17、C18、C21、C22、C24、C25，电阻R16、R17、R18、电感L6以及线性电位器W4，快速恢复二极管D8组成，它们的连接关系为线性电位器W4与R16、R17相接的点接在IC8的反馈FB端2，C17与R16并联，IC8的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC8的CS端6相接然后接至电源输入端，场效应管T1的漏极与快速恢复管D8的负极与C18的一端电感L的一端相接，D8的正极接地，C18的另一端通过电阻R18接地。电容E16、E17、E18跨接于输出与地之间，电容的负极接地；电容E6、E7、E8、C21、C22、C24、C25跨接于电源输入与地之间，电容的负极接地。通过调节W4提供一个稳定的电压值通过调节线性电位器得到需要的加热电压值。
工作电压产生电路为湿度传感器提供工作时所需电压VO1、VO2，本发明中工作电压产生电路由运并放大器IC1、IC2，电阻R10、R11、R12，电位器W1、W2，电容C7、C8、C9和集成稳压二极管D1组成，它们的连接关系是W1的一端与D1的“+”端与C9的一端与W2的一端与R10的一端相连，R10的另一端接电源输入端，W1的另一端通过R11，W2的另一端通过R12接地，C9的另一端也接地，D1的“-”端接地，W1与运算放大器IC1的3端相连通过IC1的1端与输出端h相接，C7接在IC1的4端与地之间，C8接在IC1的8端与地之间，W2与跟随器IC2的5端相连通过IC2的7端与输出端g相接。通过集成稳压二极管D1提供一个稳定的电压值由线性调位器W1、W2调节提供两个需要电压VO1、V02，在W1与输出端C3间连一个运算放大器IC1作为跟随器，在W2与输出端C4间连一个运算放大器IC2作为跟随器，可保证输出电压的稳定性。
在本发明中传感器加热电压产生电路，工作电压产生电路以及前置放大电路均独立电路，从而提高了仪器的抗干扰能力，因氧化锆界限电流式湿度传感器自身工作温度为350～400℃，所以它可以用在高温(≤250℃)场合下测量环境气体中的湿度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
图1湿度测定仪的原理方框2加热电压产生电路的线路连接3工作电压产生电路的线路连接4湿度传感器的电流电压特性图本发明的最佳实施例中，湿度测试仪的各部分组成如图1所示，以湿度传感器型号98043149为例，它的加热电压为VH＝2.2V工作电压为V1＝-1.2V，V2＝-2.0V；加热电压产生电路中各种元件分别选用E6＝E7＝E8＝E16＝E17＝E18＝100μ；C21，C24＝1μ；C22，C25＝C16＝0.1μ；C17＝220p；C18＝1000p；R16＝39KΩ，线性电位器W4＝20KΩ，R18＝22Ω，场效应管T1型号为IRG9540；整流管D8型号为IN5817，运算放大器IC8型号为MAX1627。它的连接关系是线性电位器W4与R16、R17相接的点接在IC8的反馈FB端2，C17与R16并联，IC8的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC8的CS端6相接然后接至电源输入端，场效应管T1的漏极与快速恢复管D8的负极与C18的一端电感L的一端相接，D8的正极接地，C18的另一端通过电阻R18接地。电容E16、E17、E18跨接于输出与地之间，电容的负极接地；电容E6、E7、E8、C21、C22、C24、C25跨接于电源输入与地之间，电容的负极接地。工作原理为供电直流电源+5V经E6、E7、E8、C21、C22、C24、C25滤波之后经IC8供电，由于IC8-MAX1627EQR内部基准电压为1.3V，IC8MAX1627为脉冲频率控制(PFM)，反馈回路完成对输出电压的调节，输出电压VO=VREF×(1+W4+R17R16),]]>本例中V0为湿度传感器的加热电压VH，调节W4即可得到。由于其输出电流主要取决于T1的功率，所以IC8还会发烫。
工作电压产生电路中各种元件为R10＝2KΩ，W1＝5KΩ，R11＝R12＝200Ω，C10＝C9＝0.1μ，运算放大器IC1，IC2都为LM358，集成稳压二极管D1为LM385-2.5V，它们的连接关系为W1的一端与D1的“+”端与C9的一端与W2的一端与R10的一端相连，R10的另一端接电源输入端，W1的另一端通过R11接地，W2的另一端通过R12接地，C9的另一端也接地，D1的“-”端接地，W1与运算放大器IC1的3端相连通过IC1的1端与输出端h相接，C7接在IC1的4端与地之间，C8接在IC1的8端与地之间，W2与跟随器IC2的5端相连通过IC2的7端与输出端g相接。由于湿度2传感器需要提供两个工作电压，VO1＝-1.2V，VO2＝-2.0V，因而需要2个稳压电路，电源经R10限流分压后，V0为-2.5V(D2为LM336-2.5V)，调整W1，使LM358的6、7脚间电压为-1.2V，调整W2，使LM358的1、2脚间电压为-2.0V，由于LM336-2.5V运算放大器最大电流为10mA，R10阻值选择为R＝
，I取5mA，R＝500Ω时稳压效果较好。
权利要求
1.一种湿度测定仪，包括湿度传感器、前置放大单元、湿度演算单元、显示单元、输出单元，湿度传感器的输出端c、d分别与前置放大电路的输入端i、j相接，前置放大单元的输出端k、l分别与湿度演算单元的输入端m、n相接，湿度演算单元的输出端o、p分别与显示单元的输入端q，输出单元的输入端r相接，其特征在于它还包括一个加热电压产生电路和一个工作电压产生电路，加热电压产生电路的输出端a与湿度传感器的输入端b相接，工作电压产生电路的输出端h、g分别与湿度传感器的输入端e、f相接。
2.如权利要求1所述一种湿度测定仪，其特征在于湿度测定仪所采用的湿度传感器为氧化锆界限电流式湿度传感器。
3.如权利要求1所述一种湿度测定仪，其特征在于其中的加热电压产生电路由DC/DC转换芯片IC8，电容E6、E7、E8、E16、E17、E18、C16、C17、C18、C21、C22、C24、C25，电阻R16、R17、R18、电感L6以及线性电位器W4，快速恢复二极管D8组成，它们的连接关系为线性电位器W4与R16、R17相接的点接在IC8的反馈FB端2，C17与R16并联，IC8的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC8的CS端6相接然后接至电源输入端，场效应管T1的漏极与快速恢复管D8的负极与C18的一端电感L的一端相接，D8的正极接地，C18的另一端通过电阻R18接地，电容E16、E17、E18跨接于输出与地之间，电容的负极接地；电容E6、E7、E8、C21、C22、C24、C25跨接于电源输入与地之间，电容的负极接地。
4.如权利要求1所述的一种湿度测定仪，其特征在于其中所述的工作电压产生电路由运并放大器IC1、IC2，电阻R10、R11、R12，电位器W1、W2，电容C7、C8、C9和集成稳压二极管D1组成，它们的连接关系是W1的一端与D1的“+”端与C9的一端与W2的一端与R10的一端相连，R10的另一端接电源输入端，W1的另一端通过R11接地，W2的另一端通过R12接地，C9的另一端也接地，D1的“-”端接地，W1与运算放大器IC1的3端相连通过IC1的1端与输出端h相接，C7接在IC1的4端与地之间，C8接在IC1的8端与地之间，W2与跟随器IC2的5端相连通过IC2的7端与输出端g相接。
全文摘要
一种湿度测定仪,由氧化锆界限电流式湿度传感器、工作电压产生电路,加热电压产生电路、前置放大单元、湿度演算单元、显示单元及输出单元组成。由于加热电压产生电路和工作电压产生电路均独立工作,本湿度测定仪测量时性能稳定,而且因氧化锆界限电流式湿度传感器自身工作温度为350～400℃,所以它可以在高温(≤250℃)环境下测量气体中的湿度,填补了国内高温测湿的空白。
文档编号G01N27/22GK1243949SQ99114649
公开日2000年2月9日 申请日期1999年1月29日 优先权日1999年1月29日
发明者张益康, 杨邦朝 申请人:康达(成都)电子有限公司