一种基于电容的湿度检测装置及方法与流程

技术特征：

1.一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：包含射频发射模块、射频接收模块、放大电路、LC震荡电路、测湿度电容C₂和电阻R，射频发射模块与射频接收模块通过无线天线无线连接，放大电路与射频接收模块连接用于放大接收的射频信号，LC震荡电路一端与放大电路连接，LC震荡电路另一端与电阻R一端连接，电阻R另一端接地，测湿度电容C₂与LC震荡电路的电容C₁并联并且电容C₁为带示数的可调电容。

2.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述射频发射模块和射频接收模块采用FM发射模块和FM接收模块。

3.按照权利要求2所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述FM接收模块采用SP7021FM接收模块。

4.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述测湿度电容C₂两端并联有一个示波器。

5.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述测湿度电容C₂为平板电容，由两片平行正方形金属板构成。

6.一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：在已知湿度环境下进行校准，已知湿度记为RH1，射频发射模块发射的频率F₀为一个定值，则电容C₁和测湿度电容C₂的并联电容值C₀为一个定值，调节电容C₁使放大电路放大倍数最大，测湿度电容C₂＝C₀-C₁，记此时测湿度电容值为C₂1；

步骤二：测试空气湿度，记被测空气湿度为RH2,调节电容C₁使放大电路放大倍数最大，记此时测湿度电容值为C₂2；

步骤三：计算测湿度电容差值△C＝C₂2-C₂1，湿度差△RH＝RH2-RH1，根据公式ΔRH＝γ·ΔC计算出被测空气湿度RH2的值，其中γ为常数。

7.按照权利要求6所述的一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于：所述步骤一中调节C1使放大电路放大倍数最大通过示波器观察进行调节。

8.按照权利要求6所述的一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于：所述公式ΔRH＝γ·ΔC的计算过程为：

空气湿度

其中，为空气内水的偏压，为空气在一定温度下的饱和偏压；

相对介电常数与空气成分偏压的关系为

$\frac{{\∈}_r-1}{{\∈}_r+2}=\frac{N_A}{RT}\frac{1}{3{\∈}_0}{\mathrm{\ΣP}}_i{\mathrm{\α}}_i---\left(2\right)$

其中，α_i为各成分的极化强度；

水蒸气偏压

$\frac{{\∈}_r-1}{{\∈}_r+2}=\frac{N_A}{RT}\frac{1}{3{\∈}_0}({\mathrm{\ΣP}}_j{\mathrm{\α}}_j+P_{H_{2}O}\·{\mathrm{\α}}_{H_{2}O})---\left(3\right)$

由(1)(2)(3)式可得

当∈_r变化很小时，公式(4)可近似成：

${\mathrm{\ΔP}}_{H_{2}O}=\frac{9RT{\∈}_0}{N_A{\mathrm{\α}}_{H_{2}O}{(2+{\∈}_{r,air})}^2}\·\mathrm{\Δ}{\∈}_r---\left(5\right)$

可得

由介电常数∈＝∈_r∈₀ (7)

可得

$\mathrm{\Δ}RH=\frac{9RT}{{P^{*}}_{H_{2}O}{N}_A{\mathrm{\α}}_{H_{2}O}{(2+{\∈}_{r,air})}^2}\·\mathrm{\Δ}\∈---\left(8\right)$

令

可得ΔRH＝μ·Δ∈(10)

已知对于无限大的均匀带电的两平行板的电容决定公式：

$C=\frac{{\∈}_r{\∈}_{0}A}{d}=\frac{\∈A}{d}---\left(11\right)$

其中C为电容器的电容大小，∈₀为真空介电常数，∈_r为相对介电常数，∈是电容器中的介质的介电常数，d为两平行板的间距；

电容的定义式为：

C＝Q/U (12)

Q为其中电容器一端的电荷量，而U为电容器两端的电势差；

电容C理论值为

由于现实中不存在所谓的无限大的金属平行板，两端金属板也不会带电均匀，因此近似为：

C＝C₀+Δ∈·k (14)

ΔC＝Δ∈·k (15)

Δ∈＝ΔC/k (16)

其中C₀为已知某一电容值，k为在这一点附近的电容变化率；

由此可得

令：

$\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\μ}}{k}---\left(18\right)$

于是：

ΔRH＝γ·ΔC (19)。