温度补偿型湿度传感器

本发明涉及一种温度补偿型湿度传感器，是对在先申请cn2021115047759、cn2021115398971的进一步改进。

背景技术：

1、研究发现，湿敏元件除对于环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%rh/℃范围内，并且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数也有差别。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。精度和长期稳定性湿度传感器的精度应达到±2%~±5%rh，达不到这个水平很难作为计量器具用于，湿度传感器要达到±2%~±3%rh的精度是比较困难的，通常产业资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。在不同的温度下，湿度传感器往往会给出不同的环境湿度值，温度漂移越大，湿度测量值偏差也越大。

2、在我们的在先发明专利申请cn2021115398971中，由mcu进行湿度测量值的温度校正，具体实现如下：mcu的片内rom中存储有标准数据库，标准数据库包括有多条所述快速响应型温湿度传感器在不同温度t下的湿度敏感电阻r—湿度h曲线，温度间隔为1℃或0.5℃或0.2℃或0.1℃，湿度间隔为1%rh或0.5%rh或0.2%rh或0.1%rh；mcu根据测量得到的温度值t、电阻值r，在标准数据库中查表，输出对应的湿度值h，具体实现如下：mcu在标准数据库中查找到与所测量得到的温度值t、电阻值r最接近的数值点，将该最接近的数值点的湿度值h作为环境湿度测量值输出。

3、很显然地，在先发明专利申请cn2021115398971中，若要测量得到较为精确的环境湿度值，则必须要求标准数据库中温度间隔、湿度间隔尽可能地小，假设温度间隔为0.1℃、湿度间隔为0.1%rh，这样的情况下，湿度传感器要适应0~100℃的环境，则数据量得达到1000×1000个数值点，每个数值点包括温度值、湿度值、电阻值三个维度，毫无疑问地，这对于温湿度传感器的存储器rom带来压力，需要采购较大容量的rom的mcu，这会使得制造成本明显上升。并且，为了获得这样的标准数据库，在标准测试时所需要的工作量、耗费的时间也是极为惊人的。

4、

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种温度补偿型湿度传感器，是对在先申请cn2021115047759、cn2021115398971的进一步改进，本发明目的在于：提供一种温度系数补偿型、高敏感度、快速响应、低存储需求、低成本的湿度传感器。

2、其实现的技术方案为：湿度传感器包括湿度敏感绕线材料和轮辐绕线骨架盘；所述轮辐绕线骨架盘的圆周设置有辐射状均匀分布多个“t”形绕线骨架，所述湿度敏感绕线材料绕制在多个“t”形绕线骨架上，每两个相邻的“t”形绕线骨架之间的空间同时构成绕线限位槽和空气流道，且所述湿度敏感绕线材料绕制完成后，仍然留有利于空气流通的空间即空气流道，空气流道用于缩短湿度敏感绕线材料的吸湿响应时间和脱湿响应时间；

3、所述轮辐绕线骨架盘具有相对平行设置的上表面和下表面，上表面和下表面分别设置有上电极和下电极，所述湿度敏感绕线材料绕制完成后，分别引出连接至上电极和下电极；所述湿度敏感绕线材料的电阻率敏感响应于环境湿度，位于上电极和下电极之间的湿度敏感绕线材料构成湿度敏感电阻。

4、作为另一种实现方式，为了简化制造工艺，还可以摒弃绕线的方式，直接将湿度敏感材料覆盖在轮辐式骨架盘上，即：

5、湿度传感器包括湿度敏感材料和轮辐骨架盘；轮辐骨架盘的圆周设置有辐射状均匀分布多个“t”形骨架，所述湿度敏感材料完全覆盖在多个“t”形骨架上，每两个相邻的“t”形骨架之间的空间构成空气流道，空气流道用于缩短湿度敏感材料的吸湿响应时间和脱湿响应时间；所述湿度敏感材料的电阻率敏感响应于环境湿度，位于上电极和下电极之间的湿度敏感材料构成湿度敏感电阻。

6、温度传感器与微控制单元电连接，温度传感器用于测量温湿度传感器所处的环境温度，并由mcu进行湿度测量值的温度校正；骨架盘的相对平行的上表面和下表面均设置有金属圆板，分别作为温湿度传感器的上电极和下电极；湿度敏感材料覆盖完成后，分别电连接至上电极和下电极；位于上电极和下电极之间的湿度敏感材料构成湿度敏感电阻，湿度敏感电阻电连接至mcu，由mcu进行电阻的测量；mcu的片内rom中存储有标准数据库，标准数据库包括有多条快速响应型温湿度传感器在不同温度t下的湿度敏感电阻r—湿度h曲线，即r(h)t曲线，每一条r(h)t曲线中记录有不同湿度值h对应的湿度敏感电阻r。

7、mcu根据测量得到的温度值t、电阻值r，在标准数据库中查表，输出对应的湿度值h；若mcu在标准数据库中未查找到与测量得到的温度值t、电阻值r对应的数值点，则查找在标准数据库中查找到与测量得到的温度值t上下最邻近的两个温度值tl、th，以及与测量得到的电阻值r上下最邻近的两个电阻值rl、rh，得到四个数值点，用插值法将测量得到的温度值t、电阻值r代入，求得对应的湿度值h并输出。

8、作为一种进一步的改进，上述两个技术方案中，湿度敏感绕线材料或湿度敏感材料为核壳结构的复合纳米颗粒或复合纳米线，所述核壳结构的复合纳米颗粒或复合纳米线由导电的内核和对湿度敏感的非导电外壳组成。

9、本发明是对在先申请cn2021115047759、cn2021115398971的进一步改进，自然也具备在先申请cn2021115047759、cn2021115398971的优益之处：深槽式空气流道的设置可使得湿度敏感材料更加充分地接触空气，并通过空气流道加快了湿度敏感材料中吸附的水分子的解吸附，可用于缩短湿度敏感材料的吸湿响应时间和脱湿响应时间，大大提高了湿度传感器的响应速度。复合纳米颗粒或复合纳米线的外壳遇水时，将会发生膨胀，使得相互接触的复合纳米颗粒或复合纳米线之间的距离增大，从而使得湿度敏感材料的导电率下降。采用复合纳米颗粒或复合纳米线，使得其比表面积增大，外壳充分地暴露在大气环境中，从而提高其响应速度和灵敏度，提高水分子的解吸附速度。

10、同时本发明还克服了在先申请cn2021115047759的一些缺点，即在快速响应型温湿度传感器中设置温度传感器，温度传感器用于测量所述温湿度传感器所处的环境温度，微控制单元（microcontroller unit，mcu）进行湿度测量值的温度补偿，使得快速响应型温湿度传感器在具备快速响应特性的同时，使得湿度测量的温度稳定性、准确性大大提高，克服了湿度测量值随温度漂移的缺点。

11、本发明还克服了在先申请cn2021115398971的一个缺点，即cn2021115047759中对于存储标准数据库的容量要求较大，导致成本会上升，由于本发明中仅需采用较少的标准数据量，采用补偿公式或拟合公式进行计算得到更多的测量数据，因此对于存储器的容量要求大大降低，从而降低了成本。

12、至此，发明人已经详细阐述了本发明的工作原理及技术方案、技术效果。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。