智能式高分子湿度仪的温度补偿方法研究

　　1　引言

　　高分子湿敏器件除对环境湿度敏感外,对温度也较敏感,故在不同的温度环境下,其器件的感湿特性曲线也不同。器件感湿特性曲线随环境温度的变化越大,由感温特征量所表示的环境相对湿度与实际的环境相对湿度之间的误差也就越大。为了表示器件的感湿特性曲线随环境温度而变化的特性,特定义了湿度敏感器件的湿度温度系数〔1〕。由于高分子湿敏器件湿度温度系数一般分布在0.2～2.3%RH/℃范围内,并且在不同的相对湿度下,其温度湿度系数又有所区别,这给实现高精度测量的补偿工作带来了困难。

　　为此,笔者在文献〔2〕中提出了一种基于插值法任意温度下高分子湿敏传感特性的计算方法,它借助已实际测出有限的几组感湿特性曲线,通过把一个三维的问题转化成二维,应用插值的数学方法,求出在测量范围内任意温度下的感湿特性曲线计算公式。这样在智能化的湿度测量仪器中,若再加一路温度传感,利用已得的任意温度下的感湿特性曲线计算公式,就可以比较准确地测得对象的湿度大小。在本文中,笔者将在文献〔2〕所提出公式的基础上,考虑一般使用单片机作为智能仪器处理中心的特点,就该方法在智能式高分子湿度测量仪中如何应用作进一步深入研究。

　　2　智能式高分子湿度仪的温度补偿方法

　　由8031单片机系统作为智能核心的智能式高分子湿度仪主要结构框图如图1所示。图中除由高分子湿敏元件等组成的湿度传感电路以外,还加上一路温度传感信号,供单片机系统采集以便补偿温度对湿度传感的影响。文献〔2〕中所提方法的关键是如何把一个三维的问题转化成二维以及合理地应用插值的数学方法。如果在由8031单片机等作为智能核心的智能式高分子湿度仪中直接引用,最主要问题是算法比较复杂(因为文献〔2〕是从理论角度来论述,表达较为规范),用单片机汇编语言难以实现。

　　2.1　温度补偿的原理及过程

　　如图2所示,在湿度仪的测量范围内,根据国家标准〔3〕测出湿度源为X0,X1,…Xi…XN时,在温度tk(k=0,1,…M)下,相应的信号电压值Vi,k(i= 0,1,…N)值,这样就得到了M+1组数据(每组数对应1条湿度特性曲线)。把温度分区点t0,t1,…tk…tM和湿度分区点X0,X1,…Xi…XN以及上面测得的M+1组数据,按照一定顺序依次存储固化到单片机系统E-PROM内,完成数据库的建立工作。

　　2.2　温度补偿的实现

　　由上面的步骤可知,用单片机汇编语言完成温度补偿工作仅要进行乘、除、加、减等简单运算,下面将研究如何实现温度补偿的汇编语言编程问题。本智能湿度仪的软件设计采用结构化程序设计方法和模块化技术,这里仅谈谈温度补偿模块TCPS、插补计算模块INVAL1和INVAL2的构成(流程框图分别如图3、图4和图5所示)。程序模块中温度t和湿度传感电压V通过数据采集模块里得到;湿度分辨率为1%RH(湿度值最大为100%RH,对应于十六进制数#64H),用一个两字节数来表示;温度t分辨率为1℃(0≤t≤100),同样用一个两字节数来表示;湿度传感电压信号单位为mV(最小分辨率1mV,最大值为1000mV,对应于十六进制数#03E8H),用一个四字节数来表示。因此,插补计算模块INVAL1和INVAL2中需要包括以下计算子程序: