高分子湿度计的简便标定调试方法的研究

　　一、引　　言

　　在工农业生产和日常生活中,对湿度的测量和控制的要求越来越普遍。这里我们所讲的家用湿度计是指民用的、一般精度要求的湿度测量装置,以便人们了解目前环境的湿度状况。若与空调设备的冷暖设备、抽湿机等相结合,就能够保证有良好的居住生活环境,有益于身体健康。本文研究的对象是高分子电阻式湿敏器件(器件的电阻值随湿度的变化而变化),由于它具有成膜工艺简单、体积小、成本低以及易于智能化、多功能化的特点,被认为是80年末以来得以迅速发展并具有很好发展前途的传感器之一。然而,高分子电阻式湿敏器件和大多数敏感器件一样,其变化特性(即:R-RH%关系曲线)不是线性的,这给测量、控制和补偿带来麻烦。湿敏器件的线性化实际是一种函数变换,其电路应能完成原有变换特性的“反变换”。许多研究结果(包括我们自己的前期研究)表明,高分子电阻式湿敏器件其R-RH%变化关系特性有近似的指数关系,因而有很多人用对数电路来实现其反变换。由于其变化关系特性仅是近似的指数关系,并非理想指数关系,这对既有一定的精度要求(≤±5%RH),又要求结构简单、调试方便、易于组织大批量生产的家用高分子电阻式湿度计来说,无疑造成较大困难。本文介绍的家用高分子湿度计标定调试方法,是作者在承担广州市重点攻关项目“高分子湿度计(仪)的产品化和开发研究”过程中针对上面所提到的困难而所进行的,并得到较为满意的实际效果。

　　二、简便标定调试方法的基本原理

　　我们所研究的家用高分子湿度计主要电路原理框图如图1所示。用振荡电路交流电压供电方式是避免湿敏材料电解或使电极材料发生游离,导致性能变坏;对数放大电路将湿度RH%-电阻变化进行电阻-电压变化;整流电路是用于输出直流电压信号。这里特别要讲的是这个标定调试电路,它主要完成两个功能:湿度最低端点设置一个偏置电压,能平移整个湿度RH%和电压V关系曲线,校正低湿端,用电位器W1来调节;调整校准湿度高端的电压输出,通过调节电位器W2来改变电路的放大倍数来实现。

　　图2为标定调试方法实现曲线图。设直线AD为理想直线的特性曲线,折线AB→BC→CD为实际测定的特性曲线(已经过对数放大,由于湿度RH%-电阻变化并非理想的指数关系造成),它是通过先调节W1使当湿度源X=x1时,V=V1,再调节W2使当湿度源X=x4时,其V=V4(湿度源点x1、x2、x3、x4的选择根据文献〔1〕国家标准GB11605-89所规定进行,如选x1=22%RH,可调使V1= 0.22V;X4= 97%RH,可调使V4=0.97V),这时理想直线的特性曲线AD与实际测定的特性曲线AB→BC→CD相差较大,最大误差为Δmax,并且Δmax往往要超过±5%RH的范围,把折线AB→BC→CD通过调节成折线A′B′→B′C′→C′D′,以使这时的最大误差Δ′max为最小将是我们感兴趣的,Δ′max将小于±5%RH,这种方法是“牺牲两端,贡献中间”。那么,如何求得折线A′B′→B′C′→C′D′呢?