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1、2009年4月农机化研究第4期谷物湿度测量系统的设计朱亚东,师帅兵,胡磊(西北农林科技大学机电学院,陕西杨凌712100)摘要:通过比较市场上几种湿度传感器的优缺点,对谷物介电特性进行了分析,设计出一种谷物湿度传感器,并论述了谷物湿度测量系统的组成及工作原理。实践证明,该谷物湿度测量系统具有成本低、测量精度高和使用方便等特点,有一定的应用价值。关键词:湿度传感器;谷物;介电特性中图分类号:TP212.1;S126文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)04-0087-03湿度传感器大都采用与敏感层粘着方式,相互保持一0引言定间隔,配置
2、一对极薄的电极并对其间的电阻变化进随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提行测量。湿敏层的电阻一般都相当高,而电阻值过大高,湿度的检测不仅在工业生产过程中广泛应用,而时湿度传感器输出的测量电路就相当复杂,并且易受且在农业生产过程中必不可少,特别是在谷物的运输外来噪声和漏阻的影响,不能做高精度传感器输出的与储存过程中,检测并控制好谷物的湿度具有重要意测量。只有通过增大电极的对向面积或减小电极的义。在常规的环境参数中,湿度是很难准确测量的一间隙,来降低湿度传感器的电阻值。现有的电阻式湿个参数。传统的谷物测湿方法是通过称量烘干前后度传感器大都采用照相印刷
3、技术制作电极,尺寸精度谷物的质量来求湿度,这种方法的缺点是测量速度受到限制,电极间隙也不可能减小到理想的程度。因慢。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方此,电阻式湿度传感器的小型化便成为问题。法,也早已无法满足现代科技发展的精度的要求。近1.2电容式湿度传感器年来,国内外在湿度传感器研发方面取得了长足的进电容式湿度传感器作为第3代湿度传感器的代步。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化和智表,以其测量范围宽、响应速度快、温漂小、稳定性好能化检测的方向迅速发展,将湿度测量技术提高到新和使用方便等特点,得到了广泛的应用,但目前国内[1]外生产的产品普
4、遍存在着价格昂贵这一不利因素[3]。的水平。本文根据谷物的介电常数随谷物湿度变化而改变1常用湿度传感器的优缺点的特性,采用湿度传感器的传统工艺,研制出了性能湿度传感器就感湿材料而言,大致可以分为3类,较为理想的廉价电容式湿度传感器。即电解质型、半导体陶瓷型和有机高分子聚合物型。2湿度传感器的原理高分子湿度传感器虽然起步较晚,但发展迅速,是目前研究最多和应用较广的一类新型湿度传感器,可分随着湿度传感器技术的飞快发展,其测量的原理为电阻型、电容型、声表面波型和光学型等,并以前两也得到了充分的完善。湿度传感器分为水分子亲和类最为常用。力型湿度传感器与非水
5、分子亲力型湿度传感器。水1.1电阻式湿度传感器分子亲和力型湿度传感器是利用水分子有较大的偶电阻式湿度传感器的感应速度较快,结构紧凑,极矩、易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的特性而且适应性也优于机械式传感器[2]。现有的电阻式制成的湿度传感器。其测量原理是感湿材料在吸湿或脱湿过程改变其自身的性能,从而构成不同类型的收稿日期:2008-06-29湿度传感器。作者简介:朱亚东(1984-),男,江苏南通人,硕士生,(E-mail)非水分子亲和力型湿度传感器主要的测量原理yadong182@163.com。为:利用潮湿空气和干燥空气的热传导之差来测定湿通
6、讯作者:师帅兵(1956-),男,陕西永寿人,教授,硕士生导师,(E-mail)ngxssb@163.com。度;利用微波在含水蒸汽的空气中传播,水蒸汽吸收·87·2009年4月农机化研究第4期微波使其产生一定的能量损耗,传输损耗的能量与环ε0s对于一个固定的元件,可以设k1=,k2=境空气中的湿度有关,并以此来测定湿度;利用水蒸4πKd汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。Ks,则Cx=k1+k2u。4πKd本文研制的谷物湿度传感器属于非水分子亲和力由上式可以看出,Cx与u呈线性关系,从而由传型湿度传感器,主要利用微波在穿过谷物时,谷物吸[
7、6]感器电容量的大小即可决定环境中的相对湿度。收微波导致一定的能量损耗及传输损耗的能量与谷3.3信号转换系统物湿度有关的原理制成。电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件,3系统组成及其工作原理其电容量随着所测谷物湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,3.1谷物的介电特性分析常用的方法有两种:一是将该电容置于运放与阻容组微波法操作简单,测量精度高,范围广,可以实现成的桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整在线连续测量,在测量中不会受到物质的颜色和结构流和直流放大,再A/D转换为数字信号;二是将该湿等因素的影响。同
8、时,微波的穿透能力很强,能检测敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与物质表层和内部的水分含量,因此微波穿透法测湿
