Как купить...

Полный перечень продукции HoneyWell просмотреть по ссылке...

В статье рассмотрены устройство, характеристики и особенности современных интегрированных полупроводниковых датчиков влажности компании Honeywell, а также проведен сравнительный анализ существующих сегодня технологий их производства.

В настоящее время на практике для измерения относительной влажности применяется несколько технологий, использующих свойство различных структур изменять свои физические параметры (емкость, сопротивление, проводимость и температуру) в зависимости от степени насыщения водяным паром. Каждой из этих технологий свойственны определенные достоинства и недостатки (точность, долговременная стабильность, время преобразования и т.д.). В таблице 1 приведен сравнительный анализ характеристик емкостных и резистивных датчиков относительной влажности, при производстве которых применяются различные материалы.

Таблица 1.

Среди всех типов емкостные датчики, благодаря полному диапазону измерения, высокой точности и температурной стабильности, получили наибольшее распространение как для измерения влажности окружающего воздуха, так и применения в производственных процессах.

Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры (рис. 1), образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.

Рисунок 1. Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности

В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора (рис. 1) и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой — снижает время отклика.

Выходной сигнал любого (емкостного или резистивного) абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы. Именно для этих целей некоторые модели датчиков Honeywell имеют встроенный платиновый терморезистор сопротивлением 1000 Ом, который расположен с обратной стороны подложки (рис. 2).

Рисунок 2. Структура датчика влажности со встроенным платиновым датчиком температуры

Датчики влажности Honeywell — это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента и термосенсора, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность. Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис. 3).

Рисунок 3. Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой

Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:

1. Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением U_вых = U_пит(0,0062 · (%RH₂₅) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH₂₅ при температуре 25 °C.

2. Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RH_{истинная} = (%RH₂₅) · (1,0546 - 0,00216T), где T измеряется в °C.

Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:

Рисунок 4. Характеристики преобразования датчика влажности Honeywell при различных температурах

Для примера на рис. 4 приведены характеристики преобразования реального датчика Honeywell при различных температурах. Практически все датчики влажности Honeywell комплектуются калибровочным паспортом (рис. 5). Этот документ отражает реальные значения выходных напряжений при эталонных значениях относительной влажности, крутизну характеристики преобразования, номера партии и пластины, соответствующие конкретному экземпляру.

Рисунок 5. Заводской калибровочный паспорт

Все датчики влажности Honeywell имеют сходную функциональную организацию, но различаются конструктивным исполнением и наличием или отсутствием встроенного термодатчика.

Модели HIH-3602-A и HIH-3602-C выполнены в упрочненном металлическом корпусе TO-5 с дополнительным зернистым гидрофобным фильтром из нержавеющей стали. Они идеальны для аппаратуры, предназначенной для жестких условий эксплуатации. HIH-3602-A содержит прецизионный NTC термистор 100 кОм, а HIH-3602-A — прецизионный платиновый терморезистор 1000 Ом.

Модели HIH-3602-L и HIH-3602-L-CP выполнены в корпусе TO-39 со щелевым отверстием. Они предлагают оптимальное соотношение цена/надежность. Эти датчики нашли широкое применение в метеорологическом оборудовании и автомобильных системах климат-контроля.

Самые популярные и недорогие семейства HIH-3610-xxx и HIH-4000-xxx, выполненные в пластмассовом корпусе с открытым кристаллом, ориентированы на массовое производство и идеальны для ОЕМ потребителей. Для сравнения в таблице 2 приведены основные электрические и эксплуатационные характеристики всех датчиков влажности Honeywell.

Таблица 2.