专利名称：高空气象探测用电容式湿度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及湿度自动控制系统中的湿度传感器，特别是一种高空气象探测用电容式湿度传感器。
但是，作为高空气象探测仪器的探空仪是一次性使用仪器，要求成本低，但其环境要求又很高，温度范围为+50～-90℃，因此，要采用电容式湿度传感器首先要解决以下两大难点1.探空仪在使用时湿度感应元件是暴露在机体外的，引入机体的导线很长，这样一来，导线产生的分布电容以及线路本身的分布电容将会影响湿度传感器的测量精度和稳定性。
2.目前市场上湿度感应元件的使用温度范围为-40℃～+50℃，低于-40℃测量性能将大大降低，而探空仪使用温度范围最低要达-90℃。如果硬是要求湿度感应元件达到-90℃要求，则其制作工艺将非常复杂，成本大大提高，是不可取的。
在国外，一些厂商采用一些措施试图解决这些难点，如芬兰Vaisala公司采用为湿度感应元件加温的方法，并用多谐波振荡器和低通滤波电路来完成电容-电压的转换。但他们的做法工艺复杂，成本高。
另一些厂商在测量电路上做了改进，如德国Fraunhofer公司的专利“测量影响电容元件电容-电压性能参量的线路和方法”(专利号US5,235,267)，其措施是向电容元件施加一个周期电压信号，通过电容元件电流与电压信号部分周期的积分检测出电容-电压特性曲线的区域，再根据参量与电容关系从该区域中测定所测参量值，这一专利技术虽能提高测量精度和消除一些干扰，但仍不能解决上述两个难题。
本实用新型采用了下列技术方案解决其技术问题一种高空气象探测用电容式湿度传感器，其特征在于由电阻R2、R3以及晶体三极管Q1、Q2组成的第一达林顿电路与由电阻R4、R5以及晶体三极管Q3、Q4组成的第二达林顿电路之间通过转换开关K连接一湿度感应元件Cs或一补偿电容C1，由电阻R6、电容C2组成的滤波器连接在电路输出端。
本实用新型以电容式湿度传感器取代目前在数字探空仪上使用的电阻式湿度传感器，而使该探空仪的湿度探测性能更进一步提高，可在环境温度45～-90℃的高空恶劣环境下进行探测湿度，其范围可达0～100％RH，测量精确度≤5％RH，滞后系数≤1秒，因此本实用新型测量范围大、测量精度高、灵敏度高，可用于高空气象探测中湿度的测量，也可用于地面自动气象站。如对它的进行二次开发也可以应用在国民经济各个领域，如造纸、仓库、图书馆、纺织、烟草等行业的湿度自动控制系统。
参照附图
，本实用新型由电阻R2、R3以及晶体三极管Q1、Q2构成的第一达林顿电路，在电压信号源与湿度感应元件之间加这一达林顿放大电路，用以消除长导线引起的分布电容所产生的积分效应，改善电压信号前后沿。
第二达林顿电路由电阻R4、R5以及晶体三极管Q3、Q4所构成，在第一达林顿电路与第二达林顿电路之间通过转换开关K连接一湿度感应元件Cs，可采用微分方法测出其电容的大小，并利用第二达林顿放大电路以产生正脉冲。另外，在该湿度感应元件Cs旁并接一个补偿电容C1，并用转换开关K进行转换，除消除测量电路本身的温度系数外，还可配合探空仪主电路板，借鉴探空仪中温度传感器所测大气温度，对湿度感应元件Cs的温度系数进行修正，以保证传感器在低温下工作精度。
由电阻R6、电容C2组成的滤波器连接在电路输出端，可将正脉冲转换成直流电压，通过直流电压高低间接测出电容式湿度感应元件的大小即湿度值。
以下详细阐述本实用新型的工作原理电压信号源Vs通过耦合电阻R1将正脉冲信号加入第一达林顿电路，经放大后产生前后沿十分陡直的脉冲信号，由转换开关K转接湿度感应元件Cs或补偿电容C1。
当转换开关K接湿度感应元件Cs时，输出湿度测量值；当转换开关K接补偿电容C1时，由于补偿电容C1的温度性能预先经过测定，因而可以作为不同大气温度时的基准电容值，由探空仪中微处理器进行有关温度补偿的处理工作(大气温度由探空仪中温度传感器探出)。由于电阻R4与湿度感应元件Cs(或补偿电容C1)的时间常数较小，当电压信号正跳变时，达林顿管Q3、Q4继续保持导通状态(0电压)，当电压信号负跳变时，达林顿管Q3、Q4截止(高电压)，截止时间长短取决于湿度感应元件Cs(或补偿电容C1)的大小，也就是达林顿Q3、Q4集电极上的正脉冲宽度与湿度感应元件Cs(或补偿电容C1)成正比。通过电阻R6、电容C2将正脉冲信号转换为直流电压，正脉冲越宽，直流电压越高，因此通过测量输出端Vo的高低就可以间接测出湿度感应元件Cs电容的大小，再通过适当计算就可以测出所需要的湿度值。因在直流传输过程中电压是不受分布电容影响的，因此该湿度值不受分布电容影响。
权利要求1.一种高空气象探测用电容式湿度传感器，其特征在于由电阻(R2、R3)以及晶体三极管(Q1、Q2)组成的第一达林顿电路与由电阻(R4、R5)以及晶体三极管(Q3、Q4)组成的第二达林顿电路之间通过转换开关(K)连接一湿度感应元件(Cs)或一补偿电容(C1)，由电阻(R6)、电容(C2)组成的滤波器连接在电路输出端。
2.根据权利要求1所述的高空气象探测用电容式湿度传感器，其特征在于电压信号源(Vs)通过耦合电阻(R1)加入第一达林顿电路。
专利摘要一种高空气象探测用电容式湿度传感器，由第一达林顿电路与第二达林顿电路之间通过转换开关连接一湿度感应元件或一补偿电容，RC滤波器连接在电路输出端。本实用新型以电容式湿度传感器取代目前在数字探空仪上使用的电阻式湿度传感器，而使该探空仪的湿度探测性能更进一步提高，可在环境温度45～－90℃的高空恶劣环境下进行探测湿度，其范围可达0～100％RH，测量精确度≤5％RH，滞后系数≤1秒，因此本实用新型测量范围大、测量精度高、灵敏度高，可用于高空气象探测中湿度的测量，也可用于地面自动气象站。如对它的进行二次开发也可以应用在国民经济各个领域，如造纸、仓库、图书馆、纺织、烟草等行业的湿度自动控制系统。
文档编号G01N27/22GK2594792SQ03228208
公开日2003年12月24日 申请日期2003年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者李吉明, 冯达礼 申请人:上海无线电二十三厂