電子氣象高空探測電容式溼度傳感器的製作方法
2023-06-27 00:34:06 3
專利名稱：電子氣象高空探測電容式溼度傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子氣象技術領域，涉及一種電子氣象高空探測電容式溼度傳感器。
背景技術：
現有技術中用於高空氣象探測的溼度傳感器種類很多，機械式的如毛髮、滾發、腸衣等適用於機械電碼式探空儀和地面氣象溼度的探測，由於其精確度與適應性較差，現已被逐漸淘汰。現常用電子型的有電阻式和電容式，它們一般由溼度感應元件加上測量電路所組成。電阻式溼度傳感器的優點是測量解析度高，其測量電路簡單易行；而電容式溼度傳感器的最大優點是其低溼測溼性能大大優於電阻式，穩定性好，較適合高空氣象探測。但是，作為高空氣象探測儀器的探空儀是一次性使用儀器，要求成本低，但其環境要求又很高，溫度範圍為+50 -90°C，因此，要採用電容式溼度傳感器首先要解決以下兩大難點1.探空儀在使用時溼度感應元件是暴露在機體外的，引入機體的導線很長，這樣一來，導線產生的分布電容以及線路本身的分布電容將會影響溼度傳感器的測量精度和穩定性。2.目前市場上溼度感應元件的使用溫度範圍為_40°C +50°C，低於_40°C測量性能將大大降低，而探空儀使用溫度範圍最低要達-90°C。要求溼度感應元件達到-90°C，則其製作工藝將非常複雜，成本大大提高，是不可取的。在國外，一些廠商試圖解決這些難點， 如芬蘭Vaisala公司採用為溼度感應元件加溫的方法，並用多諧波振蕩器和低通濾波電路來完成電容一電壓的轉換。但他們的做法工藝複雜，成本高。另一些廠商在測量電路上做了改進，如德國Fraimhofer公司的專利「測量影響電容元件電容一電壓性能參量的線路和方法」(專利號US 5，235，267)，其措施是向電容元件施加一個周期電壓信號，通過電容元件電流與電壓信號部分周期的積分檢測出電容一電壓特性曲線的區域，再根據參量與電容關係從該區域中測定所測參量值，這一專利技術雖能提高測量精度和消除一些幹擾，但仍不能解決上述兩個難題。發明內容本實用新型的目的是解決現有技術存在測量範圍小、測量精度低、靈敏度低的技術問題，提供一種電子氣象高空探測電容式溼度傳感器，以克服現有技術的不足。為了實現上述目的，本實用新型電子氣象高空探測電容式溼度傳感器，其特徵是由電阻R2、R3以及晶體三極體Ql、Q2組成的第一達林頓電路與由電阻R4、R5以及晶體三極體Q3、Q4組成的第二達林頓電路之間通過轉換開關K連接一溼度感應元件Cs和一補償電容Cl，由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端；電壓信號源Vs通過耦合電阻 Rl與所述第一達林頓電路連接。本實用新型以電容式溼度傳感器取代目前在數字探空儀上使用的電阻式溼度傳感器，而使該探空儀的溼度探測性能更進一步提高，可在環境溫度45 _90°C的高空惡劣環境下進行探測溼度，其範圍可達0 100% RH，測量精確度彡5% RH，滯後係數彡1秒，因此本實用新型測量範圍大、測量精度高、靈敏度高，可用於高空氣象探測中溼度的測量，也可用於地面自動氣象站。本實用新型既具有溫度補償，又能消除分布電容，工藝簡單、生產成本低。[0008]
附圖是本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
根據附圖，本實用新型由電阻R2、R3以及晶體三極體Q1、Q2構成的第一達林頓電路，在電壓信號源Vs與溼度感應元件之間加第一達林頓放大電路，用以消除長導線引起的分布電容所產生的積分效應，改善電壓信號前後沿；第二達林頓電路由電阻 R4、R5以及晶體三極體Q3、Q4所構成，在第一達林頓電路與第二達林頓電路之間通過轉換開關K連接一溼度感應元件Cs，可採用微分方法測出其電容的大小，並利用第二達林頓放大電路以產生正脈衝；另外，在該溼度感應元件Cs旁並接一個補償電容Cl，並用轉換開關K 進行轉換， 除消除測量電路本身的溫度係數外，還可配合探空儀主電路板，借鑑探空儀中溫度傳感器所測大氣溫度，對溼度感應元件Cs的溫度係數進行修正，以保證傳感器在低溫下的工作精度；由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端，可將正脈衝轉換成直流電壓，通過直流電壓的高低間接測出電容式溼度感應元件的大小即溼度值。本實用新型的工作原理電壓信號源Vs通過耦合電阻Rl將正脈衝信號加入第一達林頓電路，經放大後產生前後沿陡直的脈衝信號，由轉換開關K轉接溼度感應元件Cs或補償電容Cl ；當轉換開關K接溼度感應元件Cs時，輸出溼度測量值；當轉換開關K接補償電容Cl時，由於補償電容Cl的溫度性能預先經過測定，因而可以作為不同大氣溫度時的基準電容值，由探空儀中微處理器進行有關溫度補償的處理工作(大氣溫度由探空儀中溫度傳感器探出)。由於電阻R4與溼度感應元件Cs (或補償電容Cl)的時間常數較小，當電壓信號正跳變時，達林頓管Q3、Q4繼續保持導通狀態(0電壓)，當電壓信號負跳變時，達林頓管Q3、Q4截止(高電壓)，截止時間長短取決於溼度感應元件Cs (或補償電容Cl)的大小， 也就是達林頓Q3、Q4集電極上的正脈衝寬度與溼度感應元件Cs (或補償電容Cl)成正比。 通過電阻R6、電容C2將正脈衝信號轉換為直流電壓，正脈衝越寬，直流電壓越高，因此通過測量輸出端Vo的高低就可以間接測出溼度感應元件Cs電容的大小，再通過計算就可以測出所需要的溼度值。因在直流傳輸過程中電壓是不受分布電容影響的，因此該溼度值不受分布電容影響。
權利要求1. 一種電子氣象高空探測電容式溼度傳感器，其特徵是由電阻R2、R3以及晶體三極體 Q1、Q2組成的第一達林頓電路與由電阻R4、R5以及晶體三極體Q3、Q4組成的第二達林頓電路之間通過轉換開關K連接一溼度感應元件Cs和一補償電容Cl，由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端；電壓信號源Vs通過耦合電阻Rl與所述第一達林頓電路連接。
專利摘要本實用新型公開一種電子氣象高空探測電容式溼度傳感器，由電阻R2、R3以及晶體三極體Q1、Q2組成的第一達林頓電路與由電阻R4、R5以及晶體三極體Q3、Q4組成的第二達林頓電路之間通過轉換開關K連接一溼度感應元件Cs和一補償電容C1，由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端；電壓信號源Vs通過耦合電阻R1與所述第一達林頓電路連接。本實用新型可在環境溫度45～-90℃的高空惡劣環境下進行探測溼度，其範圍可達0～100％RH，測量精確度≤5％RH，滯後係數≤1秒，解決了現有技術存在測量範圍小、測量精度低、靈敏度低的技術問題，可用於高空氣象探測中溼度的測量，也可用於地面自動氣象站。本實用新型既具有溫度補償，又能消除分布電容的特點。
文檔編號G01N27/22GK201945575SQ20102066856
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者孫成武, 楊昆 申請人:楊昆