一种湿敏电容湿度传感器的制作方法

1.本实用新型涉及湿度传感器技术领域，尤其涉及一种湿敏电容湿度传感器。


背景技术：

2.电容型湿度传感器基于对湿敏电容值随温度变化进行精准高分辨率的测量，而对湿敏电容值微小变化的测量是一个较为复杂而棘手的问题，分布电容、引线电容、电磁干扰、信号泄漏、电路漂移等诸多因素都会严重地影响测量结果，而且很难消除，并且传统电容式湿度传感器测量电路有：谐振法，振荡法，交流电桥法，充放电法等，这些测量电路都存在寄生电容影响的问题，另外测量结果的精度还依赖于电源电压的稳定性，因此，为了解决此类问题，我们提出了一种湿敏电容湿度传感器。


技术实现要素：

3.本实用新型提出的一种湿敏电容湿度传感器，解决了测量连接电路分布电容影响被测电容和传感器测量精度较低的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种湿敏电容湿度传感器，包括壳体，所述壳体的顶端设置有mcu，所述mcu的顶端设置有螺纹安装块，所述螺纹安装块的顶端设置有保护管，所述保护管的内部设置有开关电路模块、积分电路模块、差分合成模块、电位平移模块和输出放大模块，所述开关电路模块的一端与mcu电性相连，且所述开关电路模块的另一端与积分电路模块电性相连，所述积分电路模块与差分合成模块电性相连，且所述差分合成模块与电位平移模块电性相连，所述电位平移模块与输出放大模块电性相连，且所述输出放大模块的另一端与mcu电性相连，所述的差分合成模块和电位平移模块均与mcu电性相连；所述mcu提供控制信号v
sw1
、v
sw2
，对v1电压ad转换，提取大于1mv电压部分，将采集v1中的大于1mv部分电压经da转换送到电位平移模块中进行运算，实现v1的电位平移得到v2，对所述输出放大模块输出电压v3进行ad转换，根据v3的采样值，标定计算出引起湿敏电容c6容值变化的湿度值。
6.优选的，所述保护管的顶端设置有透气孔，所述壳体的底端设置有引脚端子，所述引脚端子以壳体的中轴线呈对称设置，所述保护管的内壁设置有陶瓷套。
7.优选的，所述开关电路模块采用4模拟开关电路ic，且连接有被测湿敏电容c6，所述开关电路模块与积分电路模块和mcu进行连接，所述mcu向开关电路模块提供控制信号，对被测电容c6实现充电与放电。
8.优选的，所述开关电路模块可采用1片4模拟开关集成电路，也可采用2片2模拟开关集成电路。
9.优选的，所述积分电路模块由两个带放电回路的运算放大器积分电路u
1a
和u
1d
构成，u
1a
为被测电容的充电积分电路，u
1d
为被测电容的放电积分电路。
10.优选的，所述差分合成模块是由一个运算放大器组成的差分放大电路，将两个一正一负所述积分电路模块的输出电压v
c1
与v
c4
相减，合成一个输出电压v1。
11.优选的，所述电位平移模块由一个运算放大器组成的差分放大电路，将大于1mv的电压部分从v1中减去，保留小于1mv的部分。
12.优选的，所述输出放大模块由一个运算放大器构成的反向放大器，将电位平移模块的电路输出电压放大到10mv量级，输入阻抗》100mω，开环增益》10000倍。
13.优选的，所述运算放大器的运算放大集成电路为单运放集成电路、双运放集成电路、三运放集成电路以及四运放集成电路中的任一个。
14.优选的，所述mcu是一个具有3路以上adc转换电路，一路以上dac转换电路，能产生一对频率≥50khz反向波形的单片机集成电路。
15.本实用新型的有益效果为：
16.1、本实用新型通过开关控制对被测电容充放电，可实现用两个运放积分电路分别对充电与放电进行积分，直到积分电路的积分电容的每次充电与积分反馈电路rc放电达到平衡，避免了测量连接电路分布电容对被测电容的影响，测量分辨率可以做到10-4
pf。
17.2、本实用新型利用mcu自带的12位ad电路及da电路，可实现采用二次采样的方法实现精确到uv级的高精度电压测量，降低了成本而且还会减少硬件电路的复杂程度。
18.综上所述，该装置能够有效的避免测量连接电路分布电容对被测电容的影响，同时采用二次采样的方法实现精确到uv级的高精度电压测量，且降低了生产成本，方便使用。
附图说明
19.图1为本实用新型的结构示意图。
20.图2为本实用新型的壳体内部结构示意图。
21.图3为本实用新型的总电路结构示意图。
22.图4为本实用新型的开关电路结构示意图。
23.图5为本实用新型的积分电路结构示意图。
24.图6为本实用新型的差分合成电路结构示意图。
25.图7为本实用新型的电位平移电路结构示意图。
26.图8为本实用新型的输出放大电路结构示意图。
27.图9为本实用新型的开关联动结构示意图。
28.图中标号：1、壳体；2、mcu；3、螺纹安装块；4、保护管；5、透气孔；6、引脚端子；7、开关电路模块；8、积分电路模块；9、差分合成模块；10、电位平移模块；11、输出放大模块；12、陶瓷套。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.参照图1-图9所示，一种湿敏电容湿度传感器，包括壳体1，壳体1的顶端设置有mcu2(单片机)，mcu2的顶端设置有螺纹安装块3，螺纹安装块3的顶端设置有保护管4，保护管4的内部设置有开关电路模块7、积分电路模块8、差分合成模块9、电位平移模块10和输出放大模块11，开关电路模块7的一端与mcu2电性相连，且开关电路模块7的另一端与积分电
的充电与放电达到平衡，c1、c4上的电压v
c1
与v
c4
不再升高，v1＝v
c1-v
c4
正比于c6电容值，c1、c4的大小与c6的比值愈大测量速度越慢，测量精度越高；
38.当mcu2对v1进行ad转换取mv级精度，再精准da反变换得到v
1m
。做运算v2＝v
1-v
1m
；v3＝a*v2(a为精密放大器增益)，再对v3做ad转换，经过标定计算转换为湿度信号，从而提高了测量精度；
39.电路参数大约可取的
△
v1/
△
c6＝25.000*10-3
v/p的变化率，即电容每增加10-4
pf，v1增加2.5uv，因此测出v1微伏级的变化，就可测得湿度引起湿敏电容10-4
pf级的电容变化，c6左端充电接v
cc
(5v)，放电接地，因此ch左端连线上的分布电容对ch测量无任何影响，c6右端充电放电都是虚拟地，电压不是绝对0，因此对测试结果有一些影响，大概4uv/10p，从而能够有效的降低测量连接电路分布电容影响被测电容。
40.以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种湿敏电容湿度传感器，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)的顶端设置有mcu(2)，所述mcu(2)的顶端设置有螺纹安装块(3)，所述螺纹安装块(3)的顶端设置有保护管(4)，所述保护管(4)的内部设置有开关电路模块(7)、积分电路模块(8)、差分合成模块(9)、电位平移模块(10)和输出放大模块(11)，所述开关电路模块(7)的一端与mcu(2)电性相连，且所述开关电路模块(7)的另一端与积分电路模块(8)电性相连，所述积分电路模块(8)与差分合成模块(9)电性相连，且所述差分合成模块(9)与电位平移模块(10)电性相连，所述电位平移模块(10)与输出放大模块(11)电性相连，且所述输出放大模块(11)的另一端与mcu(2)电性相连，所述的差分合成模块(9)和电位平移模块(10)均与mcu(2)电性相连。2.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述保护管(4)的顶端设置有透气孔(5)，所述壳体(1)的底端设置有引脚端子(6)，所述引脚端子(6)以壳体(1)的中轴线呈对称设置，所述保护管(4)的内壁设置有陶瓷套(12)。3.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述开关电路模块(7)采用4模拟开关电路ic，且连接有被测湿敏电容c6，所述开关电路模块(7)与积分电路模块(8)和mcu(2)进行连接。4.根据权利要求3所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述开关电路模块(7)采用1片4模拟开关集成电路，或采用2片2模拟开关集成电路。5.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述积分电路模块(8)由两个带放电回路的运算放大器积分电路u
1a
和u
1d
构成，u
1a
为被测电容的充电积分电路，u
1d
为被测电容的放电积分电路。6.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述差分合成模块(9)是由一个运算放大器组成的差分放大电路，将两个一正一负所述积分电路模块(8)的输出电压v
c1
与v
c4
相减，合成一个输出电压v1。7.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述电位平移模块(10)由一个运算放大器组成的差分放大电路，将大于1mv的电压部分从v1中减去，保留小于1mv的部分。8.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述输出放大模块(11)由一个运算放大器构成的反向放大器，将电位平移模块(10)的电路输出电压放大到10mv量级，输入阻抗>100mω，开环增益>10000倍。9.根据权利要求8所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述运算放大器的运算放大集成电路为单运放集成电路、双运放集成电路、三运放集成电路以及四运放集成电路中的任一个。10.根据权利要求1所述的一种湿敏电容湿度传感器，其特征在于，所述mcu(2)是一个具有3路以上adc转换电路，一路以上dac转换电路，能产生一对频率≥50khz反向波形的单片机集成电路。

技术总结
本实用新型公开了一种湿敏电容湿度传感器，涉及湿度传感器技术领域，针对现有的测量连接电路分布电容影响被测电容和传感器测量精度较低的问题，现提出如下方案，其包括壳体，所述壳体的顶端设置有MCU，所述MCU的顶端设置有螺纹安装块，所述螺纹安装块的顶端设置有保护管，所述保护管的内部设置有开关电路模块、积分电路模块、差分合成模块、电位平移模块和输出放大模块，所述MCU用于控制开关电路模块，所述保护管的顶端设置有透气孔。本实用新型湿敏电容湿度传感器能够有效的避免测量连接电路分布电容对被测电容的影响，同时采用二次采样的方法实现精确到uV级的高精度电压测量，且降低了生产成本，方便使用。方便使用。方便使用。


技术研发人员：许赵武 周吉昌 许良
受保护的技术使用者：广州海谷电子科技有限公司
技术研发日：2023.02.09
技术公布日：2023/7/17