温湿度传感器:选择高精度还是长期性能一致性?
作者 | 电子发烧友观察2022-01-06

温湿度传感器是一种对环境温、湿度进行检测的传感器。随着微处理器的飞速发展,微处理器与传感器的组合应用推动了各个产业向智能化的转型,温湿度传感器也在产业改革的浪潮中发挥着重要的作用,是各个产业迈向智能化必不可少的核心元件。

例如,在智能家居应用中,温湿度传感器可以实时采集房间内的环境温、湿度变化,通过传感器内部电路将采集到的环境信息转化为电信号向智能家居主控系统传输,再由主控系统判断是否需要进行抽湿、加湿或调温的操作,进而保证房间内的干湿平衡,为用户提升更好的生活环境和生活质量。

除了智能家居外,在工业设备、汽车、家用电器、医疗设备等应用中也少不了温湿度传感器的身影,工作环境温、湿度异常会严重影响设备工作的稳定性与安全性,甚至会对设备造成不可逆转的损害,缩短使用寿命。

各个产业向数字化、自动化以及高度集成化的发展已是板上钉钉的事情,那么温湿度传感器未来又会朝哪个方向发展呢?

温湿度传感器发展趋势

高精度、数字化,数字化转型已是各个产业发展的大方向,自然传感器也不例外,数字化的温湿度传感器有利于提高软硬件的适配性,通过软硬件的配合,有利于提升传感器的采集精度、自动化能力,进而提高设备的整体工作效率。

微型、高度集成化,随着应用设备功能的增加,更多元器件的引入,让原本就不富足的设备内部空间愈发拥挤,因此传感器向微型化、高度集成化已是大势所趋。

低功耗、无源化,不止于温湿度传感器,目前众多传感器都有着朝无源化的发展趋势,随着各类设备应用场景逐渐向户外拓展,无源传感器更有利于提高设备的续航能力和电池的使用寿命。

TI超高精度、低功耗的温湿度传感器

此前,TI正式对外发布了一款可抵御潮湿环境影响,满足工业、汽车应用的超高精度、低功耗温湿度传感器HDC3020。该传感器内置了抗污保护机制,可随时应对不断变化的环境湿度,以保证设备应用的可靠性。

温湿度传感器

图源:HDC3020温湿度传感器

据TI官方表示这款传感器具有超高的检测精度和可靠性,在极端条件下与同类型器件相比精度漂移更低,并且保持长期性能的一致性。每年相对湿度精度漂移能够有效控制在0.21%以内,即使连续工作十年检测误差精度最多也仅仅只是下降4%,与同类型传感器误差的8%相比,误差也降低了不少。对于汽车、工业设备等工作寿命超过10年的设备来说,较大的测量误差会在一定程度上降低设备的运行效率和与设备预期的使用年限。

测量精度随使用年份的变化

图源:测量精度随使用年份的变化

上图为HDC3020温湿度传感器与同类型产品,随工作年份变化,相对湿度测量精度漂移曲线图。通过二者相比,HDC3020温湿度传感器的起始漂移精度比同类型产品更低,同时,HDC3020的年增长率也相对更低。

如此小的漂移精度主要得益于TI在该芯片上集成了精度漂移校正技术,该技术能有效应对传感器自然老化、环境压力或污染等各种应力造成的精度漂移问题。同时,还能消除传感器在初始阶段的较小的精度漂移问题,以此保证在各种工作环境下数据保存的完整性,提高应用该传感器载体运行的可靠性。

在产品细节方面,该传感器具有湿度与温度两种检测功能,相对湿度测量精度为1.5%RH,温度测量精度为0.1℃,工作电压实现了1.62V至5.5的覆盖,较宽的工作电压有利于提高该传感器的应用覆盖率,满足不同电压的应用需求。同时,HDC3020还可在-40℃至125℃、10%RH至90%RH等极端温湿环境下保证工作的稳定性,可满足汽车、工业设备等高温高湿或低温干燥应用场景使用需求。

Sensirion数字温湿度传感器

上月,Sensirion正式向市场推出了适用于工业应用的数字温湿度传感器SHT4xI系列,该系列传感器是Sensirion第四代产品,主要由SHT40I和SHT41I组成。

温湿度传感器

图源:Sensirion

该系列传感器均采用了经过验证的CMOSens技术,以及无缝集成的坚固外壳。非常适用于工业应用中的恶劣条件下进行温湿度测量。同时片上还集成了可变功率加热功能,以保证在极端天气环境下设备的正常运转。

为提高传感器的测量精度,Sensirion还为该系列传感器加入了I2C快速模式Plus接口,通过该接口可对传感器进行测量精度校准,提高测量精度,以保证应用载体中长期工作的可靠性和更长的使用周期。

在产品细节方面,该系列传感器的相对湿度测量精度为5%RH,温度测量精度为0.2℃,与TI HDC3020的测量精度相比略逊一筹。同时该系列传感器可适用于相对湿度在0%RH至100%RH,温度在-40℃至125℃的工作环境。不过SHT40I在端干燥或潮湿的情况下,会出现最高8%RH的精度漂移,在极端温度的情况下会出现1℃的精度漂移,SHT41I检测精度受温湿度影响较小。

结语

在选择温湿度传感器时不仅要考虑传感器测量的精度问题,还要看传感器长时间使用时精度漂移幅度大小以及受环境影响的问题,同时还要考虑传感器是否有精度漂移校正功能。在如汽车工业设备等使用周期长的设备中,漂移校正功能尤为重要,不仅保证了传感器长期性能的一致性,在一定程度上还降低了设备的维护成本和延长使用寿命。

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