專利名稱：高空氣象探測用電容式濕度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及濕度自動控制系統中的濕度傳感器，特別是一種高空氣象探測用電容式濕度傳感器。
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，溫度范圍為+50～-90℃，因此，要采用電容式濕度傳感器首先要解決以下兩大難點1.探空儀在使用時濕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濕度傳感器的測量精度和穩定性。
2.目前市場上濕度感應元件的使用溫度范圍為-40℃～+50℃，低于-40℃測量性能將大大降低，而探空儀使用溫度范圍最低要達-90℃。如果硬是要求濕度感應元件達到-90℃要求，則其制作工藝將非常復雜，成本大大提高，是不可取的。
在國外，一些廠商采用一些措施試圖解決這些難點，如芬蘭Vaisala公司采用為濕度感應元件加溫的方法，并用多諧波振蕩器和低通濾波電路來完成電容-電壓的轉換。但他們的做法工藝復雜，成本高。
另一些廠商在測量電路上做了改進，如德國Fraunhofer公司的專利“測量影響電容元件電容-電壓性能參量的線路和方法”(專利號US5,235,267)，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-電壓特性曲線的區域，再根據參量與電容關系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干擾，但仍不能解決上述兩個難題。
本實用新型采用了下列技術方案解決其技術問題一種高空氣象探測用電容式濕度傳感器，其特征在于由電阻R2、R3以及晶體三極管Q1、Q2組成的第一達林頓電路與由電阻R4、R5以及晶體三極管Q3、Q4組成的第二達林頓電路之間通過轉換開關K連接一濕度感應元件Cs或一補償電容C1，由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端。
本實用新型以電容式濕度傳感器取代目前在數字探空儀上使用的電阻式濕度傳感器，而使該探空儀的濕度探測性能更進一步提高，可在環境溫度45～-90℃的高空惡劣環境下進行探測濕度，其范圍可達0～100％RH，測量精確度≤5％RH，滯后系數≤1秒，因此本實用新型測量范圍大、測量精度高、靈敏度高，可用于高空氣象探測中濕度的測量，也可用于地面自動氣象站。如對它的進行二次開發也可以應用在國民經濟各個領域，如造紙、倉庫、圖書館、紡織、煙草等行業的濕度自動控制系統。
參照附圖
，本實用新型由電阻R2、R3以及晶體三極管Q1、Q2構成的第一達林頓電路，在電壓信號源與濕度感應元件之間加這一達林頓放大電路，用以消除長導線引起的分布電容所產生的積分效應，改善電壓信號前后沿。
第二達林頓電路由電阻R4、R5以及晶體三極管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連接一濕度感應元件Cs，可采用微分方法測出其電容的大小，并利用第二達林頓放大電路以產生正脈沖。另外，在該濕度感應元件Cs旁并接一個補償電容C1，并用轉換開關K進行轉換，除消除測量電路本身的溫度系數外，還可配合探空儀主電路板，借鑒探空儀中溫度傳感器所測大氣溫度，對濕度感應元件Cs的溫度系數進行修正，以保證傳感器在低溫下工作精度。
由電阻R6、電容C2組成的濾波器連接在電路輸出端，可將正脈沖轉換成直流電壓，通過直流電壓高低間接測出電容式濕度感應元件的大小即濕度值。
以下詳細闡述本實用新型的工作原理電壓信號源Vs通過耦合電阻R1將正脈沖信號加入第一達林頓電路，經放大后產生前后沿十分陡直的脈沖信號，由轉換開關K轉接濕度感應元件Cs或補償電容C1。
當轉換開關K接濕度感應元件Cs時，輸出濕度測量值；當轉換開關K接補償電容C1時，由于補償電容C1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)。由于電阻R4與濕度感應元件Cs(或補償電容C1)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)，截止時間長短取決于濕度感應元件Cs(或補償電容C1)的大小，也就是達林頓Q3、Q4集電極上的正脈沖寬度與濕度感應元件Cs(或補償電容C1)成正比。通過電阻R6、電容C2將正脈沖信號轉換為直流電壓，正脈沖越寬，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濕度感應元件Cs電容的大小，再通過適當計算就可以測出所需要的濕度值。因在直流傳輸過程中電壓是不受分布電容影響的，因此該濕度值不受分布電容影響。
權利要求1.一種高空氣象探測用電容式濕度傳感器，其特征在于由電阻(R2、R3)以及晶體三極管(Q1、Q2)組成的第一達林頓電路與由電阻(R4、R5)以及晶體三極管(Q3、Q4)組成的第二達林頓電路之間通過轉換開關(K)連接一濕度感應元件(Cs)或一補償電容(C1)，由電阻(R6)、電容(C2)組成的濾波器連接在電路輸出端。
2.根據權利要求1所述的高空氣象探測用電容式濕度傳感器，其特征在于電壓信號源(Vs)通過耦合電阻(R1)加入第一達林頓電路。
專利摘要一種高空氣象探測用電容式濕度傳感器，由第一達林頓電路與第二達林頓電路之間通過轉換開關連接一濕度感應元件或一補償電容，RC濾波器連接在電路輸出端。本實用新型以電容式濕度傳感器取代目前在數字探空儀上使用的電阻式濕度傳感器，而使該探空儀的濕度探測性能更進一步提高，可在環境溫度45～－90℃的高空惡劣環境下進行探測濕度，其范圍可達0～100％RH，測量精確度≤5％RH，滯后系數≤1秒，因此本實用新型測量范圍大、測量精度高、靈敏度高，可用于高空氣象探測中濕度的測量，也可用于地面自動氣象站。如對它的進行二次開發也可以應用在國民經濟各個領域，如造紙、倉庫、圖書館、紡織、煙草等行業的濕度自動控制系統。
文檔編號G01N27/22GK2594792SQ03228208
公開日2003年12月24日 申請日期2003年1月16日 優先權日2003年1月16日
發明者李吉明, 馮達禮 申請人:上海無線電二十三廠