ZHCAC49 February 2023 HDC3020
1 應(yīng)用簡報(bào)
為了保持精度并延長濕度傳感器的使用壽命，將傳感器保持在受控環(huán)境中非常重要。因此，空腔德州儀器 (TI) 濕度傳感器 可用于非冷凝環(huán)境。在
–20°C 至 70°C 的條件下，一般濕度工作范圍為 0% 至 100% 相對濕度
(%RH)。請參考器件數(shù)據(jù)表以了解特定的工作范圍。如果傳感器繼續(xù)在超出此處定義范圍的范圍內(nèi)運(yùn)行，則可能會(huì)導(dǎo)致傳感器讀數(shù)發(fā)生變化，恢復(fù)時(shí)間變慢。當(dāng)冷凝水引入系統(tǒng)并物理覆蓋濕度傳感器的空腔時(shí)，冷凝水可能會(huì)影響性能。
無論在使用 TI 濕度傳感器時(shí)多么妥當(dāng)，傳感器上或周圍都可能出現(xiàn)冷凝。如果傳感器被阻擋，冷凝可能會(huì)成為問題，因?yàn)槠骷赡軙?huì)給出不準(zhǔn)確的結(jié)果，如果長時(shí)間暴露在適當(dāng)范圍之外，器件性能可能會(huì)受到影響。幸好，TI 的濕度傳感器（例如 HDC2x 和 HDC3x）能夠使用其片上加熱器去除傳感器上和周圍的冷凝水，因此傳感器可以正確檢測空氣的 %RH。加熱系統(tǒng)可以減少冷凝，因?yàn)楦邷貢?huì)導(dǎo)致空氣變暖，因此空氣可以容納更多的水分，從而使冷凝蒸發(fā)。
特別是，HDC3020 包括一個(gè)可配置的加熱器，允許用戶定制加熱器設(shè)置和蒸發(fā)冷凝水所需的功率水平。加熱器能夠在 1.62V 至 5.5V 之間運(yùn)行，但為了有效去除冷凝水，當(dāng)前推薦的工作條件為 2.7V 至 5.5V。該器件中的跟蹤功能可以檢測潛在的冷凝情況并激活板載加熱器以去除濕氣，跟蹤整個(gè)加熱過程中 %RH 的變化并返回到環(huán)境狀態(tài)。了解露點(diǎn)很重要，因?yàn)槁饵c(diǎn)是冷凝開始形成的點(diǎn)。有關(guān)露點(diǎn)和其他重要計(jì)算的更多信息，請參閱使用相對濕度推導(dǎo)蒸氣壓、露點(diǎn)、絕對濕度和焓 應(yīng)用簡報(bào)。
HDC3器件 用戶指南中提供了有關(guān)去除冷凝水的過程的詳細(xì)信息。片上加熱器按照本文檔中概述的過程蒸發(fā)濕度傳感器上或周圍的冷凝水。
一定要持續(xù)監(jiān)測露點(diǎn)和溫度，以便在出現(xiàn)冷凝時(shí)采取預(yù)設(shè)措施。圖 1 說明了 TI 濕度傳感器具有警報(bào)功能，具有閾值限制以觸發(fā)微處理器，如果相對濕度 (%RH) 變得過高，微處理器又可以啟用加熱器。
此圖展示了當(dāng)用戶設(shè)置濕度閾值時(shí)警報(bào)功能如何工作。當(dāng)閾值限制超過或低于其限制時(shí)，ALERT 引腳置位或解除置位。
圖 1 ALERT 可編程環(huán)境閾值的圖示HDC3x 的另一個(gè)重要特性是內(nèi)置的 %RH 偏移誤差校正功能，用于校正由污染物、傳感器老化和極端條件引起的精度偏差。HDC3x 使用 TI 提供的基于固件的偏移校正算法來校準(zhǔn)器件。這是使用器件上的按需觸發(fā)模式完成的，用于測量速度。校正算法使用片上加熱器通過加熱消除漂移。加熱器將溫度升高到測得的 %RH 為偏移誤差的點(diǎn)。這是可能的，因?yàn)楫?dāng)空氣中的水量恒定時(shí)，%RH 會(huì)隨著溫度升高而降低。有關(guān)偏移校正算法的更多詳細(xì)信息，請參閱 HDC3x 器件 用戶指南。
TI 的偏移誤差校正遵循用戶指南 中所述的一般過程，確保器件盡可能準(zhǔn)確地讀取。
應(yīng)用
外部和內(nèi)部冷凝之間的主要區(qū)別在于控制環(huán)境的能力。如果系統(tǒng)在室內(nèi)，則通過系統(tǒng)更容易控制環(huán)境，而在室外環(huán)境中，一般區(qū)域的氣候是均勻的，因此很難改變系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。
看看室內(nèi)環(huán)境，家庭浴室是最常因?yàn)闊崴茉『退鄱霈F(xiàn)冷凝跡象的房間。大多數(shù)家庭都使用浴室風(fēng)扇來去除空氣中的水分，以便減少玻璃、鏡子和墻壁上的冷凝水。TI 濕度傳感器可用于檢測濕度以自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇。這些傳感器也可以受益于片上加熱器，因?yàn)樵谶@種環(huán)境中更有可能發(fā)生冷凝。擁有一個(gè)可保護(hù)自身和傳感器周圍環(huán)境的濕度傳感器，有助于家庭管理。此應(yīng)用還可以與已開始流行的新型浴室風(fēng)扇相關(guān)聯(lián)，這種風(fēng)扇包括藍(lán)牙?揚(yáng)聲器和 LED 燈。在風(fēng)扇中安裝濕度傳感器在此應(yīng)用中更有價(jià)值，可以保護(hù)藍(lán)牙揚(yáng)聲器的電子設(shè)備。TI 的濕度傳感器能夠識(shí)別濕度并消除系統(tǒng)最重要部分周圍的冷凝水。
冷凝在室外和室內(nèi)的 HVAC 環(huán)境中極為常見。在空調(diào)系統(tǒng)中，蒸發(fā)器線圈通過吸收空氣中的熱量和水分來冷卻熱空氣，從而形成冷凝。對于系統(tǒng)而言，要檢查系統(tǒng)是否正常運(yùn)行并處于更佳狀態(tài)，這種環(huán)境中的濕度傳感器非常重要。在冷凝環(huán)境中，濕度傳感器能夠消除任何可能發(fā)現(xiàn)自己留在芯片上的冷凝水非常重要，這使得片上加熱器必不可少。如果計(jì)劃在冷凝環(huán)境中使用 TI 濕度傳感器，HDC3022 是理想選擇，因?yàn)槠骷敳康?IP67 保護(hù)蓋可防止在空腔中形成冷凝。
結(jié)論
德州儀器 (TI) 的濕度檢測產(chǎn)品組合不僅提供高性能和可靠性，而且還提供商業(yè)和汽車級的保護(hù)蓋選項(xiàng)，它們配備精良，可應(yīng)對不同的應(yīng)用和環(huán)境。在此應(yīng)用中，片上加熱器為用戶提供保護(hù)設(shè)計(jì)，以便在發(fā)生冷凝時(shí)保持傳感器的質(zhì)量和精度。可以通過以下兩種方式去除冷凝水：按照器件用戶指南 中概述的步驟使用其片上內(nèi)置加熱器，或使用具有 IP67 保護(hù)蓋選項(xiàng)的 TI 濕度傳感器。