湿度传感器 - “感测”并“看见”我们环境中的重要参数

设计挑战

传感器在我们的互联世界中的应用越来越广泛，并日益成为日常应用的核心。随着越来越多的传感器集成到各种产品中，以及需求的急速增长，设计工程师如今面临着针对当前新型应用进行性能优化的新挑战。他们通常必须使用传感器来监测温度、湿度、位置、压力等参数。

湿度传感器的作用

湿度是空气中的水分含量。虽然无法用肉眼观察到，但我们能感觉得到。它甚至会让人觉得感受到的温度比实际温度还要高。对于去过全球各地的人而言 — 尤其是靠近赤道的地方 — 空气会让人觉得热而沉重，会让人有种闷热、流汗的感觉。这种不适感不仅源于温度原因，还来自“相对湿度”。75 华氏度（或者 23 摄氏度）且相对湿度超过 80% 的条件下，我们会觉得温度超过了 80 华氏度（或者 26.6 摄氏度）。湿度在我们的日常活动中扮演着重要角色。它直接关系到个人舒适度（保持食物新鲜、以及在炎热天气打开 HVAC 系统），或者更加重要的关系到生命的情况，如确保为早产儿提供合适的湿度，以保证新生儿护理和成长。

当今世界，精确控制环境的能力是一种标准预期，而离开传感器则无法实现这一目标。

在 TE Connectivity，我们的湿度和温度组合传感器即使在极端变化和条件下，也能提供领先的响应时间、测量精度和持久性能。实际上，我们一直在推动传感器技术在数字、无线和组合解决方案方面的发展，旨在让应用更加智能、具备更高高效，在这一领域我们一直处于前沿地位。

在此将详细介绍设计工程师面临的一些最大的挑战，以及 TE 的 HTU2x 湿度和温度组合传感器设计是如何解决这些挑战的。

图 1： TE Connectivity HTU21D，HTU2x 系列温度/湿度传感器的零件。（图片由 TE Connectivity 提供）

挑战 1 - 如今，大部分应用都工作于较宽的湿度和温度范围内

无论闷热、寒冷、潮湿或干燥，在各种湿度和温度范围内，应用需要相同的系统能效，以达到最可靠的性能。这意味着，无论外部环境条件如何，传感器需始终达到最佳性能。

线性响应是关键所在。无论温度和温度如何变化，传感器的测量精度和稳定性必须保持相同。对于工业和电器用途等对环境变化很敏感的应用而言，这一点至关重要。例如，在设计传感器时，应通过提供线性响应和最低滞后来实现准确的测量。

HVAC 应用是一个很典型的例子，无论外面是炎热夏季还是阴雨绵绵的冬季，系统都能将环境温度和湿度调节到让您感觉舒适的范围内。无论季节变换，湿度传感器要经历主要相对湿度变化阶段，需要保持其线性响应。系统需要适应会影响家居或办公室舒适感的季节变换。

无论条件如何，HTU2x 设备的线性响应曲线将允许 HVAC 系统保持相同的性能。

挑战 2 - 应用需要快速响应时间以保持系统性能

有的应用需要设计出感测各种环境变化的能力，并快速反应，提供同类最佳整体系统性能。

快速响应时间是行业必需要求。仅具备测量精度并不能满足需求 – 传感器需要快速检测环境变化，并触发应用中的操作，以维持所需的水平。

例如，气象气球是现代气象预报的主力。如果不知道上方大气层的情况，几乎无法预测天气。可能海平面晴朗平静，但在 18,000 英尺（5,486 米）的位置，一场弱风暴可能很快就转变成更加危险的情况。通过定期发送气球组以测量上空大气情况，气象学家就能密切监视风暴的形成。HTU 传感器 — 由于其快速响应时间 — 将准确检测不同大气层的相对湿度。这有助预测这些天气变化，避免任何报警情况，例如当穿过云层时发送错误消息。

另一个相关示例是电器应用。当您在夏天打开冰箱门，热空气进入冰箱，形成冷凝并提高了相对湿度，导致结霜或者冷冻室内壁发烫。TE 的湿度芯片结构实现了行业领先的响应时间，2 秒钟。快速响应时间允许系统立即作出实时反应，避免出现这种情况。换言之，它可防止冻结形成，这意味着除霜循环将更短，能效更好。

挑战 3 - 暴露到环境变化的应用不得对测量产生影响

暴露到极端条件后，系统性能不得受到影响。

低滞后是关键能力。即使经过重要冷凝事件，传感器需要保持精确测量性能。

例如，当湿度回到初始点时，家电干燥循环将自动停止。低滞后将允许在“内部”内容物干燥时停止干燥循环，而不造成损坏。

在 HVAC 系统的另一个示例中，即使在秋冬季节长时间暴露到极端高湿度中，HVAC 系统性能将和炎热夏季完全一样。

挑战 4 - 考虑到传感器的广泛应用，它们必须易于使用，并且容易纳入到 OEM 的 SMD 装配线

如今，OEM 通过传感器等智能解决方案创新其产品，然而它们需要将其集成到生产过程中而不造成负面后果。

TE 的 HTU 传感器可集成在标准化的完全校准封装中，并集成到无任何限制的印刷电路板上。

如果您在寻求升级，或者要将您的下一代系统升级为更智能的应用，而不希望大幅改动您的装配流程，尝试 TE 的 HTU 传感器，它兼容标准 SMD 装配流程。

迎接这些苛刻挑战

TE Connectivity 认为技术改进将有助于塑造未来节能的发展。为此，我们的湿度和温度组合传感器（HTU20/HTU21）将大显身手。正确的传感器解决方案可以显著优化您的应用。我们拥有 20 多年的丰富经验，可提供湿度和温度组合传感器，即使暴露在极端变化和条件下，也能提供领先的响应时间、测量精度和持久性能。

可用的评估板

可为 Adafruit 的 HTU21DF 提供评估板。通过评估板，您可以测试 HTU21DF 的所有特性，以决定该设备是否将在您的系统中使用。

图 2： Adafruit 的 HTU21DF 评估板。

如果您已经有可扩展系统板，有各种可集成到以下平台的扩展板可用：  Arduino、Grove、mikroBUS™ Click™、PICtail™ Plus、Pmod™、Raspberry Pi 和 Xplained Pro。

结论

相比有竞争力的解决方案，TE 的 HTU 可感测真实相对湿度和温度，以提供同类最佳性能和卓越价值。无论您在进行新的工程设计或优化消费应用汽车中的现有设计，TE 的湿度和温度传感器可提供优质、随时连接的解决方案，实现您所需的精确性和可靠性。