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温湿度传感器发展现状及前景分析

发布时间:2019-08-30 访问次数:226次 来源:电子发烧友 分享:

早期由于技术各方面的限制,传感器并不能同时实现测量温度和湿度这两个功能,所以在早期我们为了测得温度和湿度两个重要参数,不得不同时使用温度传感器和湿度传感器。

人类发明的最早期的就是温度计,温度计测温的原理是利用液体受热膨胀,利用液体柱的高度对应温度的刻度来衡量当前温度值,这种温度计的缺点是量程有限、精度有限。早期的湿度传感器有简单的湿敏电阻或者湿敏电容制作而成,湿敏电阻和湿敏电容测湿度的原理是由于湿敏电阻上面有覆盖一层高分子膜,这层膜会随着环境湿度的变化而影响湿敏电阻的电导值或者湿敏电容的电容值,正式利用这种特性来完成了早期湿度传感器对环境相对湿度的测量。

随着科技的慢慢发展。后来的温度传感器上升到了现在仍然广泛被利用的DS18B20,他相对于简单的温度计来说具有精度高,抗干扰能力强等特点。此时的DS18B20温度传感器内已经内置计数器、存储器等现代先进集成模块。而这时的湿度传感器也慢慢的走向集成化,比如SHT11湿度传感器,此时的湿度传感器分为线性电压输出式集成湿度传感器、线性频率输出集成湿度传感器、频率/温度输出式集成湿度传感器三大类。这个时期的温度传感器和湿度传感器已经算是技术发展的象征。

几年前,国外的温湿度传感器已经达到了巅峰水平,而我国由于科技的制约,只能使用进口温湿度传感器去弥补我国大棚温湿度监控系统中智能化程度的不足。但是使用进口设备有很多局限性,且性价比不高。鑫芯电子科技有限公司在研究国外进口温湿度传感器之后,利用先进科学技术以及少部分进口元器件,研发出了X2W850-H1无线温湿度传感器,不仅有效的解决了大棚温湿度监控系统智能化的问题,并且能够做到利用无线信号传输实时监控信息,为推进我国农业大棚的发展贡献了十足的动力。

温湿度传感器发展现状及前景分析

温湿度传感器发展趋势

近年来,随着智能手机、平板电脑等移动设备的迅速发展,其中内置的微机电系统(MEMS)的比例越来越高。 “目前,我们公司的传感器每年的出货量已经超出了几千万片,全球业务增长幅度近年来都在40%左右。”总部位于瑞士的深圳盛思锐(Sensirion)公司总经理Paul Chia表示,作为全球领先的传感器制造商,盛思锐公司早在八年前就已经进入中国市场,并向中国厂商推广温湿度传感器。

“我们的产品在中国市场主要分三大应用:第一是安防监控;第二是节能,普遍应用到家电,汽车等领域;第三则是舒适度,主要应用于消费类电子产品领域。”在2009年,盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度传感器——SHT21,引起市场广泛关注。

一直以来,盛思锐在推广温湿度传感器的过程中,都非常注重于宣传舒适度概念。“之前的客户只有温度的概念,而没有湿度概念。其实相对湿度是与温度密切相关的,只有对同一测量点的湿度和温度进行数据采集,才能保证相对湿度的准确性。”Paul Chia表示,人体对空气湿度的舒适感应空间较窄,因此需要通过感应器来感知湿度,随时补充或降低水分。

在2009年,盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度传感器—SHT21,引起市场广泛关注。 盛思锐是业内第一家将温、湿度传感器集成到一起的厂商。“我们不仅仅是提供一个感应器,而是把温度补偿和标定数据都集成在一个电路里面。我们的温湿度传感器在出厂前都经过完全标定,客户只需将其跟单片机通讯就可以直接采集到数据。

”据介绍,温湿度传感器作为电子技术和物理化学原理的复合技术,硬件因素只占其中50%,另一个重要因素则是标定。如果要保证测出来的值是准确的,则需要保证每次检测的标定值永远在一个固定范围内,这是非常难做到的。一般来说,由于标定需要大量的数据来测试,只有产品出货量越大,产品稳定性才会越好。“由于一些小型IC厂商出货量较小,所以很难保证测量数据的稳定性和精准度”。

据了解,温湿度感应器目前主要分为电阻式、电容式两种,相对来说电容式的精准度比较好,感应速度非常快,但是在水分的侵蚀下容易氧化。由于盛思锐采用了独特的的电极分布和镀膜技术,使得感应器不仅不会氧化,还能很快吸收水分子。“基本上每一个厂家的湿度传感器都存在一个问题,进水容易损坏。

我们的传感器在水分蒸发后可以迅速还原,电阻式传感器无法做到这一点。”针对手机市场,应用匮乏成普及最大阻碍 Paul Chia认为,未来的传感器市场尤其是在消费电子及物联网等领域拥有广阔前景。当然在具体应用中,也面临一些需要解决的问题,“物联网方面,客户希望一块纽扣电池可以为传感器供电达4年之久,另外多种传感器的组网和无线传输方式也是一个问题。”但在手机行业的市场推广过程中,Paul Chia意识到,阻碍智能手机厂商采用温湿度传感器的主要原因,可能并非来自传感器本身。 “我们的产品能提供温湿度参数,但是怎样使其转化为手机用户的有利信息?”在日本,针对温湿度传感器的应用开发已经走在了前列。

盛思锐的温湿度传感器已被应用于日本某知名品牌手机当中。笔者猜测,相关数据可能会被NTT、DOCOMO等运营商卖给气象台或商家来进行分析。在中国,包括海尔、联想在内的手机厂商也开始了一些尝试,针对农村市场已经推出了可以显示温湿度的手机,可以帮助农民更便捷地了解气候变化。“未来我们还可能在一些针对老人的手持设备中加入温湿度传感器,提醒他们及时补充水分和调节空间温湿度。” 在消费电子领域,温湿度传感器的传统应用是天气预报以及室内监测,例如盛思锐三年前在香港做的“weather station”,通过一个显示屏显示日期、时间、温度和湿度。手机中如果仅仅集成这种应用,消费者是否愿意为增加的成本买单? “在接触国内手机客户的过程中,他们对我们的产品其实很看好,唯一的疑问是手机还缺少相关应用。

很遗憾的是,如果没有大型国际品牌手机厂商先使用,国内二、三线手机厂是不会贸然尝试的。”Paul Chia透露,近段时间他基本上遍访了国内排名前十位的智能手机厂商及IDH公司,但是最终还是确定先与日韩和欧美的几家国际品牌厂商开始合作。他同时表示,随着Windows 8、Android 4.0增加了对于温湿度传感器的API支持,相关的第三方应用开发者将可以在此基础上开发大量的应用软件。而一旦几家国际公司率先应用,将很快在国内形成更加完善的生态系统。

当然,如果要针对中国手机市场,成本是不得不考虑的一个因素,目前温湿度传感器在成本上仍然过高。“我们也意识到手机行业很多时候‘兴奋点’在1美金以下,而目前业界同样产品的价格还达不到兴奋点,所以我们也在研发一些体积较小、功耗较小、成本较低的产品。”Paul Chia表示,用于消费类电子产品上的传感器精度可能并不需要达到那么高,他认为5%湿度精度、0.5℃温度精度已经可以满足客户需求。随着传感器价格的持续降低,相信未来不只是高端手机,包括中、低端的智能手机都会考虑加入这一功能。

温湿度传感器是传感器网络产品的一种。2009年,当时世界上最小的数字湿度和温度传感器,引起市场广泛关注。不仅仅是提供一个感应器,而是把温度补偿和标定数据都集成在一个电路里面。温湿度传感器在出厂前都经过完全标定,客户只需将其跟单片机通讯就可以直接采集到数据。而现在,温湿度传感器基本上都是以这样的模式在市面上流通,追求更小更方便满足集成电路是未来温湿度传感器厂家要研究的方向。

温湿度传感器作为电子技术和物理化学原理的复合技术,硬件因素只占其中50%,另一个重要因素则是标定。如果要保证测出来的值是准确的,则需要保证每次检测的标定值永远在一个固定范围内,这是非常难做到的。精度高,性能稳定一直是温湿度传感器的硬性指标。

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