CN204027720U - 室内温湿度检测单元装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种室内温湿度检测单元装置，旨在提供一种将温度和湿度传感器装置在一起能同时检测环境温、湿度的检测装置。本装置它包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和湿度检测电路装置在同一壳体内，所述温度检测电路包括12V直流电源、测温元件、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电阻至第十二电阻、增益调整电阻，所述湿度检测电路包括12V交流电源、放大电路直流工作电源、湿度传感器、第一晶体二极管、第二晶体二极管、电阻Ⅰ至电阻Ⅶ、电容Ⅰ至电容Ⅲ、热敏电阻，上述各元件及电源对应适配连接。本实用新型可应用于环境检测领域。

Description

室内温湿度检测单元装置

技术领域

本实用新型涉及环境监测领域中温湿度的检测装置，尤其涉及一种室内温湿度检测单元装置。

背景技术

城市居民每天在室内工作、学习和生活的时间占全天时间的百分之八十以上，一些老人、儿童在室内停留的时间更长。因此，居室环境与人类健康和儿童生长发育的关系极为密切。家居环境是家庭团聚、休息、学习和家务劳动的人为小环境。家居环境卫生条件的好坏，直接影响着居民的发病率和死亡率。室内环境保护越来越受到人们的重视，越来越多的人意识到室内空气环境的温湿度对人体健康的影响，实时了解和掌握环境的温湿度就需必须的设备对其进行监测。

监测环境的温、湿度要从温度与湿度的传感器讲起：温度传感器从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。从技术上又分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器；湿度传感器在近年来的发展中取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度、温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题，国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。湿度传感器从技术上分为a）氯化锂湿度传感器、b）碳湿敏元件C）氧化铝湿度计d）陶瓷湿度传感器。

任何传感器所输出的信号均是很微弱的，需经必须的电路放大、整理后才能为显示或控制装置利用，目前市面上的类似装置多为温度或者湿度单独的检测装置，将温度和湿度传感器装置在一起的温、湿度检测装置目前市面上尚未见到。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问提是供一种将温度和湿度传感器装置在一起能同时检测环境温、湿度的室内温湿度检测单元装置。

本实用新型的技术方案是：本实用新型包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和湿度检测电路装置在同一壳体内，所述温度检测电路包括12V直流电源、测温元件、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电阻至第十二电阻、增益调整电阻，所述湿度检测电路包括12V交流电源、放大电路工作电源、湿度传感器、第一晶体二极管、第二晶体二极管、电阻Ⅰ至电阻Ⅶ、电容Ⅰ至电容Ⅲ、热敏电阻，上述各元件及电源对应适配连接。

进一步地，所述温度检测电路中，所述第一电阻、测温元件、第三电阻、第四电阻依次串联后与所述12V直流电源并联，所述第一电阻的另一端连接所述12V直流电源的负极并接电路共地，所述第四电阻的另一端连接所述12V直流电源的正极，所述第二电阻、第十二电阻、第五电阻依次串联后，所述第二电阻的另一端连接所述第一电阻与所述测温元件的串联接点，所述第五电阻的另一端连接所述12V直流电源的正极，所述第三电阻与第四电阻的串联接点连接所述第二放大器的正端，所述第十二电阻与第五电阻的串联接点连接所述第一放大器的负端，所述增益调整电阻连接在所述第一放大器的正端和所述第二放大器的负端之间，所述第一放大器的正端和输出端间并联所述第七电阻，所述第二放大器的负端和输出端间并联所述第六电阻，所述第二放大器的输出端与所述第三放大器的正端间分别连接着所述第八电阻的两端，所述第一放大器的输出端与所述第三放大器的负端间分别连接着所述第九电阻的两端，所述第三放大器的正端通过所述第十电阻连接电路共地，所述第三放大器的负端与输出端间分别连接所述第十一电阻的两端，所述第三放大器的输出端为信号电压输出端。

进一步地，所述湿度检测电路中，所述湿度传感器的1端通过所述电阻Ⅱ与电路共地连接，所述湿度传感器的1端通过所述电阻Ⅲ与所述12V交流电源的一端连接，所述12V交流电源的另一端连接电路共地，所述湿度传感器的2端连接所述电阻Ⅰ的一端，所述电阻Ⅰ的另一端连接所述电容Ⅰ的一端，所述电容Ⅰ的另一端连接所述第一晶体二极管的负极和第二晶体二极管正极，所述第一晶体二极管的正极接电路共地，所述第二晶体二极管负极连接所述电容Ⅱ的一端、所述电阻Ⅳ的一端、所述放大器的正端，所述电容Ⅱ的另一端连接电路共地，所述电阻Ⅳ的另一端通过所述电阻Ⅶ连接电路共地，所述放大器的负端与输出端间并联着所述电阻Ⅴ，所述放大器的输出端还联接着所述电阻Ⅵ的一端，所述电阻Ⅵ的另一端为信号电压输出端并通过所述热敏电阻与电路共地连接，所述放大器工作电源连接直流工作电源VCC。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型它包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和湿度检测电路装置在同一壳体内，所述温度检测电路包括12V直流电源、测温元件、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电阻至第十二电阻、增益调整电阻，所述湿度检测电路包括12V交流电源、放大电路工作电源、湿度传感器、第一晶体二极管、第二晶体二极管、电阻Ⅰ至电阻Ⅶ、电容Ⅰ至电容Ⅲ、热敏电阻，上述各元件及电源对应适配连接；所以本实用新型利用温度检测电路进行温度检测，湿度检测电路进行室内湿度是一种将温度和湿度传感器装置在一起能同时检测环境温、湿度的检测装置。

附图说明

图1是本实用新型温度检测电路原理示意图；

图2是本实用新型湿度检测电路原理示意图；

图3是本实用新型第一视角简易结构图；

图4是本实用新型第二视角简易结构图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和湿度检测电路装置在同一壳体内，所述温度检测电路包括12V直流电源BT1、测温元件PT100、第一放大器A1、第二放大器A2、第三放大器A3、第一电阻至第十二电阻R1——R12、增益调整电阻Rs，所述湿度检测电路包括12V交流电源Vs、直流工作电源VCC、湿度传感器CGS-H14、第一晶体二极管D1、第二晶体二极管D2、电阻Ⅰ至电阻Ⅶ R1——R7、电容Ⅰ至电容Ⅲ C1——C3、热敏电阻RT，上述各元件及电源对应适配连接。

所述温度检测电路中所述第一电阻R1、测温元件PT100、第三电阻R3、第四电阻R4依次串联后与所述12V直流电源BT1并联，所述第一电阻R1的另一端连接所述12V直流电源BT1的负极并接电路共地，所述第四电阻R4的另一端连接所述12V直流电源BT1的正极，所述第二电阻R2、第十二电阻R12、第五电阻R5依次串联后所述第二电阻R2的另一端连接所述第一电阻R1与所述测温元件PT100的串联接点，所述第五电阻R5的另一端连接所述12V直流电源BT1的正极，所述第三电阻R3与第四电阻R4的串联接点连接所述第二放大器A2的正端，所述第十二电阻R12与第五电阻R5的串联接点连接所述第一放大器A1的负端，所述增益调整电阻Rs连接在所述第一放大器A1的正端和所述第二放大器A2的负端之间，所述第一放大器A1的正端和输出端间并联所述第七电阻R7，所述第二放大器A2的负端和输出端间并联所述第六电阻R6，所述第二放大器A2的输出端与所述第三放大器A3的正端间分别连接着所述第八电阻R8的两端，所述第一放大器A1的输出端与所述第三放大器A3的负端间分别连接着所述第九电阻R9的两端，所述第三放大器A3的正端通过所述第十电阻R10连接电路共地，所述第三放大器A3的负端与输出端间分别连接所述第十一电阻R11的两端，所述第三放大器A3的输出端为信号电压输出端。

所述湿度检测电路中所述湿度传感器CGS-H14的1端通过所述电阻Ⅱ R2与电路共地连接，所述湿度传感器CGS-H14的1端通过所述电阻Ⅲ R3与所述12V交流电源Vs的一端连接，所述12V交流电源Vs的另一端连接电路共地，所述湿度传感器CGS-H14的2端连接所述电阻ⅠR1的一端，所述电阻ⅠR1的另一端连接所述电容ⅠC1的一端，所述电容ⅠC1的另一端连接所述第一晶体二极管D1的负极和第二晶体二极管D2正极，所述第一晶体二极管D1的正极接电路共地，所述第二晶体二极管D2负极连接所述电容ⅡC2的一端、所述电阻ⅣR4的一端、所述放大器的正端，所述电容ⅡC2的另一端连接电路共地，所述电阻ⅣR4的另一端通过所述电阻ⅦR7连接电路共地，所述放大器的负端与输出端间并联着所述电阻ⅤR5，所述放大器的输出端还联接着所述电阻ⅥR6的一端，所述电阻ⅥR6的另一端为信号电压输出端并通过所述热敏电阻RT与电路共地连接，所述放大器工作电源连接直流工作电源VCC。

本实施例中，通过温度和湿度两个独立的传感器对室内环境的探测，根据室内环境的温湿度变化输出变化的两组独立的电压信号。把室内温湿度的变化以直观的电压曲线变化的形式表现出来，通过四根引线输入输出，传感器的电阻值随温湿度变化而改变，通过测量其阻值改变引起的电压变化推算出被测物体的温湿度。如图所示，5Ω的电阻是导线电阻，12V电源是电桥电源。放大倍数主要由RS的电阻值决定。连接三个5Ω电阻的100Ω电阻为pt100，另一个100Ω电阻为高精度电阻和pt100在0℃的阻值相同。桥路上的另两个电阻选取较大电阻10kΩ，是为了使流过pt100的电流较小，否则电流较大，pt100将自身产生热量，是实际的温度改变，导致测量不准确。这样通过电桥产生的小电压，通过放大电桥后转化为可用电压。继而温度的变化影响电阻的变化，电阻的变化导致电压变化。由电压的变化可求得温度的变化，故达到热电阻测温的效果。采用3线制连接: 采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，采用R5、R4、R12、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2=10kΩ，R12为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和R12的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号,由此差压信号转换为温度。热电阻通过电阻相同的三根导线（用电阻R1、R2、R3表示）和电桥连接其中两条线分别接在相邻的两臂内，当温度变化时，只要它们的温度系数相同，它们电阻的变化就不会影响电桥的状态。该放大器的特点为，差动输入，单端输出。电压增益可由一个电阻 RS来确定，且增益连续可调，并有效地解决了后级负载对地连接的问题。A1、A2组成了同相高输入阻抗的差动输入，差动输出，并承担了全部的增益放大任务。由于电路结构对称，增益改变时，输入阻抗不变。反馈电阻R6=R7=10KΩ，放大器A1、A2的共增益、失调、漂移等误差均得到了相互补偿。后级A3的增益为1，具有较高的共模抑制比和抗干扰能力。直接输出A、B两点的电压，连接外部的仪器通过内部的A/D转换模块可以直接算出实时的温度值。

陶瓷湿度探测电路如图所示，经变压为12V的交流电输入，再经过电阻R2、R3分压后给陶瓷湿度传感器CGS—H14供电。湿度传感器输出的交流电经电阻R1限流、电容C1滤去谐波，再经过二极管D2整流、电容C2滤波后输入到信号跟随器的正相输入端。电路中用了一只NTC热敏电阻RT进行温度补偿，输出电压经整流，并经温度补偿。但在温度变化激烈的情况时，热敏电阻不可能对传感器作出完美的补偿，所以必须排除在类似条件下的测量工作，这样电路才能有更加精准、可靠的湿度检测结果。经信号跟随器隔离后输出的电压再经过R6和热敏电阻RT组成的电阻分压器分压后输出最终随湿度变化的电压。陶瓷湿度传感器在低湿度时电阻很大，并与湿度是一种指数关系。此外，在相对湿度从0%～100%的区间内，电阻可能变化3～6个数目级。由于大多数陶瓷湿敏传感器具有极化现象，所以还需要对电源频率有一定的要求。直流电桥电路固然可以保证高精度，并且可以补偿一些干扰因素，但在这里是不适用的。为消除极化效应，必须要用交流电源测量，所以陶瓷湿敏传感器的测量只能选用适当的交流电桥，并且必须同时一起考虑传感器的二个参数——阻抗和容抗的变化，陶瓷湿度传感器的等效电路是由并联的电阻和电容构成的。这使对随后的被测信号的分析处理工作复杂化。在有些应用领域中，湿度变化可以只用电阻或电容变化来表现，因而信号在经过相应的电桥平衡后只测量其中一个参数的变化。12V/50HZ的交流输入，经电阻R2、R3分压后流入湿度传感器。湿度传感器因烧结程度可得很多孔状物，而在多孔质表面上会吸附水蒸气，以形成吸附层，而吸附层内之H+离子会因水蒸气的附着形成电流载子，当湿度高时，吸附层之水蒸气附着的电流容易流动。湿度传感器通过改变电流的流动性来对输入的交流电压起到限流分压的作用，随着湿度的改变，湿度传感器的输出电压也随之改变。输出的电压在经过R1、C1的分压、滤波后进入D2整流、D1续流、C2滤波后输出给信号跟随器进行信号隔离。电阻R4、R7为湿度传感器的输出电路的假负载，改变R7的电阻值可以改变信号跟随器的正相输入电压。湿度传感器的输出电压经整流滤波后输入到信号跟随器的正相输入端，电阻R5作为信号跟随器的反馈大环路为反相输入端供电，信号跟随器隔离前面输入信号对输出信号的干扰同时也对流经的跟随器的信号有缓冲的作用，信号输出到电阻R6与热敏电阻RT组成的电阻分压器，VCC电源经过电容C3滤波后给信号跟随器供电，取电阻分压器上热敏电阻RT两端的电压作为输出电压。NTC的热敏电阻RT可根据湿度传感器所处的环境温度的变化，自动补偿温度的变化对检测电压带来的影响，使湿度的检测精准度更高。

本实用新型可广泛应用于环境温湿度检测领域。

Claims (3)

1.一种室内温湿度检测单元装置，它包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和湿度检测电路装置在同一壳体内，其特征在于：所述温度检测电路包括12V直流电源（BT1）、测温元件（PT100）、第一放大器（A1）、第二放大器（A2）、第三放大器（A3）、第一电阻至第十二电阻（R1——R12）、增益调整电阻（Rs），所述湿度检测电路包括12V交流电源（Vs）、直流工作电源（VCC）、湿度传感器（CGS-H14）、第一晶体二极管（D1）、第二晶体二极管（D2）、电阻Ⅰ至电阻Ⅶ（R1——R7）、电容Ⅰ至电容Ⅲ（C1——C3）、热敏电阻（RT），上述各元件及电源对应适配连接。

2.根据权利要求1所述的室内温湿度检测单元装置，其特征在于：所述温度检测电路中所述第一电阻（R1）、测温元件（PT100）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）依次串联后与所述12V直流电源（BT1）并联，所述第一电阻（R1）的另一端连接所述12V直流电源（BT1）的负极并接电路共地，所述第四电阻（R4）的另一端连接所述12V直流电源（BT1）的正极，所述第二电阻（R2）、第十二电阻（R12）、第五电阻（R5）依次串联后所述第二电阻（R2）的另一端连接所述第一电阻（R1）与所述测温元件（PT100）的串联接点，所述第五电阻（R5）的另一端连接所述12V直流电源（BT1）的正极，所述第三电阻（R3）与第四电阻（R4）的串联接点连接所述第二放大器（A2）的正端，所述第十二电阻（R12）与第五电阻（R5）的串联接点连接所述第一放大器（A1）的负端，所述增益调整电阻（Rs）连接在所述第一放大器（A1）的正端和所述第二放大器（A2）的负端之间，所述第一放大器（A1）的正端和输出端间并联所述第七电阻（R7），所述第二放大器（A2）的负端和输出端间并联所述第六电阻（R6），所述第二放大器（A2）的输出端与所述第三放大器（A3）的正端间分别连接着所述第八电阻（R8）的两端，所述第一放大器（A1）的输出端与所述第三放大器（A3）的负端间分别连接着所述第九电阻（R9）的两端，所述第三放大器（A3）的正端通过所述第十电阻（R10）连接电路共地，所述第三放大器（A3）的负端与输出端间分别连接所述第十一电阻（R11）的两端，所述第三放大器（A3）的输出端为信号电压输出端。

3.根据权利要求1所述的室内温湿度检测单元装置，其特征在于：所述湿度检测电路中所述湿度传感器（CGS-H14）的1端通过所述电阻Ⅱ（R2）与电路共地连接，所述湿度传感器（CGS-H14）的1端通过所述电阻Ⅲ（R3）与所述12V交流电源（Vs）的一端连接，所述12V交流电源（Vs）的另一端连接电路共地，所述湿度传感器（CGS-H14）的2端连接所述电阻Ⅰ（R1）的一端，所述电阻Ⅰ（R1）的另一端连接所述电容Ⅰ（C1）的一端，所述电容Ⅰ（C1）的另一端连接所述第一晶体二极管（D1）的负极和第二晶体二极管（D2）正极，所述第一晶体二极管（D1）的正极接电路共地，所述第二晶体二极管（D2）负极连接所述电容Ⅱ（C2）的一端、所述电阻Ⅳ（R4）的一端、所述放大器的正端，所述电容Ⅱ（C2）的另一端连接电路共地，所述电阻Ⅳ（R4）的另一端通过所述电阻Ⅶ（R7）连接电路共地，所述放大器的负端与输出端间并联着所述电阻Ⅴ（R5），所述放大器的输出端还联接着所述电阻Ⅵ（R6）的一端，所述电阻Ⅵ（R6）的另一端为信号电压输出端并通过所述热敏电阻（RT）与电路共地连接，所述放大器工作电源连接直流工作电源（VCC）。