1、电动干湿球湿度计的设计目前，电子湿度传感器在测量范围和长期可靠性方面还不完善，对于气象和工业应用的湿度测量，干湿球测湿的方法仍然是应用的主流技术。干湿球测湿原理是:用一只温度传感器检测空气温度(干球温度), 用另一只相同的传感器检测被蒸馏水浸湿的面纱套内的温度(湿球温度)，通过计算或查表计算出相对湿度。对于常规应用的湿度测量或计量来说，其性能指标为测量范围:10%RH 100%RH；最 大 允 许 误 差：3%RH。所需对应的温度测量指标：(1)测量范围:-50 +50 ，最 大 允 许 误 差：0.50 ；(2) 时间常数：10 s；(3)通风速度：3 m/s5 m/s1。根据这个指标和相关
2、的标准，设计了一个电动式干湿球湿度计。1 系统结构设计电动式干湿球温度计一般须配置2 ：温度传感器两只（采用 AD590）、通风装置、上水装置。为使系统达到设计要求，需尽量保证干湿球测湿时，湿度的数值尽量只与干湿球温度有关（或加测试补偿）；而且，需使系统具有一定的实用性（常规实验室、测试间测量或计量使用）。本文参照 QX/T25-2004，并对比了几种实物进行了结构的设计。（1 ）机械通风式湿度测量仪由核心控制、电源、温度传感器、大气压传感器、水盒、风扇和由机箱构成的通风道几部分构成3。（2） Pt 电阻电动通风式。（3 ）由于 AD590K 体积较小，便于实现小型化，因此采用 AD590K。
3、本文借鉴了前两个实物，设计了如图 1 所示的结构。其特点是可拆卸、易安装，并可保存数据和发送数据。2 电路系统设计2.1 传感器的选择目前气象和专业测湿应用，建议采用 Pt100 或 Pt1000 电阻。如前所述，AD590 可以把体积做小，便于改进结构及工业应用推广，因此本文采用了 AD590。但标准建议，干球和湿球温度传感器在同一台干湿表传感器中，在 5 50 范围内配对偏差不大于 0.05 2，所以采用 AD590，需要性能好的如 AD590K、AD590L 或 AD590M，并做比较测试，也可通过软件补偿来实现产品的完善。本系统采用了 AD590K。2.2 测湿前端电路设计采用差动测温
4、度差并考虑校正电路（25 传感器校正、放大增益、零点校正、干球和湿球温度传感器对比修正），进行测湿系统设计。系统框图如图 2 所示。其中前端放大采用了 AD623 差动放大器，其电路原理图如图 3所示。其中一路测量干湿球的温度差（由于采用差动，其动态范围加大），另外通过软件选择单路测量又可独立测量干球温度（或湿球温度）。这样不但提供了精度相对较高的干湿球温度差和单独的干湿球温度，还便于软件校正、滤波等。2.3 处理器选择及供电电路设计系统采用 AD 公司的 2008 新产品基于 ARM 的模拟控制芯片 ADUC7060 为处理器。其速度快、采样精度高、使用温度范围宽、价格便宜，是一个性价比较高
5、的数据采集控制芯片。其特点是 CPU 内核采用“ARM7TDMI”，工作频率最大为 10.24 MHz，内置 32 KB 的闪存及 4 KB 的 SRAM，A/D 转换器的采样速度为 8 k 样本 /s，电源电压为2.5 V。在 CPU内核工作频率为 10.24 MHz，利用两个 A/D 转换器时，功耗为 25 mW。由于其系统电压为 2.5 V，而串口 MAX3232 等外设的电压为 3.3 V，AD590 等的工作电压为 5 V，因此系统采用了如图 4 所示的供电电路。其中 2.5 V 分模拟和数字两路供电，这是模拟控制器常见的保证精度和抗干扰的一种重要手段。处理器的最小系统如图 5 所示
6、。2.4 其他电路设计本文还采用串口接口电路、LED 显示电路（以及可选的气压测试电路、电机速度测量和控制电路）来提高系统的性能。图 6 所示为串口电路。3 湿度的计算3.1 利用公式进行湿度计算这种方法适用于精度较高的场合。在湿度测量中，采用以下方法进行计算4。相对湿度：ew 是在气压为 p、湿球温度为 tw 时相对于水面的饱和水汽压，ei 是在气压为 p、湿球温度为 ti 时相对于冰面的饱和水汽压，参照的阿斯曼干湿表的计算式可表示为：水：3.2 利用拟合和近似方法进行计算这种方法适用于精度要求一般的场合。可以上节的公式分析，实际上，湿度的大小主要由干球温度、干湿球温度之差（或湿球温度）来确
7、定。如最简单的查表法，就是最常见的经典方法。(1)可以采用多元线形拟合的方法来实现。如先考虑标准大气压，就只需把上面的公式的指数用级数展开，依次代入略去高次项就可。对于一般的大气压，把大气压表示为标准大气压与偏差之差，再展开就可得到。(2)采用通过对湿度、干球温度、干湿球温差三者关系的分析，将曲面问题转化成曲线问题的计算方法来计算5。如需提高精度，可以根据温度 T 分段处理来实现。由于 AD590 具有可以测量点温、不受测量线长度的影响、稳定性较好、产品防护等级高等优点，因此采用它做为电动式干湿球湿度计的温度传感器；另外本文采用了ADUC7060 微处理器，依据它设计了测量电路和结构设计，并经
8、验证。实验证明，本文的设计方法具有一定的借鉴意义。参考文献1 国家气象局气候监测应用管理司.气象仪器和观测方法指南（第 6 版）M.北京：气象出版社，1996.2 中华人民共和国气象行业标准.QX-T 25-2004 铂电阻电动通风干湿表传感器S. 中国，2004.3 王成，乔晓军，张云鹤，等.机械通风式干湿球湿度传感器测量误差分析J.现代科学仪器，2008，18(1)：79-81.4 黄晓因，张连根.干湿球法测量相对湿度算法研究及单片机实现J. 云南民族大学学报(自然科学版)，2003 ，12(3) ：155-157.5 杨泽林，李相白，李建春，等.智能干湿球相对湿度传感器的设计J. 自动化仪表，2010，31（2 ） :17-20.
