简易湿度测量仪的设计与制作.doc

课程设计报告 课程名称： 设计题目： 成绩： 姓 名： 学 号： 专 业： 班 级： 学 院： 指导教师： 时间： 摘要： 科技创新实践课程的目的是为了培养和提高学生的实践能力,动手能力,创新精神和创造能力,为学生参加校内外的各类科技创新实践活动提供必要的准备,为毕业后参加科研打下坚实的基础。通过本课程的学习和实践，能够培养学生良好的创新精神和创新能力，加深并扩大所学的理论知识范围，强化学生运用基本理论分析和处理实际问题的能力，同时有助于学生养成实事求是，一丝不苟，严谨的科学态度和独立工作能力。 本系统利用humirel公司的HS1101电容式高分子湿度传感器构成的湿度—频率转化电路实现湿度到频率的转化，通用型（F/V）变换器实现频率到电压的转化，最后使用LM324构成减法电路将LM331输出的湿度信号调整为满足3又1/2位数字是电压表显示要求的信号。555定时器、LM331等的直流供电电源要结合显示器件统一考虑，因此本系统采用±5V电源供电。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：湿度—频率转换，频率—电压转换，单级放大，3又1/2位DVM 目 录 一、 课程设计内容及要求 2 (一) 设计内容 2 (二) 设计要求 2 二、 系统方案论证及设计原理 2 (一) 方案论证 2 1. 湿度的表示方法 2 2. 湿度的测量 2 (二) 系统设计原理 3 1. 湿度－频率转换模块 4 2. 频率－电压转换模块 4 3. 湿度信号调理电路模块 4 三、 系统测量与调试 5 (一) 系统测量原理 5 1. 湿度－频率转换模块的测量 5 2. 频率－电压转换模块的测量 6 3. 湿度信号调理电路模块 6 (二) 系统调试方法 6 四、 总结与体会 6 五、 参考文献 6 课程设计内容及要求 设计内容 设计一个简易湿度测量仪,用来测量空气的湿度. 设计要求 技术指标: 湿度测量范围：5%RH∽95%RH，测湿精度：±2%RH 测量结果用数字显示 系统方案论证及设计原理 方案论证 湿度的表示方法 空气中含有水蒸气的量称为湿度。湿度的表示方法有很多，主要有质量百分比和体积百分比、相对湿度和绝对湿度、露点（霜点）等表示法。e）。而饱和蒸汽压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值（e）。温度越高，饱和水蒸汽压越大。在某一温度下，待测气体中的水蒸汽分压与相同温度下水的饱和水蒸汽压的百分比，称为相对湿度，用%RH表示,它是一个无量纲的量，其表示式为： %RH=(e/es)×100% 式中的e表示待测气体中的水中蒸汽分压；es表示待测气体中的饱和水蒸汽压。 （2）绝对湿度：绝对湿度表示单位体积内，空气中所含水蒸汽的质量，用AH 表示。其定义为： AH=(m/V) [单位是克/立方米-g/M3] 式中， m—待测空气中水蒸汽的质量 V---待测空气的总体积 ρv--待测空气的绝对湿度 湿度的测量 湿度传感器是能感受到外接湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质的变化，将湿度信号转化为有用信号的器件。对湿度传感器通常要求：在各种环境中稳定性好，响应时间短，寿命长，有互换性，耐污染和受温度影响小等。 可用HS1101将湿度变化转换为电容变化，再将电容的变化转换为频率信号的变化。 HS1101的典型性曲线如图2-1所示。 图2-1　HS1101的典型相应曲线 HS1101的电容的拟和曲线公式： C(pf)=C@55%*(1.25*10-7RH-3-1.36*10-5RH2+2.19*10-3RH+9.01*10-1) 通过HS1101—电容成线性关系。 将湿度信号转换为频率信号后，由于A/D转换器的输入信号是电压信号，所以必须将频率信号进一步转换为电压信号。 LM331输出的湿度信号不一定能满足显示器件的要求,例如要用3又1/2位数字式电压表显示, 在湿度测量范围内(0%RH∽100%RH),最好将湿度信号调整到0~100mV或0~1V, 这样便于用3又1/2位数字式电压表的0~200mV或0~2V档显示. 可用减法电路对湿度信号进行调整。 系统设计原理 本次设计采用模块化设计方法，把湿度测量仪分为三个大的模块来进行设计实现。这三个模块分别为湿度－频率转换模块、频率－电压转换模块和湿度信号调理电路模块，而湿度信号调理电路模块中又包含了3又1/2位数字式电压表的工作原理。 湿度－频率转换模块 本模块应用了由7555定时器组成的典型多谐振荡电路。如图2-2所示。 图2-2　由7555定时器构成的振荡电路 相当于可变电容的HS1101接在2脚和6脚，7脚用作R4的对地短路。HS1101通过R2