使用 RH 电桥和数字可编程电容器测量湿度

接线图 2024年10月20日 19:22 17 admin

交流电桥电路可用于测量传感器（例如相对湿度 (RH) 传感器）的未知电容。一些 RH 传感器具有电容与 %RH 的传递函数。通常，从 0% 到 100% 的电容变化值 (C) 非常小。使用具有高步进分辨率的 NCD2400 数字可编程电容器阵列可以帮助使用标准交流电桥电路确定未知电容和 RH 的值。

　　NCD2400 是一款采用微型 DFN 封装的 I 2 C 控制设备，具有宽电容范围和非易失性操作，具有 512 种数字电容状态。数据通过标准 I 2 C 2 线总线写入。图 1显示了典型电路。

使用 RH 电桥和数字可编程电容器测量湿度第1张

　　图 1使用具有高步进分辨率的 NCD2400 数字可编程电容器阵列可以帮助使用标准交流电桥电路确定未知电容的值和 RH。　

　该电路用作一个简单的交流电桥电路，具有匹配的电阻值和稳定的固定频率源。C 体电容可以固定在将要使用的特定 RH 传感器的 0% RH 电容上。例如，在图 2中，0% 体电容约为 270pF。在桥中设置一个近似值的固定电容，可使 NCD 分流电容以 355fF 的步长从 12.5pF 扫描至 60pF（本例中为 133 个离散值）。根据图 2 中的图表，此扫描电容与 282.5pF 至 330pF 或 0% 至 100% RH 的跨度相关。

使用 RH 电桥和数字可编程电容器测量湿度第2张

　　当通过写入 NDC2400 来扫描电容时，电容从低电容到高电容，差分放大器输出桥中的差分电压。当 ADC/?C 检测到电压最小值时，NCD 的电容值与 RH 传感器电容相匹配。此时，电容值可用于确定 RH%。
　　校准
　　系统校准至关重要，通常在湿度室中校准系统以确定传感器的校准曲线。由于 RH 和电容之间的关系不一定是线性的，因此校准更有可能产生如下形式的二次传递函数：
　　RH = A(Cp 2 )+ B(Cp) + C 其中 Cp = 传感器电容，A、B、C 为系数。
　　将 Cp 传递函数替换为使用 NCD 获得的电容值，并将电路归零，即可得到 RH 结果。然后，使用 RH 结果以及图 1 中温度传感器测得的温度值来计算温度补偿 RH 结果，因为这将产生最高的精度。
　　RH 测量是一项复杂的任务，应考虑所有测量不确定性。幸运的是，如果在系统级进行校准，则许多杂散电容和分支阻抗都会被抵消，并且可重复性良好。

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