模拟红外热电堆（英文版）

简介：

欢迎观看我们的“传感器推动智能化”视频系列。该系列介绍来自 TE Connectivity 的最新传感器技术。

在今天的“传感器推动智能化”视频中，我们将介绍 HTU31 湿度温度传感器。

1.什么是湿度？为什么它很重要？

湿度是指空气（或其他气体）中的水蒸气含量。

术语“湿度”是一个用于量化气体或大气中水蒸气含量的通用术语。

水蒸气在维持我们人类日常生活离不开的基础产品和技术的质量和功效方面发挥着至关重要作用。

对于各个行业的制造商来说，了解如何实施准确的湿度测量以及传感器产品的作用非常关键。

2. 如何测量？

湿度是空气中水蒸气的含量，可以使用绝对值和相对值来测量。绝对湿度是一定量的空气中水的质量 (MW)，通常以 g/m3 为单位表示。大多数人对相对湿度更为熟悉，相对湿度是指相对于空气在给定温度下可以容纳的最大水蒸气量，空气中的水蒸气量，以 0% 到 100% 的简单百分比表示。

3.什么是露点？

感谢地方气象员，让很多人熟悉了另一个术语“露点”，它是指某个大气温度下，当低于该温度时，水滴开始凝结并形成露珠（该温度因压力和湿度而异）。

4.为什么湿度很重要？

工业和居住环境中的湿度对于人们的长期健康很重要，不论是在办公室还是在家中。湿度传感和控制对于制造环境中的许多材料和工艺以及设备和员工的安全同样非常重要。

5. 有哪些与高湿度相关的问题？

大多数人至少会对室内高湿度水平引起的问题有一定程度的了解。这些问题可能包括室内空气质量差、发霉和霉菌生长、工业环境中的生产率降低、居住环境中的睡眠质量下降、哮喘和过敏症状加剧、硬木和家具弯曲、暖通空调系统损耗、水电费增加。

另一方面，现实中存在很多与空气干燥或室内湿度水平较低相关的问题，这些问题通常不太为人所知和了解。这些问题包括工厂和工业环境中许多材料的加工和处理、静电放电以及人类健康和舒适度。

6. 产品描述

TE Connectivity (TE) 的 HTU31 湿度温度传感器系列在微型 6 针 DFN 表面贴装封装中提供非常精确的湿度和温度测量，且功耗要求极低。这些传感器经过出厂校准，具有 I²C 数字输出或 0.5V 至 4.5V 模拟输出，可在 -40°C 至 +125°C 的宽温度范围内工作。它们的工作电压范围也较宽，可编程 I²C 地址允许多个 HTU31 传感器在同一 I²C 总线上工作。16 位分辨率，±2% 湿度精确度，±0.2°C 温度精确度。HTU31 尺寸很小，仅为 2.5 x 2.5 x 0.9mm，是当今市场上最小、最精确的温度和湿度传感器之一。

7. 工作原理

HTU31 由湿度感应介电层以及多孔上电极、超薄聚合物层和用来将湿度转换为电容信号的下电极组成。

电容信号由自定义 ASIC 处理，ASIC 将湿度信息输出为数字格式。HTU31 也能读取温度，温度信息以数字格式或模拟输出形式提供。对于 25°C 以外的温度，可以使用温度信息提供更精确的湿度值。

以下是构成 HTU31 传感器的元件

-下部金电极设计得非常坚固，用来保护传感元件免受严苛环境影响

-超薄聚酰亚胺层用于提高聚合物对基板的完整性

-聚合物层经过优化，以最大限度提高对湿度的灵敏度

-上电极的厚多孔材料旨在提供快速响应以及从冷凝快速恢复

以下是其工作原理 - 1) 含有水分子的空气包围着 HTU31 传感器

2) 潮湿空气进入导电多孔电极

3) 空气中的水分子渗透到湿度感应介电质

4) 介电常数随水浓度成正比变化

5) 传感元件电容变化

6) ASIC 测量传感元件电容，然后将电容读数转换为数字数据

7) ASIC 还测量 HTU31 传感模具的温度，并输出该温度信息以及 I²C 或模拟输出电压中的湿度数据

8.湿度影响健康和舒适度

在健康方面，人体中约有 65% 的水，因此预防脱水极其重要。人体中存在许多用来维持 体内总体体液平衡以及健康和舒适度的机制，这些机制受室内空气湿度的影响很大。我们的皮肤、眼睛和呼吸系统都需要适当的湿度，来达到理想的健康和功能状况。调查显示，低湿度和流感传播的可能性之间存在联系。研究表明，较高的湿度水平会降低流感病毒的传染性。我们的身体抵抗力在相对湿度 (RH) 水平 > 30% 时较强，在较高的相对湿度水平下，空气中的传染性流感病毒较少，感染可能性降低。

9. 应用

HTU31 适用于各种应用，包括 HVACR 系统。这些系统需要准确的湿度和温度数据，以便为身处家中和工作场所的人们提供舒适的环境。HTU31 是合适的传感器，它提供精确而无需校准的湿度和温度数据，并提供真正的即插即用操作，因为它直接连接到 I²C 总线，它使用简单的简化编程的命令集，也可使用提供 0.5 至 +4.5 伏输出的可选模拟版本。

HTU31 能够准确可靠地控制室内环境，这一点很重要，不仅从舒适性来说如此，从控制细菌和病毒在空气中传播来说也如此。像 HTU31 这类湿度温度传感器在许多医疗保健应用（如 CPAP 和其他呼吸设备）中也发挥着关键作用。其体积小、精度高，可在各种医疗应用中提供准确可靠的湿度和温度信息。HTU31 以直接数字格式或 0.5V 至 4.5V 输出提供数据，将湿度感应元件与内置温度传感器相结合，可在各种应用中提供两组环境数据。

许多更为复杂的医疗呼吸系统都具有在患者调节气流中增加湿度的功能。增加湿度不仅使治疗更舒适，而且更有效。

其他适合 HTU31 的应用如冰箱、加湿器和除湿器等。HTU31 体积小，减少了电路板空间占用，功耗低，且能够利用睡眠模式操作，适用于电池供电应用以及用电量重要的任何地方。此外，其工作电压范围宽，从 3.0V 到 5.5V，因此兼容大多数典型的设备控制电路。

另一个非常适合 HTU31 的应用是打印机和复印机。湿度和温度是纸张处理、油墨和墨粉分配、确认过程是否高效以及结果是否专业的关键参数。高可靠性和环境适应性证实 HTU31 适用于各种商业、工业和消费印刷应用。

气象站（无论商用还是民用）是可以利用 HTU31 的另一个场景。其工作温度范围宽（从 -40°C 到 +125°C）以及精度高，这使其非常适合户外和成本关键型应用。

汽车舒适性和控制系统也是 HTU31 非常适合的一个应用领域。其工作温度范围符合汽车行业需求，小体积可集成到狭小的空间中，针对温度变化能快速响应。湿度不仅对乘客的舒适度很重要，对于车窗和镜子去雾也很重要。

10. 总结

TE Connectivity 推出了一款新型表面贴装湿度温度数字输出组合传感器 HTU31，封装尺寸为 2.5 x 2.5 x 0.9 mm。这些高精度传感器每个都经过校准，并进行了序列化以实现可追溯性，其相对湿度的典型精确度为 ±2%，温度的典型精确度 ±0.2°C。它们采用紧凑的 6 针 DFN 封装，提供快速响应，典型功耗仅为 3.78μW。这些传感器既提供可配置地址的数字 I²C 版本，也提供具有 0.5-4.5V 输出的模拟版本。

现在，我们已经向您介绍了我们的最新传感器技术，接下来轮到您将传感器纳入未来产品的设计中了。请访问 TE 官方网站，了解有关此传感器和 TE 广泛的传感器解决方案产品组合的更多信息。