一种基于电容的湿度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电容的湿度检测装置及方法，包含射频发射模块、射频接收模块、放大电路、LC震荡电路、测湿度电容C

Humidity detecting device and method based on capacitance

The invention discloses a capacitance based humidity detecting device and a method, comprising a radio frequency emitting module, a radio frequency receiving module, an amplifying circuit, a LC oscillating circuit and a humidity measuring capacitor C

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容的湿度检测装置及方法
本专利技术涉及一种湿度检测装置及方法，特别是一种基于电容的湿度检测装置及方法。
技术介绍
湿度计是测量气体湿度的物性分析仪器。湿度表示气体中的水蒸汽含量，有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度指气体中水蒸汽的绝对含量，最常用的单位是克/米^3。在一定温度、压力时，单位体积内的水蒸汽含量有一定的限度，称为饱和水蒸汽含量。相对湿度指气体中水蒸汽的绝对含量与同样温度、压力时同体积气体中饱和水蒸汽含量之比，常用符号为％R.H.。湿度计的用途很广，例如在超纯金属冶炼、纺织品加工、造纸和印染等生产过程以及食品储存和气象测量等方面，常需要用湿度计来测量或控制空气或工业流程气体的湿度。现在的普遍的商用湿度计总共包含三种。分别是氯化锂湿度计，氧化铝湿度计和干湿球湿度计。但由于以上的湿度计是通过材料性质的改变以及温度差去反应湿度，因此如今的湿度计存在许多缺点，包括湿度计的灵敏度不够，反应速度慢，要有适宜的温度条件和多次测量有损耗。而在许多领域中，湿度检测尤其重要，例如，化工行业对环境的湿度测量精度要求特别高，有些化工产品能快速与环境的湿气发生反应，因此对检测装置灵敏度的要求也很高。电容测湿度是如今新型湿度计的重要方法之一。不同于材料的方法，电容法的湿度测量装置具有许多优点，例如测量灵敏度高，损耗小等。但电容法的湿度测量需要对微小电容变化进行测量，因此如今许多电容法测湿度用到很多精密仪器。而精密仪器制造工艺复杂并且成本高昂，从而造成电容测湿度装置价格较高，难以形成有效的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于电容的湿度检测装置及方法，其不需要用到紧密仪器，从而降低了电容测湿度成本，便于推广应用。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：包含射频发射模块、射频接收模块、放大电路、LC震荡电路、测湿度电容C2和电阻R，射频发射模块与射频接收模块通过无线天线无线连接，放大电路与射频接收模块连接用于放大接收的射频信号，LC震荡电路一端与放大电路连接，LC震荡电路另一端与电阻R一端连接，电阻R另一端接地，测湿度电容C2与LC震荡电路的电容C1并联并且电容C1为带示数的可调电容。进一步地，所述射频发射模块和射频接收模块采用FM发射模块和FM接收模块。进一步地，所述FM接收模块采用SP7021FM接收模块。进一步地，所述测湿度电容C2两端并联有一个示波器。进一步地，所述测湿度电容C2为平板电容，由两片平行正方形金属板构成。一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：在已知湿度环境下进行校准，已知湿度记为RH1，射频发射模块发射的频率F0为一个定值，则电容C1和测湿度电容C2的并联电容值C0为一个定值，调节电容C1使放大电路放大倍数最大，测湿度电容C2＝C0-C1，记此时测湿度电容值为C21；步骤二：测试空气湿度，记被测空气湿度为RH2,调节电容C1使放大电路放大倍数最大，记此时测湿度电容值为C22；步骤三：计算测湿度电容差值△C＝C22-C21，湿度差△RH＝RH2-RH1，根据公式ΔRH＝γ·ΔC计算出被测空气湿度RH2的值，其中γ为常数。进一步地，所述步骤一中调节C1使放大电路放大倍数最大通过示波器观察进行调节。进一步地，所述公式ΔRH＝γ·ΔC的计算过程为：空气湿度其中，为空气内水的偏压，为空气在一定温度下的饱和偏压；相对介电常数与空气成分偏压的关系为其中，αi为各成分的极化强度；水蒸气偏压由(1)(2)(3)式可得当∈r变化很小时，公式(4)可近似成：可得由介电常数∈＝∈r∈x(7)可得令可得ΔRH＝μ·Δ∈(10)已知对于无限大的均匀带电的两平行板的电容决定公式：其中C为电容器的电容大小，∈0为真空介电常数，∈r为相对介电常数，∈是电容器中的介质的介电常数，d为两平行板的间距；电容的定义式为：C＝Q/U(12)Q为其中电容器一端的电荷量，而U为电容器两端的电势差；电容C理论值为由于现实中不存在所谓的无限大的金属平行板，两端金属板也不会带电均匀，因此近似为：C＝C0+Δ∈·k(14)ΔC＝Δ∈·k(15)Δ∈＝ΔC/k(16)其中C0为已知某一电容值，k为在这一点附近的电容变化率；由此可得令：于是：ΔRH＝γ·ΔC(19)。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本专利技术即保证了电容测湿度装置的高灵敏度和精度，同时又不需要高精度精密仪器进行辅助，大大降低了电容式湿度计的成本，便于应用和推广。附图说明图1是本专利技术的基于电容的湿度检测装置的示意图。图2是本专利技术的FM接收模块信号幅值与电容值的关系图。图3是本专利技术的实验数据图。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。如图所示，本专利技术的一种基于电容的湿度检测装置，包含射频发射模块1、射频接收模块2、放大电路3、LC震荡电路、测湿度电容C2和电阻R，射频发射模块1与射频接收模块2通过无线天线无线连接，放大电路3与射频接收模块2连接用于放大接收的射频信号，LC震荡电路一端与放大电路连接，LC震荡电路另一端与电阻R一端连接，电阻R另一端接地，测湿度电容C2与LC震荡电路的电容C1并联并且电容C1为带示数的可调电容。射频发射模块和射频接收模块采用FM发射模块和FM接收模块。FM接收模块采用SP7021FM接收模块。测湿度电容C2两端并联有一个示波器，可以通过示波器观察测湿度电容C2的波形信号。测湿度电容C2为平板电容，由两片相互平行的边长2cm的正方形金属板构成。测湿度电容C2基于谐振电路的放大效果，FM接收模块是用于接收高频的载波信号，通过谐振电路挑选出某一个频率，之后再解调成有用信号。之所以用FM接收模块是由于频率高的谐振电路能够放大小电容的变化量。与标准的RLC谐振电路不一样的是，本电路采用的是LC并联谐振。谐振电路是指电路频率变化时，电路中的信号强度会随之改变，当电路中的频率达到该电路的谐振频率时，信号强度最大，发生谐振现象。若此时电路中的电容发生变化，谐振现象就会消失，信号强度立即变小。因此谐振电路能够反应微小的电容变化。我们所用的FM接收模块是SP7021FM接收模块，该模块通过谐振端口接收固定的混信号波，之后通过解调，分离出有用的信号。一种基于电容的湿度检测方法，包含以下步骤：本专利技术中所称湿度均为相对湿度。步骤一：在已知湿度环境下进行校准，已知湿度记为RH1，射频发射模块发射的频率F0为一个定值，则电容C1和测湿度电容C2的并联电容值C0为一个定值，调节电容C1使放大电路放大倍数最大，测湿度电容C2＝C0-C1，记此时测湿度电容值为C21；步骤二：测试空气湿度，记被测空气湿度为RH2,调节电容C1使放大电路放大倍数最大，记此时测湿度电容值为C22；步骤三：计算测湿度电容差值△C＝C22-C21，湿度差△RH＝RH2-RH1，根据公式ΔRH＝γ·ΔC计算出被测空气湿度RH2的值，其中γ为常数。步骤一中调节C1使放大电路放大倍数最大通过示波器观察进行调节。公式ΔRH＝γ·ΔC的计算过程为：空气的相对湿度RH是衡量空气内部含有水分的多少，其公式为，空气湿度其中，为空气内水的偏压，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：包含射频发射模块、射频接收模块、放大电路、LC震荡电路、测湿度电容C

【技术特征摘要】
1.一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：包含射频发射模块、射频接收模块、放大电路、LC震荡电路、测湿度电容C2和电阻R，射频发射模块与射频接收模块通过无线天线无线连接，放大电路与射频接收模块连接用于放大接收的射频信号，LC震荡电路一端与放大电路连接，LC震荡电路另一端与电阻R一端连接，电阻R另一端接地，测湿度电容C2与LC震荡电路的电容C1并联并且电容C1为带示数的可调电容。2.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述射频发射模块和射频接收模块采用FM发射模块和FM接收模块。3.按照权利要求2所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述FM接收模块采用SP7021FM接收模块。4.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述测湿度电容C2两端并联有一个示波器。5.按照权利要求1所述的一种基于电容的湿度检测装置，其特征在于：所述测湿度电容C2为平板电容，由两片平行正方形金属板构成。6.一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：在已知湿度环境下进行校准，已知湿度记为RH1，射频发射模块发射的频率F0为一个定值，则电容C1和测湿度电容C2的并联电容值C0为一个定值，调节电容C1使放大电路放大倍数最大，测湿度电容C2＝C0-C1，记此时测湿度电容值为C21；步骤二：测试空气湿度，记被测空气湿度为RH2,调节电容C1使放大电路放大倍数最大，记此时测湿度电容值为C22；步骤三：计算测湿度电容差值△C＝C22-C21，湿度差△RH＝RH2-RH1，根据公式ΔRH＝γ·ΔC计算出被测空气湿度RH2的值，其中γ为常数。7.按照权利要求6所述的一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于：所述步骤一中调节C1使放大电路放大倍数最大通过示波器观察进行调节。8.按照权利要求6所述的一种基于电容的湿度检测方法，其特征在于：所述公式ΔRH＝γ·ΔC的计算过程为：空气湿度其中，为空气内水的偏压，为空气在一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅男，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32