如何为湿度传感器设计模拟信号调理器？

介绍

湿度是空气中的水蒸气量，表示为空气在给定温度下可以容纳的最大量的百分比。构建湿度传感器可能很困难，因为它们的动态范围很宽，而且传感器的驱动要求很高。但是我们可以通过定制电路在选定的范围内构建具有合理精度的湿度传感器。通过仔细选择构成模拟前端的器件来定制电路。如何为物理化学科学公司1型EMD-200o湿度传感器设计模拟信号调理器，描述如下

设计要求

我们希望构建体积小、成本低但精度合理的湿度传感器。所以我们选择了物理化学传感器。这种类型是精确的电阻型相对湿度（RH）。该传感器具有易于维护的系统利用，因为我们无需重新校准即可更换传感器，并且传感器定义了稳定的响应曲线。传感器只需进行少量校准调整即可实现传感器的高性能，但必须采用 5 伏电源和低成本工作。对于该传感器的激励，它需要没有直流分量的正弦波或方波。此外，该传感器具有非常宽的动态电抗范围（700欧姆至20MOhm）。为了获得完整的RH范围性能，我们必须考虑这种宽动态范围（约90 dB）。

电路设计

在本电路中，我们使用运算放大器LTC1250和LTC1050的零漂移特性。本电路还使用了一个精密仪表开关电容器模块LTC1043。该电路将保持A微伏级的直流精度，因此我们可以降低成本，因为我们不需要真正的RMS到DC或对数转换器，随着温度的变化，它们会不稳定。在该电路中，LTC1046 将 5V 电源转换为 -5V 电源。所以我们只需要一个 5 伏电源。该电路中有一个负电源，供U2、U3和U4使用。

U2A 为传感器提供激励，传感器是 LTC1043 开关电容器构建模块的一部分。该激励是交流方波，在 -5 到 5+ 伏之间摆动，频率约为 2.4 kHz，是 U3 自动零速率的一半。他偏离了在5 KHz处采取的物理化学响应曲线，可以认为是微不足道的。可变电阻R2提供满量程设置。我们必须将 R2 设置为 700 欧姆将导致 2：1 分压器，因为传感器的电阻在大约 700% RH 时为 90 欧姆。如果与U4增益（增益=2）结合使用，则该分压器产生的增益将达到3的总增益。必须包括U4，才能正常工作，否则，将由C7和C3形成分压器，这取决于相对湿度传感器的电阻。U4是一款精密自动归零运算放大器，自动归零频率约为75.2 kHz。“下部”开关 U3B 对 U4 输出进行采样，然后此示例为 U4 输入提供。U2 设置为提供 《》 的增益。

将U4的输出数字化很容易，该传感器的灵敏度取决于转换器的分辨率。刻度的干端（低相对湿度）取决于 A/D 分辨率。然而，满量程输出（大约90%湿度）基本上与ADC中的位数无关。例如，12位DAC将处理湿度信号，转换为约20%的RH，因为该湿度下的电压输出约为2.3mV，而0.5LSB为1.2mV。要读取低至10%的RH，转换350uV信号需要16位转换器。16位ADC价格昂贵，因此使用2通道12位转换器更经济，该转换器可在湿度范围内的某个地方改变范围。