設(shè)計挑戰(zhàn)

傳感器在我們的互聯(lián)世界中的應(yīng)用越來越廣泛，并日益成為日常應(yīng)用的核心。隨著越來越多的傳感器集成到各種產(chǎn)品中，以及需求的急速增長，設(shè)計工程師如今面臨著針對當(dāng)前新型應(yīng)用進(jìn)行性能優(yōu)化的新挑戰(zhàn)。他們通常必須使用傳感器來監(jiān)測溫度、濕度、位置、壓力等參數(shù)。

濕度傳感器的作用

濕度是空氣中的水分含量。雖然無法用肉眼觀察到，但我們能感覺得到。它甚至?xí)屓擞X得感受到的溫度比實(shí)際溫度還要高。對于去過全球各地的人而言 — 尤其是靠近赤道的地方 — 空氣會讓人覺得熱而沉重，會讓人有種悶熱、流汗的感覺。這種不適感不僅源于溫度原因，還來自“相對濕度”。75 華氏度（或者 23 攝氏度）且相對濕度超過 80% 的條件下，我們會覺得溫度超過了 80 華氏度（或者 26.6 攝氏度）。濕度在我們的日?；顒又邪缪葜匾巧?。它直接關(guān)系到個人舒適度（保持食物新鮮、以及在炎熱天氣打開 HVAC 系統(tǒng)），或者更加重要的關(guān)系到生命的情況，如確保為早產(chǎn)兒提供合適的濕度，以保證新生兒護(hù)理和成長。

當(dāng)今世界，精確控制環(huán)境的能力是一種標(biāo)準(zhǔn)預(yù)期，而離開傳感器則無法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

在TE Connectivity，我們的濕度和溫度組合傳感器即使在極端變化和條件下，也能提供領(lǐng)先的響應(yīng)時間、測量精度和持久性能。實(shí)際上，我們一直在推動傳感器技術(shù)在數(shù)字、無線和組合解決方案方面的發(fā)展，旨在讓應(yīng)用更加智能、具備更高高效，在這一領(lǐng)域我們一直處于前沿地位。

在此將詳細(xì)介紹設(shè)計工程師面臨的一些最大的挑戰(zhàn)，以及 TE 的HTU2x濕度和溫度組合傳感器設(shè)計是如何解決這些挑戰(zhàn)的。

圖 1： TE Connectivity HTU21D，HTU2x 系列溫度/濕度傳感器的零件。（圖片由 TE Connectivity 提供）

挑戰(zhàn) 1 - 如今，大部分應(yīng)用都工作于較寬的濕度和溫度范圍內(nèi)

無論悶熱、寒冷、潮濕或干燥，在各種濕度和溫度范圍內(nèi)，應(yīng)用需要相同的系統(tǒng)能效，以達(dá)到最可靠的性能。這意味著，無論外部環(huán)境條件如何，傳感器需始終達(dá)到最佳性能。

線性響應(yīng)是關(guān)鍵所在。無論溫度和溫度如何變化，傳感器的測量精度和穩(wěn)定性必須保持相同。對于工業(yè)和電器用途等對環(huán)境變化很敏感的應(yīng)用而言，這一點(diǎn)至關(guān)重要。例如，在設(shè)計傳感器時，應(yīng)通過提供線性響應(yīng)和最低滯后來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測量。

HVAC 應(yīng)用是一個很典型的例子，無論外面是炎熱夏季還是陰雨綿綿的冬季，系統(tǒng)都能將環(huán)境溫度和濕度調(diào)節(jié)到讓您感覺舒適的范圍內(nèi)。無論季節(jié)變換，濕度傳感器要經(jīng)歷主要相對濕度變化階段，需要保持其線性響應(yīng)。系統(tǒng)需要適應(yīng)會影響家居或辦公室舒適感的季節(jié)變換。

無論條件如何，HTU2x 設(shè)備的線性響應(yīng)曲線將允許 HVAC 系統(tǒng)保持相同的性能。

挑戰(zhàn) 2 - 應(yīng)用需要快速響應(yīng)時間以保持系統(tǒng)性能

有的應(yīng)用需要設(shè)計出感測各種環(huán)境變化的能力，并快速反應(yīng)，提供同類最佳整體系統(tǒng)性能。

快速響應(yīng)時間是行業(yè)必需要求。僅具備測量精度并不能滿足需求 – 傳感器需要快速檢測環(huán)境變化，并觸發(fā)應(yīng)用中的操作，以維持所需的水平。

例如，氣象氣球是現(xiàn)代氣象預(yù)報的主力。如果不知道上方大氣層的情況，幾乎無法預(yù)測天氣?？赡芎Ｆ矫媲缋势届o，但在 18,000 英尺（5,486 米）的位置，一場弱風(fēng)暴可能很快就轉(zhuǎn)變成更加危險的情況。通過定期發(fā)送氣球組以測量上空大氣情況，氣象學(xué)家就能密切監(jiān)視風(fēng)暴的形成。HTU 傳感器 — 由于其快速響應(yīng)時間 — 將準(zhǔn)確檢測不同大氣層的相對濕度。這有助預(yù)測這些天氣變化，避免任何報警情況，例如當(dāng)穿過云層時發(fā)送錯誤消息。

另一個相關(guān)示例是電器應(yīng)用。當(dāng)您在夏天打開冰箱門，熱空氣進(jìn)入冰箱，形成冷凝并提高了相對濕度，導(dǎo)致結(jié)霜或者冷凍室內(nèi)壁發(fā)燙。TE 的濕度芯片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的響應(yīng)時間，2 秒鐘。快速響應(yīng)時間允許系統(tǒng)立即作出實(shí)時反應(yīng)，避免出現(xiàn)這種情況。換言之，它可防止凍結(jié)形成，這意味著除霜循環(huán)將更短，能效更好。

挑戰(zhàn) 3 - 暴露到環(huán)境變化的應(yīng)用不得對測量產(chǎn)生影響

暴露到極端條件后，系統(tǒng)性能不得受到影響。

低滯后是關(guān)鍵能力。即使經(jīng)過重要冷凝事件，傳感器需要保持精確測量性能。

例如，當(dāng)濕度回到初始點(diǎn)時，家電干燥循環(huán)將自動停止。低滯后將允許在“內(nèi)部”內(nèi)容物干燥時停止干燥循環(huán)，而不造成損壞。

在 HVAC 系統(tǒng)的另一個示例中，即使在秋冬季節(jié)長時間暴露到極端高濕度中，HVAC 系統(tǒng)性能將和炎熱夏季完全一樣。

挑戰(zhàn) 4 - 考慮到傳感器的廣泛應(yīng)用，它們必須易于使用，并且容易納入到 OEM 的 SMD 裝配線

如今，OEM 通過傳感器等智能解決方案創(chuàng)新其產(chǎn)品，然而它們需要將其集成到生產(chǎn)過程中而不造成負(fù)面后果。

TE 的 HTU 傳感器可集成在標(biāo)準(zhǔn)化的完全校準(zhǔn)封裝中，并集成到無任何限制的印刷電路板上。

如果您在尋求升級，或者要將您的下一代系統(tǒng)升級為更智能的應(yīng)用，而不希望大幅改動您的裝配流程，嘗試 TE 的 HTU 傳感器，它兼容標(biāo)準(zhǔn) SMD 裝配流程。

迎接這些苛刻挑戰(zhàn)

TE Connectivity 認(rèn)為技術(shù)改進(jìn)將有助于塑造未來節(jié)能的發(fā)展。為此，我們的濕度和溫度組合傳感器（HTU20/HTU21）將大顯身手。正確的傳感器解決方案可以顯著優(yōu)化您的應(yīng)用。我們擁有 20 多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，可提供濕度和溫度組合傳感器，即使暴露在極端變化和條件下，也能提供領(lǐng)先的響應(yīng)時間、測量精度和持久性能。

可用的評估板

可為Adafruit的 HTU21DF 提供評估板。通過評估板，您可以測試 HTU21DF 的所有特性，以決定該設(shè)備是否將在您的系統(tǒng)中使用。

圖 2： Adafruit 的 HTU21DF 評估板。

如果您已經(jīng)有可擴(kuò)展系統(tǒng)板，有各種可集成到以下平臺的擴(kuò)展板可用： Arduino、Grove、mikroBUS? Click?、PICtail? Plus、Pmod?、Raspberry Pi 和 Xplained Pro。

結(jié)論

相比有競爭力的解決方案，TE 的 HTU 可感測真實(shí)相對濕度和溫度，以提供同類最佳性能和卓越價值。無論您在進(jìn)行新的工程設(shè)計或優(yōu)化消費(fèi)應(yīng)用汽車中的現(xiàn)有設(shè)計，TE 的濕度和溫度傳感器可提供優(yōu)質(zhì)、隨時連接的解決方案，實(shí)現(xiàn)您所需的精確性和可靠性。