1.1一般性考慮事項

檢測相對濕度的傳感器組件由一個傳感元件組成——在大多數情況下是一種聚合物——它根據周圍的條件吸收并分解水分子。氣體分子進入和離開固體物質的過程相當復雜，并具有大量的特殊效應。

相對濕度傳感器的精度可以用三個不同的、相當獨立的術語來表征：校準精度、滯后性和長期漂移。除此之外，還考慮了短期穩定性、極值條件行為（即在非常寒冷、炎熱、潮濕或干燥的環境中），以及非鋰的接近性。

1.2 準確性 - 校準

校準準確性是準確性規格的主要組成部分。它提供了關于個別傳感器讀數在平衡狀態下的偏差信息，相對于校準時刻的高精度參考（通常理解為銷售時的時間）。校準準確性的主要容差原因包括批次內變異（例如校準室內的條件均勻性）、批次間變異、校準參考的精度以及傳感器的穩定性。校準準確性是相對于露點鏡（即高精度參考）來測量的。因此，用戶應該能夠復現該值。Sensirion通過兩個不同的參數來指定校準準確性：最大準確性和典型準確性。

準確性分布：對于一組傳感器，如生產批次，測量偏差相對于參考值的分布遵循正態分布。它由平均值μ和標準差σ來表征。

圖1傳感器繞平均值的偏差分布。

μ±2σ范圍的目標是符合典型的精度限制，而μ±4σ范圍的目標是符合最大的精度限制。

典型精度：集成系統的精度分布目標是在μ±2σ范圍內符合典型精度限制。

最大精度：集成系統的精度分布目標是在μ±4σ范圍內符合最大精度限制。這等同于目標過程能力指數Cpk ≥ 1.33。100%的最終測試和樣本測試確保只有滿足最大精度限制的傳感器才符合銷售資格。

除非另有說明，否則精度限制適用于整個供電電壓范圍。不同溫度下的相對濕度(RH)精度在相應的傳感器數據手冊中說明。

1.3 精度 - 滯后效應

滯后值是指在一定記錄點上，同一傳感器在干燥環境和潮濕環境下測量值的差異——前提是環境停留時間足夠長。換句話說，濕度傳感器對其最近經歷的條件有一定的“記憶”。具有干燥歷史的傳感器會帶有一些負偏移，而具有潮濕歷史的傳感器則會帶有一些正偏移。滯后效應是由傳感器元件的組成和設計造成的。由于滯后效應并不依賴于校準質量，而是依賴于應用中的暴露范圍，因此這個值被認為是校準精度之外的附加值。

圖2 滯后測量示例。

測量從干燥到濕潤和從濕潤到干燥的路徑（圖上的實心點）。每個對數點的停留時間為40分鐘。空心點代表平均值，即校準精度。

校準精度和滯后值是通過在全濕度循環15% → 30% → 50% → 70% → 90% → 90% → 70% → 50% → 30% → 15%中運行傳感器來確定的，每個記錄點的停留時間為40分鐘。為了確定在特定濕度值下的校準精度，從上升路徑和下降路徑測量的值計算平均值。測量值與平均值之間的差異決定了滯后值。從一批傳感器中可以確定各種校準精度值的平均值和標準偏差。使用這些值可以檢查典型極限的符合性（見圖3）。

圖3 準確度分布示例

符合（左側）或不符合（右側）指定的準確度限制。開放點代表平均值。誤差條表示μ±2σ范圍，并旨在保持在典型限制之內。

1.4 精度 - 長期漂移

傳感器元件的老化可能導致測量值與參考值相比出現漂移。這種長期漂移是隨機的——它可能向上或向下移動，或者隨時間改變方向。長期漂移值是每年此類漂移的最大限度。

在Sensirion的情況下，長期漂移是通過將一批傳感器暴露于高溫運行壽命（HTOL）測試中確定的，測試條件為125°C下運行408小時。這種暴露相當于在25°C下更長時間的老化，可以通過以下公式計算:

1.5 短期穩定性短期穩定性可以通過重復性來表征，即在相同條件下使用同一傳感器進行重復測量。此類術語的度量標準是重復性測量樣本的標準偏差。1.6 極端條件

電容式濕度傳感器在非常濕潤和非常干燥的條件下會發生可逆漂移。以 Sensirion 濕度傳感器為例，在相對濕度大于 80%RH 的情況下——濕度越高，漂移越強——傳感器讀數會逐漸偏高。參考值是在恒定的 90%RH 下暴露 60 小時給出的。在非常干燥的條件下，如回流焊接，傳感器讀數也會逐漸偏低。此時需要進行重新水合程序，將傳感器恢復到其正常讀數狀態。

1.7 非線性

此術語指的是校準點之外的系統性偏差。通過線性化公式可以校正傳感器輸出以及溫度補償的這種偏差。因此，使用適當的公式可以將非線性減小到非常小的程度。非線性值包含在準確度容差內，不應被視為額外的項。

1.8 響應時間

對于響應時間，Sensirion指定了一個所謂的τ63%或者等效的τ1/e時間。對于暴露于突變環境中的傳感器（測量物理值的階躍函數），傳感器讀數通常隨時間以指數函數接近最終值。τ63%時間從傳感器環境變化的時刻開始，直到傳感器讀數達到階躍高度的63%（見圖4）。

圖4 相對濕度響應時間測試的測量剖面

在測試響應時間時，重要的是除了要測試的參數外，所有其他參數都保持不變。同時，必須確保系統啟動的階躍函數與傳感器體驗的階躍函數之間沒有死時間。對于溫度測量，基材的熱質量和熱導率起著重要作用。因此，溫度響應時間值被規定得非常模糊。

1.9 供電電壓

供電電壓（VDD）范圍由上限和下限以及典型值定義。在該范圍內任何供電電壓均可用于連續操作。數據手冊中指定了僅限于有限時間內可以施加的絕對最大電壓。典型值定義了傳感器校準和質量控制執行時的供電電壓。

1.10 電流和能量消耗

在操作過程中，傳感器會吸收一定的供電電流（IDD）。在空閑狀態時，這個電流與測量/通信時的電流是不同的。此外，在一組傳感器中，電流消耗存在一定的變化。集合的平均值被指定為典型值，而最小值和最大值定義了下限和上限。

功耗（P）的計算公式為 P = IDD * VDD，其中 IDD 是供電電流，VDD 是指定的恒定供電電壓。為了確定隨時間變化的平均功耗，我們需要考慮特定的測量分辨率和測量頻率（在相應傳感器的數據手冊中有所指示）。然后，平均功耗是在測量間隔內測量時間和空閑狀態時間之間平均的功耗。對于指定的測量分辨率和頻率，隨時間的平均供電電流與平均功耗通過恒定的供電電壓VDD相關聯。請注意，在啟動階段或在其他傳感器功能運行期間會消耗額外的功率。

名詞解釋

露點：露點是空氣必須冷卻（在恒定氣壓下）到的溫度，以便水蒸氣開始凝結成液態水。

絕對濕度：絕對濕度是指在特定體積的干空氣中水蒸氣的質量。單位是[g/m3]。

混合比混合比是：指在特定質量的干空氣中水蒸氣的質量。單位是[g/kg]。

熱指數：是根據實際氣溫和相對濕度來表達“感知”的空氣溫度。它是根據國家氣象服務和國家海洋和大氣管理局（NOAA）的天氣預報辦公室確定的。