設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

傳感器在我們的互聯(lián)世界中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并日益成為日常應(yīng)用的核心。隨著越來(lái)越多的傳感器集成到各種產(chǎn)品中，以及需求的急速增長(zhǎng)，設(shè)計(jì)工程師如今面臨著針對(duì)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(lái)監(jiān)測(cè)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(wú)法用肉眼觀察到，但我們能感覺(jué)得到。它甚至?xí)屓擞X(jué)得感受到的溫度比實(shí)際溫度還要高。對(duì)于去過(guò)全球各地的人而言 — 尤其是靠近赤道的地方 — 空氣會(huì)讓人覺(jué)得熱而沉重，會(huì)讓人有種悶熱、流汗的感覺(jué)。這種不適感不僅源于溫度原因，還來(lái)自“相對(duì)濕度”。75 華氏度（或者 23 攝氏度）且相對(duì)濕度超過(guò) 80% 的條件下，我們會(huì)覺(jué)得溫度超過(guò)了 80 華氏度（或者 26.6 攝氏度）。濕度在我們的日常活動(dòng)中扮演著重要角色。它直接關(guān)系到個(gè)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(zhǎng)。

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(wú)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(shí)間、測(cè)量精度和持久性能。實(shí)際上，我們一直在推動(dòng)傳感器技術(shù)在數(shù)字、無(wú)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(jì)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(jì)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(wú)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(wú)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(wú)論溫度和溫度如何變化，傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性必須保持相同。對(duì)于工業(yè)和電器用途等對(duì)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(jì)傳感器時(shí)，應(yīng)通過(guò)提供線性響應(yīng)和最低滯后來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。

HVAC 應(yīng)用是一個(gè)很典型的例子，無(wú)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(jué)舒適的范圍內(nèi)。無(wú)論季節(jié)變換，濕度傳感器要經(jīng)歷主要相對(duì)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(huì)影響家居或辦公室舒適感的季節(jié)變換。

無(wú)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(shí)間以保持系統(tǒng)性能

有的應(yīng)用需要設(shè)計(jì)出感測(cè)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(shí)間是行業(yè)必需要求。僅具備測(cè)量精度并不能滿足需求 – 傳感器需要快速檢測(cè)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(bào)的主力。如果不知道上方大氣層的情況，幾乎無(wú)法預(yù)測(cè)天氣。可能海平面晴朗平靜，但在 18,000 英尺（5,486 米）的位置，一場(chǎng)弱風(fēng)暴可能很快就轉(zhuǎn)變成更加危險(xiǎn)的情況。通過(guò)定期發(fā)送氣球組以測(cè)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(shí)間 — 將準(zhǔn)確檢測(cè)不同大氣層的相對(duì)濕度。這有助預(yù)測(cè)這些天氣變化，避免任何報(bào)警情況，例如當(dāng)穿過(guò)云層時(shí)發(fā)送錯(cuò)誤消息。

另一個(gè)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(duì)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(shí)間，2 秒鐘。快速響應(yīng)時(shí)間允許系統(tǒng)立即作出實(shí)時(shí)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(duì)測(cè)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(guò)重要冷凝事件，傳感器需要保持精確測(cè)量性能。

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

在 HVAC 系統(tǒng)的另一個(gè)示例中，即使在秋冬季節(jié)長(zhǎng)時(shí)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(guò)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(guò)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(wú)任何限制的印刷電路板上。

如果您在尋求升級(jí)，或者要將您的下一代系統(tǒng)升級(jí)為更智能的應(yīng)用，而不希望大幅改動(dòng)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(lái)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(shí)間、測(cè)量精度和持久性能。

可用的評(píng)估板

可為Adafruit的 HTU21DF 提供評(píng)估板。通過(guò)評(píng)估板，您可以測(cè)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(píng)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(tái)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(jìng)爭(zhēng)力的解決方案，TE 的 HTU 可感測(cè)真實(shí)相對(duì)濕度和溫度，以提供同類最佳性能和卓越價(jià)值。無(wú)論您在進(jìn)行新的工程設(shè)計(jì)或優(yōu)化消費(fèi)應(yīng)用汽車中的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，TE 的濕度和溫度傳感器可提供優(yōu)質(zhì)、隨時(shí)連接的解決方案，實(shí)現(xiàn)您所需的精確性和可靠性。