一種海洋氣象要素溫濕度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種海洋氣象溫濕度傳感器領(lǐng)域，特別地涉及一種測量精度高、 環(huán)境適應(yīng)性強、接口靈活以及適用于海洋環(huán)境的海洋氣象要素溫濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣溫度是表示空氣冷熱程度的物理量，以攝氏度（°C)為單位；空氣相對濕度是 表示空氣中實際所含水蒸汽的密度和同溫下飽和水蒸氣密度的百分比值，由于同氣壓下水 蒸汽密度與水蒸汽分壓成正比，所以相對濕度也等于實際水蒸氣分壓與當時氣溫下的飽和 水汽壓之比，以百分數(shù)（％)表示。
[0003] 測量溫度的儀器主要有干球溫度表、溫度計和鉑電阻溫度傳感器。其中，干濕球溫 度表是根據(jù)水銀(酒精）熱脹冷縮的特性制成的，觀測時必須保持視線和水銀(酒精）柱頂端 齊平，并且讀數(shù)動作要迅速，以避免發(fā)生誤讀，影響溫度示數(shù)的準確性；溫度計是由感應(yīng)部 分(雙金屬片)、傳遞放大部分(杠桿)、自記部分（自記鐘、紙、筆)組成，這種溫度計在嚴寒時， 會導(dǎo)致自記鐘的軸上潤滑油凍凝，發(fā)生停擺現(xiàn)象，影響測量的準確性；鉑電阻溫度傳感器是 根據(jù)鉑電阻的電阻值隨溫度變化的原理來測定溫度的，鉑電阻絲燒制在細小的玻璃棒或磁 板上，外面有金屬保護管，這種傳感器需經(jīng)常保持清潔、干燥。
[0004] 測量相對濕度的儀器主要有毛發(fā)濕度表、通風干濕表和濕敏電容濕度傳感器。其 中，毛發(fā)濕度表是根據(jù)脫脂人發(fā)能隨空氣濕度大小而改變長度的特性，用人發(fā)制成的測定 空氣相對濕度的儀器，這種傳感器容易受到高溫、高鹽等天氣的影響，使毛發(fā)變臟，影響測 量精度，需要定期清理；通風干濕表的原理是溫度表球部裝在與風扇相通的管形套管中，利 用機械或電動通風裝置，使風扇獲得一定轉(zhuǎn)速使球部處于恒定速度的氣流中，以獲得測量 數(shù)據(jù)，但風扇長期旋轉(zhuǎn)易故障，影響測量的準確性；濕敏電容濕度傳感器是用有機高分子膜 作介質(zhì)的一種小型電容器，傳感器的頭部有保護濾紙，防止感應(yīng)元件被塵埃污染，每月應(yīng)拆 開傳感器頭部網(wǎng)罩，若污染嚴重應(yīng)更換新的濾紙，影響測量的準確性
[0005] 在海濱觀測規(guī)范中，氣象觀測項目主要有風、氣壓、空氣溫度、相對濕度、海面有效 能見度、降水量、霧等氣象要素。船舶海洋水文氣象觀測項目包括氣壓、氣溫、相對濕度、風、 云、天氣現(xiàn)象、海面有效能見度等氣象要素。因此，氣溫和相對濕度是氣象觀測要素中的主 要要素。
[0006] 目前，國內(nèi)的溫度傳感器和相對濕度傳感器是相互獨立的，溫度傳感器是一個鉑 電阻，用戶使用時需設(shè)計溫度調(diào)理電路，接口電路復(fù)雜，使用不便；相對濕度傳感器還是傳 統(tǒng)的濕敏電容，這種器件不適用于海洋氣候環(huán)境，可靠性不高，易損壞。國外溫濕度傳感器 的輸出信號單一，無法滿足用戶對不同接口的需求。
[0007] 國內(nèi)外已有的溫濕度傳感器在性能上雖然可以基本滿足要求，但是存在如下缺 陷：機械部件易損壞、讀數(shù)準確度低、接口電路復(fù)雜、環(huán)境適應(yīng)性差、維護保養(yǎng)過程繁瑣；除 此之外，國內(nèi)外已有的溫濕度傳感器的輸出信號單一，無法滿足用戶對不同接口的需求。因 此，為解決現(xiàn)有溫濕度傳感器存在的問題及缺陷，本實用新型提出一種海洋氣象要素溫濕 度傳感器，以適應(yīng)復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境以及用戶對不同接口的需求。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型針對陸地用溫濕度傳感器難以適應(yīng)海洋高溫、高濕、高鹽霧、高腐蝕的 海洋環(huán)境以及用戶接口靈活性需求的問題，提供一種測量精度高、環(huán)境適應(yīng)性強、接口靈活 以及適用于海洋環(huán)境的海洋氣象要素溫濕度傳感器，具體技術(shù)方案如下：
[0009] 一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，其特征在于：由溫濕度敏感器件、信號放大電 路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號選擇電路組成，其中，所述溫濕度敏感器件 分別與信號放大電路和串行通信電路連接，信號放大電路通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路與輸出信 號選擇電路連接，串行通信電路與輸出信號選擇電路連接；所述溫濕度敏感器件根據(jù)溫度 和相對濕度的變化輸出變化的電壓信號，一路信號通過信號放大電路將電壓信號放大輸 出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；另一路信號再通過串 行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；最后通過輸出信號選擇電路按要求選擇輸出信號形式。
[0010] 所述信號放大電路由TLC2652運算放大器及其外圍電路組成，溫濕度敏感器件的 輸出信號分為溫度信號和相對濕度信號，溫度信號直接進入溫度回路的運算放大器的同相 輸入端，相對濕度信號直接進入相對濕度回路的運算放大器的同相輸入端；通過反饋電阻 連接運算放大器的輸出端；溫濕度敏感器件的輸出信號經(jīng)過運算放大電路的放大之后分別 進入溫度和相對濕度回路的電壓轉(zhuǎn)換電流電路。
[0011] 所述電壓轉(zhuǎn)換電流電路有XTRlll轉(zhuǎn)換芯片、MOS管和PNP三極管組成，所述 XTRlll轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接PNP三極管運算放大電路的輸出端，通過偏置電阻設(shè)定基礎(chǔ) 電壓值，進而通過基準電阻進入轉(zhuǎn)換芯片的輸入端；轉(zhuǎn)換芯片的輸出信號通過MOS管和PNP 三極管連接輸出信號選擇電路。
[0012] 所述串行通信電路由MAX485轉(zhuǎn)換芯片和MAX232轉(zhuǎn)換芯片兩路轉(zhuǎn)換電路組成，所 述溫濕度敏感器件的輸出信號一方面通過MAX485轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS485電平，另一方面通 過MAX232轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平，所述MAX485轉(zhuǎn)換芯片和MAX232轉(zhuǎn)換芯片的輸出信 號連接輸出信號選擇電路。
[0013] 所述輸出信號選擇電路由跳線選擇開關(guān)組成，一方面電壓轉(zhuǎn)換電流電路的輸出信 號連接輸出信號選擇電路，另一方面串行通信電路的輸出信號連接輸出信號選擇電路；通 過輸出信號選擇電路的跳線選擇開關(guān)可以按需選擇輸出信號形式，包括4-20mA電流信號、 RS485信號和MAX232信號。
[0014] 所述的溫濕度敏感器件、信號放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出 信號選擇電路位于傳感器盒體內(nèi)，所述傳感器盒體采用注塑模具制造一次成型，敏感器件 位于盒體的頂端，敏感器件外的殼體由PVC材料制成的防鹽霧保護罩。
[0015] 傳感器的供電電壓范圍寬，可以滿足不同直流電壓值的需要。
[0016] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點與積極效果如下：本實用新型滿足了海洋 對溫濕度傳感器環(huán)境適應(yīng)性的要求，并且滿足了用戶對溫濕度傳感器接口形式多樣性的需 求，本實用新型是一種適用于海洋環(huán)境的溫濕度傳感器，測量精度高、環(huán)境適應(yīng)性強、接口 靈活。
[0017] 結(jié)合附圖閱讀本實用新型的【具體實施方式】后，本實用新型的其他特點和有點將變 得更加清楚。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實用新 型實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進行簡單的介紹，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本實用新型傳感器工作原理框圖；
[0020] 圖2為信號放大電路原理圖；
[0021] 圖3為電壓轉(zhuǎn)換電流電路原理圖；
[0022] 圖4為RS485串行通信電路原理圖；
[0023] 圖5為RS232串行通信電路原理圖；
[0024] 圖6為輸出信號選擇電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0026] 本實用新型傳感器針對陸地用溫濕度傳感器難以適應(yīng)海洋高溫、高鹽霧、高腐蝕 的海洋環(huán)境以及用戶接口靈活性需求的問題，研制了一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，該 溫濕度傳感器能夠輸出4-20mA電流信號、RS485數(shù)字信號和RS232數(shù)字信號。
[0027] 本實用新型傳感器包括盒體及其內(nèi)部的硬件電路。盒體的上端裝有敏感器件， 敏感器件的外殼是由特殊PVC材料制成的防鹽霧保護罩，保護罩表面覆蓋特氟隆保護膜， 此保護罩可有效阻止粉塵、鹽霧及其他腐蝕性物質(zhì)進入保護罩內(nèi)，起到抗鹽霧、抗腐蝕等作 用，能有效保護敏感器件，并且該保護罩不含機械部件、抗高溫、免維護。
[0028] 本實用新型傳感器工作原理框圖如圖1所示，硬件電路均經(jīng)過溫度補償處理，包 括敏感器件、信號放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號選擇電路。敏感器 件根據(jù)溫度和相對濕度的變化輸出變換的電壓信號，一路信號通過信號放大電路將電壓信 號放大輸出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；另一路信號 再通過串行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；最后通過輸出信號選擇電路按要求選