高分子电阻型湿敏元件复阻抗测试仪的研究

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随着科学技术的进步,湿度的测量已经拓展到了各个领域,无论是人类的生存还是社会的发展,均与湿度密切相关。然而,湿度的测量离不开湿敏元件,因此为了满足湿度传感器在不同应用领域的要求,需要对湿敏元件的材料特性和导电机理进行研究。本文正是通过测量湿敏元件的复阻抗,将非电的物理量转换成电学量,从而为湿敏元件导电机理的研究打下基础。在高分子电阻型湿敏元件研究课题的基础上,为研究湿敏元件的湿度敏感特性和导电机理,需要对湿敏元件在不同湿度下的复阻抗情况进行测量。本文根据矢量法的测量原理设计出了一套有效的阻抗测量电路,可以实现湿敏元件在不同湿度下复阻抗的测量,而且还可以实现在任意频率信号下复阻抗的测量。通过该测试系统不仅可以得到湿度和阻抗之间的对应关系,还可以实现阻抗和频率之间对应关系的测量和研究。由于高分子电阻型湿敏元件所呈现出的阻抗不是单一阻性,而是阻性、感性和容性的混合。因此,不能用普通的分压电路对它的阻抗特性进行测量,普通的分压电路也无法求出矢量电压或矢量电流在各个坐标轴上的分量。针对这种情况,本文采用矢量法的测量原理,即通过测量湿敏元件两端的矢量电压和流过湿敏元件的矢量电流计算出阻抗矢量。根据这一原理的需要,整个测量系统以LPC2136单片机为核心,硬件部分主要由信号源和相敏检波电路两大部分组成,然后外扩一些必要的电路,如Flash存储电路、信号调理电路、低通滤波电路、按键及液晶显示电路等。其中通过按键可以实现控制系统菜单的跳转和参数的输入,SP3232芯片的使用实现了LPC2136单片机与PC机的串口通信。在完成湿敏元件复阻抗测量以后,可以把存储在Flash中的测量结果以一定的数据包格式通过串口发送到PC机上,然后通过串口调试助手保存成Excel、Txt或Word等格式的文档,供后续查看和处理。最后再通过Matlab软件实现复阻抗特性曲线的绘制,同时将测量结果直接由液晶显示出来。最后,对系统进行整体调试,从实验得到的结果可以看出,在系统的稳定性、测量精度等各方面均能达到系统最初的设计目标。
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