前言
本文档介绍了 HTS221 在最终客户应用中集成的硬件指南和参考设计。



1系统集成性
HTS221 相对湿度传感器在便携式设备（PD）如智能手机和可穿戴设备、气象站或空调设备中的集成应在不影响传感器性能的情况下实现。必须考虑最终应用中的主要机械和几何参数，并优化影响传感器性能的因素。
传感器集成的典型情况如下图所示，其中必须对传感器的实施例进行设计，以最小化被测环境（Hx、Tx）和传感器周围条件（感测区域）的那些（Hs、Ts）之间的湿度和温度条件的差异。



因此，为了获得可靠且一致的测量结果，必须确定机械设计中涉及的所有参数，以使传感器尽可能暴露于外部环境，并获得更快的响应速度（就湿度和温度而言），从而符合要求达到的设计规范。
集成设计必须保证环境条件与感应区域的条件相互匹配，无论在“稳定状态”（静态条件）下还是在动态条件下。
受试条件和感测区域周围条件之间的差异也受热量的影响。热量由靠近感测区域的其他设备或由于传感器本身的发热而产生。温度的变化是至关重要的，因为它们也会决定相对湿度偏差，并且因此会导致系统响应较慢。
基于上述考虑，设计优化包括确定：
1. 传感器在系统中的位置
2. 传感器的实施例和防护
3. 恶劣环境下传感器室提供的防尘、防水或化学溶剂防护
以下章节将进一步描述上述要素。

2机械设计规则
在机械设计中，下文描述了主要的限制和要考虑的特性，目的是引入一套基本规则作为在最终应用中成功集成传感器的良好设计原则。

2.1传感器放置
由于接近和暴露于环境、发热以及机械应力，传感器的放置对其性能有直接影响。

2.1.1环境暴露
在静态和动态操作条件下，传感器的放置必须最大限度地暴露于待测量湿度和温度的环境中。
在静态条件（或稳定状态）下，湿度和温度环境及其稳定性变化后，感应条件必须与被测条件一致，或者非常接近目标值，具体取决于应用容许误差和规范。
在动态条件下（当被测条件快速变化时），传感器必须能够提供可靠的测量值输出以便跟踪环境动态。在传感器集成设计结束时，将修改整体响应时间，并且最终性能应符合目标规范。
一般而言，目标是设计的响应时间不能少于产品规范。
为了使系统集成后静态和动态条件下的传感器性能最大化，建议使用下列指南（取决于设计规范）（参考图 2："湿度传感器集成和实施例"）。
1. 以实现与被测环境暴露的最佳关联为目标放置传感器（尽可能靠近通风孔）
2. 空气不流动空间的体积较大，会明显增加湿度响应时间，因此建议减小该空间体积，以在传感器周围形成定制的防护
3. 通风孔尺寸应尽可能大；数量级低于感应元件几何尺寸表示集成尺寸合理。
4. 通风孔的深度必须尽可能小。孔径尺寸会显著影响湿度响应时间。
5. 必须避免在空气不流动的空间中有吸收湿气的材料
作为参考设计，图 2："湿度传感器集成和实施例"描述了上述建议的示例。为了将环境暴露最大化，从而缩短响应时间，应将传感器周围的体积（空气不流动空间的体积）最小化，并使通风孔尺寸具有与感应区域相同的数量级。增加了过滤膜保护，用于保护传感器免受水或恶劣环境的侵蚀。




另一种实施例（成本更高，但传感性能更高效）是带有气流结构的设计，如下图所述。优选的是有多个通风孔的设计，尽管与环境简单接触，但传感器上没有层流气流。





2.1.2热传导
传感器附近存在的热源会改变湿度和温度测量值，并在感应区域周围形成温差，影响正确测量，从而降低传感器性能。
从物理角度而言，这些局部热源相当于与 HTS221 热模型并联的热容器，并且它们可能提高局部温度，使之不同于环境温度。
根据位置和热源，我们可以将与不同机制相关的传导进行区分，如以下章节所述。

对流热
传感器周围的局部热源会辐射热量，增加感测区域的温度，从而可以改变湿度和温度测量值。
典型热源如下：
•靠近湿度传感器的其他传感器和器件
•电源管理器件
•处理器和微控制器
•LCD 显示器，尤其会在环境和系统内部空气不流动空间之间产生显著的温差
因此，必须将传感器放置在与这些热源相隔正确距离的位置，并保证合适的隔热措施，建议
按照下图中的描述，在实施例内部采用隔热结构。另外，还建议根据特定布局，让通风孔靠
近热源以充当冷却通道。



如传感器外壳截面图所示，下图为有隔热结构的良好设计；热源远离传感器且热防护结构位于中间。右侧显示了错误设计，这会使部件产生的热量到达感测区域中。

完整版请查看：附件

AN4722 HTS221数字湿度传感器 系统硬件集成指南.pdf (1003.95 KB, 下载次数: 0)

2023-4-21 19:51 上传

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