根据国家“十四五”规划纲要,传感器作为建设数字中国的关键技术支柱,被誉为“万物互联之眼”。在智能化浪潮下,其已成为各类电子设备的核心环境感知元件,市场需求持续攀升。在政策支持与应用场景拓展的双重驱动下,据《2025传感器产业研究报告》指出,2023年中国传感器市场规模达3644.7亿元,同比增长14.9%,预测2026年市场规模将突破5547.2亿元,三年复合增长率稳定保持15.0%,其中温湿度传感器作为复合传感器,在智能家居、工业控制、消费电子等领域的渗透率持续提升。
一、温湿度传感器
温湿度传感器是物联网与智能控制领域的基础感知器件之一,核心功能是实时采集环境中的温度与相对湿度(特定温度下,空气中实际水蒸气密度与饱和水蒸气密度的百分比,单位为%RH,直接反映空气潮湿度),并将其转换为标准化电信号或数字信号,为设备调控提供数据支撑。
从气象站的全天候环境监测、工业车间的温湿度闭环控制,到智能手表的健康环境预警、家电设备的自适应运行,等等场景,温湿度传感器已深度融入我们日常生产与生活场景之中,成为连接物理环境与数字系统的“神经末梢”,为各类智能设备赋予精准的环境感知能力。
二、纳芯微NSHT30概述
纳芯微NSHT30是一款基于CMOS-MEMS的高性能、低功耗数字复合温湿度传感器,旨在为设备提供卓越的长期稳定性和可靠性。NSHT30在单芯片上集成了一个完整的传感器系统,包括电容式的相对湿度传感器(使用一种高分子聚合物薄膜作为介电质,其电容值会随着环境湿度的变化而变化)、CMOS温度传感器和信号处理器以及I2C数字通信接口,采用2.5mm×2.5mm×0.9mm的DFN和LGA封装。其I2C接口的通信方式、极小的封装和低功耗特性使得NSHT30可以更广泛地集成到各种应用中。此外,NSHT30的I2C接口具有两个独特的、可选择的I2C地址,通信速率最高可支持1MHz;宽电压工作范围,使NSHT30在各种应用环境中更加兼容。同时具有可编程的中断阈值,可以提供报警和系统唤醒,而不需要微控制器来持续监控系统。
产品型号 | NSHT30 |
供电电压 | 2.0V~5.5V |
测量范围 | -40℃~120℃,0~100%RH |
典型精度 | ±0.3℃,±3%RH(@25℃) |
分辨率 | 0.0625℃,0.01%RH |
响应时间(τ 60%) | 2s(20℃到100℃),6s(20%RH到80%RH) |
漂移 | <0.01℃/yr,<0.2%RH/yr |
电流消耗(5V供电) | 闲置:0.3μA~1μA;测量:700μA~900μA |
接口 | I2C(支持1MHz) |
封装 | 8-Pin LGA和DFN封装可选 |
ESD防护 | HBM±4000V、CDM±2000V |
NSHT30功能框图
三、核心技术突破
NSHT30采用新型高分子聚合物传感材料,搭配特殊纳米级疏水防护涂层,可有效抵御灰尘、挥发性有机化合物(VOCs)、腐蚀性气体等污染物附着,既保证湿度传感元件对水汽的灵敏响应,又大幅提升抗污染能力,避免污染物导致“漂移增大”问题,为长期稳定运行奠定基础。经过严格测试,其在正常使用环境下,长期漂移温度测量<0.01℃/年,湿度测量<0.2%RH/年,将漂移量控制在极低范围内,大幅降低校准频率与维护成本。
NSHT30通过CMOS—MEMS工艺的深度融合,将湿度传感单元、温度传感单元与信号处理ASIC(含14位ADC、滤波控制器、OTP存储)集成于单芯片,避免分立器件的信号干扰与装配误差;同时省去复杂的外部信号调理电路,简化系统设计,降低研发周期与生产成本。
每颗传感器出厂前均经过多点温湿度校准,校准数据存储于内部非易失性存储器(NVM),确保开箱即用的精度;内置实时温度补偿算法,可动态修正温度变化对湿度测量的影响,解决传统传感器“温漂影响湿漂”的痛点,保障全温域内的测量准确性。集成优化的ASIC芯片采用低功耗电路设计,闲置状态电流仅0.3μA~1μA,配合可编程中断功能,可减少MCU唤醒频率,特别适配电池供电的便携设备(如智能穿戴、手持检测仪),延长续航时间。
四、性能优势解析
NSHT30在性能参数上表现令人眼前一亮,其温度测量范围低至-40℃室外极寒,上达120℃工业高温,适应极端环境;湿度测量范围覆盖0~100%RH,无凝结,无死角测量。这样的宽测量范围设计加上宽电压工作范围(2.0V~5.5V)使其能够适应多种复杂环境。在精度和响应方面,其典型温度测量精度可达±0.3℃,典型湿度测量精度为±3%RH,分辨率高达0.0625℃和0.01%RH(25℃条件下),且响应时间迅速,湿度响应6s(20%RH~80%RH),温度响应2s(20℃~100℃),能够敏锐捕捉到微小的温湿度变化,并及时提供准确数据。
NSHT30还具备其它优异性能,如强抗干扰能力,优异的EMC(电磁兼容性)与ESD防护(HBM±4000V)使其可在工业变频器、电机等复杂电磁环境中运行;低功耗设计还适合电池供电的便携设备,能延长电池寿命;封装结构经过力学优化,可承受一定程度的振动(10~2000Hz)与冲击(1000g/0.5ms),保证了传感器的机械强度与耐久性,适配汽车电子、工业设备等有机械应力的场景。多重性能优势确保了NSHT30在各种应用场景下都能提供及时可靠的数据且长期稳定运行。
五、多领域应用与创造价值
NSHT30凭借“高精度、高稳定、小尺寸、低功耗”的综合优势,在多个领域为行业应用创造核心价值:
1.智能家居与医疗电子:高精度检测
例如在加湿器、除湿机、智能空调等智能家居设备中,NSHT30 通过±3% RH的高精度湿度测量,实时捕捉室内湿度变化,联动设备智能调节运行功率——当湿度低于40%RH时自动启动加湿,高于60%RH时触发除湿,无需用户手动干预即可维持40%~60%RH的舒适湿度区间,避免过度加湿/除湿导致的能源浪费与环境不适。
在呼吸机、恒温培养箱等医疗设备中,NSHT30的±0.3℃温度精度与长期漂移<0.01℃/年的稳定性,可提供精准的环境参数监测:呼吸机需维持气道温湿度在37℃±1℃、100%RH(无凝结),以避免呼吸道黏膜损伤;培养箱需稳定控制37℃±0.5℃的细胞生长环境,NSHT30的高精度与高可靠性可直接保障诊疗与实验结果的准确性。
2.智能制造:优化生产工艺
激光雕刻机:光学镜片对湿度极为敏感(湿度>60% RH易结露,导致激光传输损耗),NSHT30 可实时监测设备内部湿度,当湿度超阈值时触发中断报警,联动除湿模块启动;同时,其±0.3℃的温度精度可辅助控制雕刻头温度,避免金属/木材/塑料等不同材料因温度波动导致的加工误差(如金属热变形、塑料粘黏)。
3D打印机:①打印腔监测,安装于喷头附近,实时采集-40℃~120℃的打印腔温度,联动冷却风扇调整转速,减少PLA/ABS耗材因温度不均导致的层间翘曲;②耗材干燥箱,监测存储环境湿度(>50%RH易导致耗材受潮,打印时产生气泡/拉丝),联动加热模块维持湿度<30%RH,延长耗材寿命并提升打印质量。
3.智慧农业:适配恶劣环境
在智能温室大棚、粮仓存储等场景中,NSHT30的抗污染涂层与高湿适应性可发挥优势:温室需维持25℃±2℃、60%~80%RH的作物生长环境,粮仓需控制湿度<15%RH以防霉变,NSHT30可在高湿、多尘环境中持续稳定工作,为灌溉、通风系统提供可靠数据支撑,助力农业生产智能化。
作为国产传感器代表,NSHT30 在比肩国际品牌性能的同时,具备更优的性价比与更短的交付周期,可帮助企业在不牺牲产品品质的前提下压缩生产成本,尤其适配消费级电子、批量生产等对成本敏感的场景。
六、结语:国产技术赋能感知力
在智能化浪潮席卷各行各业的今天,温湿度传感器的精度、稳定性与集成度直接决定智能设备的感知能力。纳芯微NSHT30以CMOS-MEMS集成技术为核心,通过材料、算法、硬件的全链条优化,实现“高精度+低功耗+小尺寸”的综合突破,为智能家居、医疗、工业等领域提供可靠的国产环境感知解决方案,为构建国产智能、精准的环境感知网络提供坚实的技术支撑。
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附录:与主流产品对照表(该数据来源于网络)
产品型号 | NSHT30 | Sensirion SHT30/SHT31 |
温度精度(0~60℃) | ±0.2℃ | ±0.2℃ |
湿度精度(20~80%RH) | ±2%RH | ±1.5%RH |
温度范围 | -40~125摄氏度 | -40~125℃ |
湿度范围 | 0~100%RH | 0~100%RH |
供电电压 | 2.0V~5.5V | 2.15V~5.5V |
平均功耗 | <4μA(1Hz采样) | ≈4.8μA(1Hz) |
待机功耗 | 0.1μA | 0.2μA |
通信接口 | I2C | I2C |
长期稳定性 | 工业级可靠 | 行业标杆级 |
附样品申请: