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如何合理使用湿度传感器

时间:2014-11-12 08:54来源:未知 编辑:自动控制网
这里讲述了正确进行湿度测量的重要性,比较了常用的一些湿测量方法,并分析影响电子式湿度测量准确度的各种因素。 现代信息技术使传感器技术产生了革命性的变化。嵌入式技术的应用大大改进了信号的处理技术,提高了测试精度。总线技术有效地解决了多点数据采
    这里讲述了正确进行湿度测量的重要性,比较了常用的一些湿测量方法,并分析影响电子式湿度测量准确度的各种因素。
  现代信息技术使传感器技术产生了革命性的变化。嵌入式技术的应用大大改进了信号的处理技术,提高了测试精度。总线技术有效地解决了多点数据采集、远距离通信等在模拟技术时期困扰人们的问题。网络化更为测控技术提供施展身手的广阔空间。
  湿度测量在十年前还是局限于气象,科研等少数领域里讨论的技术,现代电子技术同样使湿度传感器成为科技刊物上常见的术语。越来越多的专业人士关注并研制出各种新型湿度传感器。嵌入式技术、总线技术同样在湿度测量领域开出绚丽的花朵。本文仅从多年实践出发,讨论合理使用湿度传感器的若干问题。提请同行在研究和使用湿度传感器时注意,以免影响分析的正确性甚至得出不合理的结论。
  1、湿度测量方法的比较
  湿度测量技术来由已久。随着电子技术的发展,近代测量技术也有了飞速的发展。湿度测量从原理上划分二、三十种之多。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值(重量或体积)等等。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值,深究起来,涉及相当复杂的物理—化学理论分析和计算,初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素,因而影响传感器的合理使用。
本文来自www.ninenine.net

  常见的湿度测量方法有:动态法(双压法、双温法、分流法),静态法(饱和盐法、硫酸法),露点法,干湿球法和形形色色的电子式传感器法。
  这里双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理,平衡时间较长,分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段,这些设备可以做得相当精密,却因设备复杂,昂贵,运作费时费工,主要作为标准计量之用,其测量精度可达±2%RH -±1.5%RH。
  静态法中的饱和盐法,是湿度测量中最常见的方法,简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严,对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡,低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时,每次开启都需要平衡6~8小时。
  露点法是测量湿空气达到饱和时的温度,是热力学的直接结果,准确度高,测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达±0。2℃甚至更高。但用现代光—电原理的冷镜式露点仪价格昂贵,常和标准湿度发生器配套使用。
  干湿球法,这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久,使用最普遍。干湿球法是一种间接方法,它用干湿球方程换算出湿度值,而此方程是有条件的:即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了,所以其准确度只有5~7%RH,明显低于电子湿度传感器。显然干湿球也不属于静态法,不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。
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  本文想强调两点:第一,由于湿度是温度的函数,温度的变化决定性地影响着湿度的测量结果。无论那种方法,精确地测量和控制温度是第一位的。须知即使是一个隔热良好的恒温恒湿箱,其工作室内的温度也存在一定的梯度。所以此空间内的湿度也难以完全均匀一致。
  第二,由于原理和方法差异较大,各种测量方法之间难以直接校准和认定,大多只能用间接办法比对。所以在两种测湿方法之间相互校对全湿程(相对湿度0~100%RH)的测量结果,或者要在所有温度范围内校准各点的测量结果,是十分困难的事。例如通风干湿球湿度计要求有规定风速的流动空气,而饱和盐法则要求严格密封,两者无法比对。最好的办法还是按国家对湿度计量器具检定系统(标准)规定的传递方式和检定规程去逐级认定。
  2、湿度传感器测湿原理的差异
  湿度传感器可分为物性型和结构型。物性型湿度传感器又分为水分子亲和型和非亲和型两类。绝大多数实用的湿度传感器属于前者。水分子亲和型的感湿机理主要表现在感湿材料在吸湿后阻值和电容值发生规律性变化。具有此类物性的材料很多:有金属氧化物、高分子、电解质、碳—聚合物混合材料。而现有的电子敏感材料的均匀性、一致性尚未达到理想水平,元件制作工艺也参差不齐,所以感湿元件的物性存在分散性。感湿元件的物性与湿度值之间又是一种间接关系,须经过转换电路将阻值或容值的变化转换为电压或电流量值。所以不同的原理、不同的材料、不同的结构做出的传感器反映的湿度值总是存在差异。到目前为止,还没有一种在测量范围、测试精度、响应时间、使用温度、稳定性各方面都尽善尽美的“全天候”湿度传感器。
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