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合理使用濕度傳感器

來源:上海上器集團(tuán)試驗(yàn)設(shè)備有限公司   2024年12月14日 07:37   8

關(guān)于合理使用濕度傳感器的討論現(xiàn)代信息技術(shù)使傳感器技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化概给。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用大大改進(jìn)了信號(hào)的處理技術(shù),提高了測試精度姨桩□耸總線技術(shù)有效地解決了多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)距離通信等在模擬技術(shù)時(shí)期困擾人們的問題戚促。網(wǎng)絡(luò)化更為測控技術(shù)提供施展身手的廣闊空間质凰。
  濕度測量在十年前還是局限于氣象,科研等少數(shù)領(lǐng)域里討論的技術(shù)睡誉,現(xiàn)代電子技術(shù)同樣使?jié)穸葌鞲衅鞒蔀榭萍伎锷铣R姷男g(shù)語畏琢。越來越多的專業(yè)人士關(guān)注并研制出各種新型濕度傳感器。嵌入式技術(shù)伤很、總線技術(shù)同樣在濕度測量領(lǐng)域開出絢麗的花朵虐欲。本文僅從多年實(shí)踐出發(fā),討論合理使用濕度傳感器的若干問題肺樟。提請同行在研究和使用濕度傳感器時(shí)注意檐春,以免影響分析的正確性甚至得出不合理的結(jié)論。
  1儡嘶、濕度測量方法的比較
  濕度測量技術(shù)來由已久喇聊。隨著電子技術(shù)的發(fā)展恍风,近代測量技術(shù)也有了飛速的發(fā)展蹦狂。濕度測量從原理上劃分二、三十種之多朋贬。對濕度的表示方法有濕度凯楔、相對濕度窜骄、露點(diǎn)、濕氣與干氣的比值(重量或體積)等等摆屯。但濕度測量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中的難題之一邻遏。一個(gè)看似簡單的量值,深究起來虐骑,涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計(jì)算准验,初涉者可能會(huì)忽略在濕度測量中必需注意的許多因素,因而影響傳感器的合理使用疆虑。
  常見的濕度測量方法有:動(dòng)態(tài)法(雙壓法躏叽、雙溫法、分流法)澄月,靜態(tài)法(飽和鹽法淹佃、硫酸法),露點(diǎn)法脂惊,干濕球法和形形色色的電子式傳感器法旁囤。
  這里雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P喝园、V缭越、T平衡原理,平衡時(shí)間較長居串,分流法是基于濕氣和干空氣的混合药妄。由于采用了現(xiàn)代測控手段,這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密撰拯,卻因設(shè)備復(fù)雜刀昼,昂貴,運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工讼撒,主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用浑厚,其測量精度可達(dá)±2%RH以上。
  靜態(tài)法中的飽和鹽法根盒,是濕度測量中zui常見的方法钳幅,簡單易行。但飽和鹽法對液炎滞、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)敢艰,對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時(shí)間去平衡册赛,低濕點(diǎn)要求更長钠导。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時(shí),每次開啟都需要平衡6~8小時(shí)森瘪。
  露點(diǎn)法是測量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度牡属,是熱力學(xué)的直接結(jié)果票堵,準(zhǔn)確度高,測量范圍寬逮栅。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高悴势。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴,常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用安蔚。
  干濕球法泞霹,這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久眼栽,使用zui普遍蛉增。干濕球法是一種間接方法,它用干濕球方程換算出濕度值篱撩,而此方程是有條件的:即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上践寄。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡化了,所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH,明顯低于電子濕度傳感器缓鞠。顯然干濕球也不屬于靜態(tài)法檩渐,不要簡單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測量精度就等于提高了濕度計(jì)的測量精度。
  本文想強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn):*业抵,由于濕度是溫度的函數(shù)剃拇,溫度的變化決定性地影響著濕度的測量結(jié)果。無論那種方法厦碎,地測量和控制溫度是*位的害淤。須知即使是一個(gè)隔熱良好的恒溫恒濕箱,其工作室內(nèi)的溫度也存在一定的梯度拓售。所以此空間內(nèi)的濕度也難以*均勻一致窥摄。
  第二,由于原理和方法差異較大础淤,各種測量方法之間難以直接校準(zhǔn)和認(rèn)定崭放,大多只能用間接辦法比對。所以在兩種測濕方法之間相互校對全濕程(相對濕度0~99%RH)的測量結(jié)果鸽凶,或者要在所有溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)各點(diǎn)的測量結(jié)果币砂,是十分困難的事。例如通風(fēng)干濕球濕度計(jì)要求有規(guī)定風(fēng)速的流動(dòng)空氣玻侥,而飽和鹽法則要求嚴(yán)格密封决摧,兩者無法比對。的辦法還是按國家對濕度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)(標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定的傳遞方式和檢定規(guī)程去逐級認(rèn)定凑兰。
  2掌桩、濕度傳感器測濕原理的差異
  濕度傳感器可分為物性型和結(jié)構(gòu)型。物性型濕度傳感器又分為水分子親和型和非親和型兩類票摇。絕大多數(shù)實(shí)用的濕度傳感器屬于前者拘鞋。水分子親和型的感濕機(jī)理主要表現(xiàn)在感濕材料在吸濕后阻值和電容值發(fā)生規(guī)律性變化。具有此類物性的材料很多:有金屬氧化物共悼、高分子驶闰、電解質(zhì)、碳—聚合物混合材料钙瘫。而現(xiàn)有的電子敏感材料的均勻性阔垢、一致性尚未達(dá)到理想水平,元件制作工藝也參差不齊侯砸,所以感濕元件的物性存在分散性挨奶。感濕元件的物性與濕度值之間又是一種間接關(guān)系,須經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路將阻值或容值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流量值俗衍。所以不同的原理粥萍、不同的材料、不同的結(jié)構(gòu)做出的傳感器反映的濕度值總是存在差異簸隅。到目前為止犀挠,還沒有一種在測量范圍、測試精度撰钥、響應(yīng)時(shí)間燎字、使用溫度、穩(wěn)定性各方面都盡善盡美的“全天候”濕度傳感器阿宅。
  3候衍、影響電子式濕度測量準(zhǔn)確度的因素
  1)濕度傳感器的誤差
  l 敏感元件分散性造成:即元件阻值、容值對濕度響應(yīng)的離散性;
  l 信號(hào)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差:即阻值洒放、容值轉(zhuǎn)換為電壓蛉鹿、電流信號(hào)時(shí)產(chǎn)生;
  l溫漂、時(shí)漂造成:濕敏元件必需和被測氣體直接接觸往湿,不能象其它電子器件那樣*密封榨为。故容易被空氣中的酸性、堿性成分及有機(jī)溶劑腐蝕煌茴、污染随闺,所以濕敏元件難以做到長壽命,需要定期(例如一年)標(biāo)定蔓腐。壽命較長矩乐,穩(wěn)定性好的傳感器標(biāo)定后可繼續(xù)使用,達(dá)十年以上回论。
  2)二次儀表中恋猜,對信號(hào)的處理引入的誤差
  l 對信號(hào)放大、補(bǔ)償晴消、修正后產(chǎn)生的失真;例如有的濕敏元件溫度系數(shù)是個(gè)變量贰嚷,常溫下補(bǔ)償后铡捉,高溫時(shí)仍有誤差。
  l 整機(jī)電路的零點(diǎn)漂移泵位、溫度漂移產(chǎn)生的誤差劲徙。
  3)傳感器、變送器在校準(zhǔn)辙肿,標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生的誤差
  l標(biāo)定設(shè)備的干燥系統(tǒng)秘挥、飽和系統(tǒng)不理想;或者雙壓法、雙溫法設(shè)備的壓力诀甫、溫度測量控制不準(zhǔn);在分流法設(shè)備中因質(zhì)量流量計(jì)不準(zhǔn);在露點(diǎn)法中功缤,因采樣氣時(shí)導(dǎo)管漏氣或?qū)Ч芴L而影響溫度都會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。
  l 平衡時(shí)間不夠或難以達(dá)到平衡產(chǎn)生的誤差哪蒙。敏感元件周圍有發(fā)熱體(如功率較大的元器件)也會(huì)影響測量結(jié)果斜劳。
  l 傳感器在工作室停留位置不同產(chǎn)生的誤差。
  4较幌、按“需要和可能”合理選擇傳感器
  濕度傳感器品種繁多庆猫,各有優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)于合理使用濕度傳感器的討論,用戶根據(jù)實(shí)際需要合理選擇傳感器绅络,不要盲目追求高指標(biāo)月培。用現(xiàn)代電子技術(shù)提高一個(gè)傳感器及其二次儀表的分辨率并不是很難的事情,但提高一臺(tái)儀器儀表的準(zhǔn)確度則不是輕而易舉能辦到的恩急。對濕度傳感器而言杉畜,提高一、兩個(gè)百分點(diǎn)衷恭,實(shí)際上是提高一個(gè)等級此叠,可能意味著成本和造價(jià)的大幅度提高甚至翻番。一般工控條件下使用濕度傳感器随珠,誤差確定在±5%RH以內(nèi)就足夠了灭袁。如果使用者對濕度測量的精度要求較特殊,比如精度高窗看,使用溫度變化較大茸歧,或者主要在低濕段或高濕段使用。找的計(jì)量部門用二級以上的標(biāo)定設(shè)備予于檢測浴祥。否則采用精度低的測試手段只能得出置信度很低的結(jié)論晶会。經(jīng)過測試,全面预蒜、準(zhǔn)確地了解濕度傳感器的技術(shù)性能是合理使用這種傳感器的必要前提禀瓜。

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