濕度測(cè)量方法及濕度傳感器的選擇

濕度測(cè)量方法及濕度傳感器的選擇



文章摘要： 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一,但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是*難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜得多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。 一、......

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一, 但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是*難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜得多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素( 大氣壓強(qiáng)、溫度) 的影響。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。

一、濕度定義

在計(jì)量法中規(guī)定, 濕度定義為" 物象狀態(tài)的量" 。日常生活中所指的濕度為相對(duì)濕度，用RH% 表示?？傃灾礆怏w中( 通常為空氣中) 所含水蒸氣量( 水蒸氣壓) 與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量( 飽和水蒸氣壓) 的百分比。

濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系, 但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。對(duì)濕度的表示方法有**濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。

二、濕度測(cè)量方法

濕度測(cè)量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測(cè)量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中有名的難題之一。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的量值，深究起來(lái)，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理- 化學(xué)理論分析和計(jì)算，初涉者可能會(huì)忽略在濕度測(cè)量中必需注意的許多因素，因而影響傳感器的合理使用。

常見(jiàn)的濕度測(cè)量方法有：動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法。

① 雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P 、V 、T 平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于**濕氣和**干空氣的**混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可達(dá)±2%RH 以上。

② 靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測(cè)量中*常見(jiàn)的方法，簡(jiǎn)單易行。但飽和鹽法對(duì)液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對(duì)環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來(lái)要求等很長(zhǎng)時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長(zhǎng)。特別在室內(nèi)濕度和瓶?jī)?nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開(kāi)啟都需要平衡6~8 小時(shí)。

③ 露點(diǎn)法是測(cè)量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃ 甚至更高。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。

④ 干濕球法，這是18 世紀(jì)就發(fā)明的測(cè)濕方法。歷史悠久，使用*普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，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。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡(jiǎn)化了，所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH, 干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測(cè)量精度就等于提高了濕度計(jì)的測(cè)量精度。

⑤ 電子式濕度傳感器法

  電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90 年代興起的行業(yè), 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。

三、濕度測(cè)量方案的選擇

現(xiàn)代濕度測(cè)量方案*主要的有兩種：干濕球測(cè)濕法，電子式濕度傳感器測(cè)濕法。下面對(duì)這兩種方案進(jìn)行比較，以便客戶選擇適合自己的濕度測(cè)量方法。

干濕球測(cè)濕法的維護(hù)相當(dāng)簡(jiǎn)單，在實(shí)際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測(cè)濕法不會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降等問(wèn)題。所以干濕球測(cè)濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場(chǎng)合使用。

干濕球測(cè)濕法采用間接測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量干球、濕球的溫度經(jīng)過(guò)計(jì)算得到濕度值，因此對(duì)使用溫度沒(méi)有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測(cè)濕不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。

干濕球濕度計(jì)的特點(diǎn)：

早在18 世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計(jì)，干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有5 ％一7 ％RH 。

電子式濕度傳感器的特點(diǎn)：

電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20 年才迅速發(fā)展起來(lái)的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來(lái)逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2 ％一3 ％RH 。

在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在±2% 左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1 次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1 年或2 年，到期需重新標(biāo)定。

電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，電子式濕度傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器。

濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對(duì)使用的環(huán)境溫度有要求，超過(guò)其規(guī)定的使用溫度將對(duì)傳感器造成損壞。

所以電子式濕度傳感器測(cè)濕方法更適合于在潔凈及常溫的場(chǎng)合使用。

四、濕度傳感器選擇的注意事項(xiàng)

① ．選擇測(cè)量范圍

和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100 ％RH) 測(cè)量。

② 、選擇測(cè)量精度

測(cè)量精度是濕度傳感器*重要的指標(biāo)，每提高- 個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)濕度傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求" 高、精、尖" 。

如在不同溫度下使用濕度傳感器，其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1℃ 。將產(chǎn)生0.5 ％RH 的濕度變化( 誤差) 。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。

多數(shù)情況下，如果沒(méi)有**的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的，±5 ％RH 的精度就足夠了。對(duì)于要求**控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用±3 ％RH 以上精度的濕度傳感器。

而精度高于±2 ％RH 的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表，即使在20-25℃ 下，要達(dá)到2 ％RH 的準(zhǔn)確度仍是很困難的。通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃ ）和潔凈的氣體中測(cè)量的。

③ 、考慮時(shí)漂和溫漂

在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，電子式濕度傳器會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，電子式濕度傳器年漂移量一般都在±2% 左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1

次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1 年或2 年，到期需重新標(biāo)定。

④ 、其它注意事項(xiàng)

濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測(cè)空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測(cè)的房間太大，就應(yīng)放置多個(gè)傳感器。

有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度?；蛘邆鞲衅髦g相互干擾，甚至無(wú)法工作。使用時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)，要注意信號(hào)的衰減問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離超過(guò)200m 以上時(shí)，建議選用頻率輸出信號(hào)的濕度傳感器。