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  • 干濕球于電子濕度傳感器的技術對比—丹泊儀器

    丹泊儀器(昆山)有限公司[官網]首頁    技術探討    干濕球于電子濕度傳感器的技術對比—丹泊儀器

    關于濕度檢測常見有兩種方式:干濕球濕度計、電子濕度傳感器。

    1、 濕度的定義

    比較經典的說法:空氣濕度(簡稱濕度)是表示空氣中的水汽含量和潮濕程度的物理量。

    日常生活中所指的濕度常為相對濕度,用%RH(Relative Humidity)表示,即氣體中的水蒸氣壓與其氣體的飽和水蒸氣壓的百分比,它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。

    溫濕度試驗箱行業多數情況下提到濕度也是指相對濕度。

    微信圖片_20190418100449


    RH = AH / SH * 100%

    AH: 絕對濕度(Absolute Humidity), 單位質量或體積空氣中所含濕氣的多少,單位g/kg或g/m3;

    SH:飽和濕度(Saturation Point Humidity) ,單位質量或體積空氣中所能保有的最大濕氣量。

    濕度的表示方式有很多種,常用的有絕對濕度、比濕、混合比、相對濕度和露點等。

    濕度的表達方式

    序號

    名稱

    單位

    1

    絕對濕度

    g/m3

    2

    相對濕度

    %RH

    3

    水蒸氣分壓

    Pa

    4

    露點

    td

    5

    水分含量

    ppm

    6

    潮濕度

    g/kg

    7

    蒸汽濃度

    g/cm3

    8

    蒸汽濃度

    g/kg

    9

    熱含量

    kJ/kg

    2、濕度的檢測與分類

    對于濕度的檢測人類發明了很多方法,根據工作原理的不同進行分類,一般有:

    1)伸縮式

    這是使用歷史較久的傳感器, 如最早出現的毛發濕度計。主要是根據測定材料的在不同濕度時伸縮不同進行濕度測量, 材料選用毛發、尼龍絲等。由于毛發、尼龍絲濕度敏感元件的反應速度慢,相對濕度與輸出位移量的變化不成線性關系,使用的時間長久之后,易塑性變形和老化,但這種敏感元件因具有構造簡單,工作可靠,價廉和不需要經常維護等優點,雖然精度不高(一般為±15%),但能滿足舒適性空調等一般要求。毛發濕度計的構造如下圖:

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    毛發濕度計構造原理圖
    微信圖片_20190418100506

    一種毛發濕度計

    2)蒸發式

    也稱為干濕球濕度計,利用當大氣壓力和風速不變時,水分蒸發時必須向外界吸收熱能這一效應研制而成。方法是采用兩個相同的溫度傳感器分別放于被測濕度場和飽和濕度場中,當空氣中的相對濕度發生變化時, 兩個溫度傳感器就會出現差值,從而測定空氣中的相對濕度。

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    干濕球濕度計原理圖

     

    微信圖片_20190418100517

    一種干濕球測量濕度樣式

    Wet-bulb Pluses:

    可靠、簡單,便于維護,無需校準,容易判斷是否故障,僅有兩種典型失效情況:濕球紗布需要更換或者供水失效。濕球紗布更換的成本低廉。

    Reliable, simple technology

    Easy to maintain

    No calibration required

    Easy to determine if malfunctioning (starts reading 100%)

    Only two typical failure modes: wick needs changing or water supply is gone

    Wicks are cheap to replace

    3、 露點式

    當一固體冷卻至足以使周圍水蒸氣凝固時,固體上面開始結露。測出此物體表面的溫度,即露點溫度。獲得此量后, 再加上溫度和氣壓,就可以換算為任何需要的濕度表示。

    4、 電子式

    利用材料的電特性與空氣中濕度變化呈現一定的關系確定氣體濕度。主要有:①電阻式,利用吸濕性能較好的物質吸附水汽后電阻發生變化而制得, 但由于電阻受溫度影響較大, 固有的溫度系數使其不能工作在很寬的溫度范圍內。②電容式,利用感濕材料吸水后介電常數發生變化而改變電容值。它與電阻型濕度計相比有顯著的優勢:靈敏度高, 功耗低, 溫漂小, 其優良的性能受到了科學家們的普遍關注。由于易于與COMS工藝相結合, 便于實現小型化、集成化, 因此現在市面上出售的濕度計絕大部分都是電容型的。

    微信圖片_20190418100522

    一種濕度傳感器結構示意圖

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    濕度傳感器

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    一種濕度傳感器樣式

    某廠家總結的濕度傳感器的優缺點

    Solid-state Pluses:優勢

    No wick to change

    無需更換濕球紗布

    Can read humidity below freezing and above boiling (although normal chambers can't control at these conditions)

    能夠測量冰點以下及沸點以上的濕度(雖然普通試驗箱無法控制這些情況下的濕度)

    Solid-state Minuses:缺點

    Malfunction (loss of calibration) cannot be detected easily發生故障不容易發現

    Can be damaged by extreme temperatures

    極端溫度會失效

    Can be damaged (temporary or permanent) by condensation (when operated near 100% RH)

    凝露(接近100%相對濕度時)會導致暫時或永久失效

    Needs regular calibration (every 6 months)

    需要定期校準(每隔6個月)

    Requires specialized equipment for proper calibration and adjustment

    需要專業的設備校準和調試

    Accuracy varies depending on temperature

    誤差隨著不同溫度而不同

    Expensive to replace

    替換昂貴

    總的來講濕度傳感器具有如下特點或者叫缺點:

    1)精度和長期穩定性

    濕度傳感器的精度應達到±2%~±5%RH,達不到這個水平很難作為計量器具使用,濕度傳感器要達到±2%~±3%RH的精度是比較困難的,通常產品資料中給出的特性是在常溫(20℃±10℃)和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中,由于塵土、油污及有害氣體的影響,使用時間一長,會產生老化,精度下降,濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷,一般說來,長期穩定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題,年漂移量控制在1%RH水平的產品很少,一般都在±2%左右,甚至更高。

    2)濕度傳感器的溫度系數

    濕敏元件除對環境濕度敏感外,對溫度亦十分敏感,其溫度系數一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內,而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下,其溫度系數又有差別。溫漂非線性,這需要在電路上加溫度補償式。采用單片機軟件補償,或無溫度補償的濕度傳感器是保證不了全溫范圍的精度的,濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補償的效果,非線性的溫漂往往補償不出較好的效果,只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數。多數濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

    3)濕度傳感器的供電

    金屬氧化物陶瓷,高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時,會導致性能變化,甚至失效,所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。

    4)互換性

    目前,濕度傳感器普遍存在著互換性差的現象,同一型號的傳感器不能互換,嚴重影響了使用效果,給維修、調試增加了困難,有些廠家在這方面作出了種種努力,(但互換性仍很差)取得了較好效果。

    5)濕度校正

    校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標定往往用一根標準溫度計作標準即可,而濕度的標定標準較難實現,干濕球溫度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來作標定的,精度無法保證,因其要求環境條件非常嚴格,一般情況,(最好在濕度環境適合的條件下)在缺乏完善的檢定設備時,通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法,并測量其溫度。
    既然有這么多問題,所以也就不難理解,目前為什么溫濕度試驗箱主流還是使用干濕球法測量濕度,而不是使用電子式的濕度傳感器??磥?,有時新技術并不能完全替代老辦法。

    (本文轉至網絡,用于溫濕度試驗設備技術探討,如有版權問題請聯系我司)

    2019年4月18日 10:04
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