濕度精密測量的探討
摘要:本文對新型的電容、電導(dǎo)和熱傳導(dǎo)濕度傳感器及經(jīng)典的干、濕球溫濕度計(jì)進(jìn)行了評述,研制了新的干、濕溫差溫濕度計(jì),提出了以溫度標(biāo)定替代濕度標(biāo)定的方法。
關(guān)鍵詞:濕度傳感器濕度標(biāo)定干、濕溫差溫濕度計(jì)
?。保疂穸葴y量的現(xiàn)狀
我們在濕度的測量與控制的工作中,了解到新一代的電容、電導(dǎo)和熱傳導(dǎo)濕度傳感器已達(dá)到了商品化的實(shí)用程度。這些濕度傳感器均采用了現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)和微處理器技術(shù),使器件的非線性得到了完善的修正,并出現(xiàn)了低能耗一體化測量模塊,實(shí)現(xiàn)各種智能化的測控功能?,F(xiàn)在市售的各種濕度傳感器,大部分為進(jìn)口產(chǎn)品,如深圳光之神公司推出的HIS型濕敏電容及其濕度變送器,設(shè)計(jì)比較精巧,可實(shí)現(xiàn)相對濕度、絕對濕度、露點(diǎn)三個熱力學(xué)參數(shù)的快速測量,達(dá)到的測量精度,穩(wěn)定性和重現(xiàn)性也較好,但在抗結(jié)露能力(防水浸)和抗污染氣氛(酒精、煤氣、化肥、農(nóng)藥等)方面各有不同。電導(dǎo)性陶瓷燒結(jié)的濕敏傳感器性能良好,長沙華鵬公司自行研制和配套生產(chǎn)的濕度傳感器,標(biāo)定A,達(dá)到了可在水中長時間泡浸的水平。這些濕度傳感器代表了現(xiàn)代濕度傳感器的方向,經(jīng)典的溫濕球濕度表,毛發(fā)濕度計(jì)等是不可能與之相媲美的。
我們在一家儀器商店考察了各種不同廠商生產(chǎn)的濕度計(jì),發(fā)現(xiàn)沒有一臺數(shù)字式濕度計(jì)(大多是濕敏電容傳感器)與經(jīng)典的溫濕球溫濕度表的濕度測量結(jié)果相一致,且誤差在以上,有的甚至在以上。同一廠家生產(chǎn)的同一型號的產(chǎn)品,濕度測量結(jié)果也不完全一致,只是相差較小。
由以上分析可知,由于半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,已使新型的濕度傳感器達(dá)到了可以商品化生產(chǎn)的實(shí)用程度。然而,尚有以下三個方面的問題:
?、僭跇?biāo)定方面,必須有專用的濕度標(biāo)定儀器,不能象經(jīng)典的溫濕球那樣只進(jìn)行溫度標(biāo)定。
?、谠谑褂梅矫孳姡鞣N新型濕度傳感器都不能覆蓋全部使用范圍,需要使用者進(jìn)行適當(dāng)選擇,從而限制了市場的進(jìn)一步擴(kuò)大。
③在原理方面,新型濕度傳感器是利用各種材料對濕度的敏感程度進(jìn)行間接測量的,而不能象經(jīng)典的溫濕球濕度表那樣,用熱力學(xué)定義進(jìn)行直接測量,并已為廣大使用者所熟知,可信度好。
為此,我們開展了一種新濕度傳感器的研制。
2.新型干濕溫差濕度計(jì)的研制
我們從熱力學(xué)對相對濕度(RH)的定義出發(fā),根據(jù)經(jīng)典的干、濕球溫濕度計(jì)的測量方法,利用微電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了濕度的智能化測量。
新型濕度計(jì)的測量精度,取決于溫度傳感器(1)和溫度傳感器(2)的對稱性,要求兩支溫度傳感器完全一致。利用現(xiàn)有的測溫傳感器,熱電阻、半導(dǎo)體等不難做到只有0.01℃的誤差,使?jié)穸葴y量有可能達(dá)到較高的精度要求。我們用溫度傳感器(2)測出濕球的溫度,用溫度傳感器(1)測出環(huán)境溫度,并將兩個溫度值送入單片機(jī),按熱力學(xué)對濕度的定義進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算測量環(huán)境的溫度、濕度值,并以數(shù)字量的形式輸出。
測試結(jié)果表明,新型干、濕球溫濕度計(jì)具有以下特點(diǎn):
①測量精度高,可達(dá)水平,可作濕度標(biāo)定之用;
?、谟脺囟葮?biāo)定,替代濕度標(biāo)定,標(biāo)定精確、容易;
③實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,可直接讀數(shù),從而克服了經(jīng)典的干、濕球溫濕度計(jì)不能直接讀數(shù)和無電信號輸出等缺點(diǎn);
④可信度高,穩(wěn)定性好。這種測量方法基于相對濕度的熱力學(xué)定義,測量結(jié)果完全符合國家干、濕溫差濕度標(biāo)準(zhǔn)。
這種新型濕度計(jì),可作為濕度的標(biāo)定儀器,亦可廣泛應(yīng)用于氣象、人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,作為濕度精密測量和控制之用。
3.結(jié)論
本文提出的新型干濕球濕度計(jì),吸取經(jīng)典的干、濕球溫濕度計(jì)的測溫原理,克服了不能直接讀數(shù)的缺點(diǎn),同時又解決了目前已商品化的各種測濕儀器測量精度低、穩(wěn)定性差,抗干擾能力弱等諸多問題,是目前測濕方法中易于標(biāo)定、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的全新測溫、測濕儀器,具有廣泛的應(yīng)用前景。