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湿度精密测量的探讨 [2007-1-19]来源:正岛电器技术应用开发部
摘 要:本文对新型的电容、电导和热传导湿度传感器及经典的干、湿球温湿度计进行了评述,研制了新的干、湿温差温湿度计,提出了以温度标定替代湿度标定的方法。
关键词:湿度传感器  湿度标定  干、湿温差温湿度计

1.湿度测量的现状

  我们在湿度的测量与控制的工作中,了解到新一代的电容、电导和热传导湿度传感器已达到了商品化的实用程度。这些湿度传感器均采用了现代半导体技术和微处理器技术,使器件的非线性得到了完善的修正,并出现了低能耗一体化测量模块,实现各种智能化的测控功能。现在市售的各种湿度传感器,大部分为进口产品,如深圳光之神公司推出的HIS型湿敏电容及其湿度变送器,设计比较精巧,可实现相对湿度、绝对湿度、露点三个热力学参数的快速测量,达到 的测量精度,稳定性和重现性也较好,但在抗结露能力(防水浸)和抗污染气氛(酒精、煤气、化肥、农药等)方面各有不同。电导性陶瓷烧结的湿敏传感器性能良好,长沙华鹏公司自行研制和配套生产的湿度传感器,标定精确,达到了可在水中长时间泡浸的水平。这些湿度传感器代表了现代湿度传感器的方向,经典的温湿球湿度表,毛发湿度计等是不可能与之相媲美的。

  我们在一家仪器商店考察了各种不同厂商生产的湿度计,发现没有一台数字式湿度计(大多是湿敏电容传感器)与经典的温湿球温湿度表的湿度测量结果相一致,且误差在 以上,有的甚至在 以上。同一厂家生产的同一型号的产品,湿度测量结果也不完全一致,只是相差较小。

  由以上分析可知,由于半导体技术、计算机技术的飞速发展,已使新型的湿度传感器达到了可以商品化生产的实用程度。然而,尚有以下三个方面的问题:

  ①在标定方面,必须有专用的湿度标定仪器,不能象经典的温湿球那样只进行温度标定。

  ②在使用方面军,各种新型湿度传感器都不能覆盖全部使用范围,需要使用者进行适当选择,从而限制了市场的进一步扩大。

  ③在原理方面,新型湿度传感器是利用各种材料对湿度的敏感程度进行间接测量的,而不能象经典的温湿球湿度表那样,用热力学定义进行直接测量,并已为广大使用者所熟知,可信度好。

  为此,我们开展了一种新湿度传感器的研制。

2.新型干湿温差湿度计的研制

  我们从热力学对相对湿度(RH)的定义出发,根据经典的干、湿球温湿度计的测量方法,利用微电子技术和单片机技术,实现了湿度的智能化测量。
         
  新型湿度计的测量精度,取决于温度传感器(1)和温度传感器(2)的对称性,要求两支温度传感器完全一致。利用现有的测温传感器,热电阻、半导体等不难做到只有0.01℃的误差,使湿度测量有可能达到较高的精度要求。我们用温度传感器(2)测出湿球的温度 ,用温度传感器(1)测出环境温度 ,并将两个温度值 送入单片机,按热力学对湿度的定义进行数据处理,计算测量环境的温度、湿度值,并以数字量的形式输出。

  测试结果表明,新型干、湿球温湿度计具有以下特点:
  ①测量精度高,可达 水平,可作湿度标定之用;

  ②用温度标定,替代湿度标定,标定精确、容易;

  ③实现了数字化,可直接读数,从而克服了经典的干、湿球温湿度计不能直接读数和无电信号输出等缺点;

  ④可信度高,稳定性好。这种测量方法基于相对湿度的热力学定义,测量结果完全符合国家干、湿温差湿度标准。

  这种新型湿度计,可作为湿度的标定仪器,亦可广泛应用于气象、人工环境实验室,作为湿度精密测量和控制之用。

3.结论

  本文提出的新型干湿球湿度计,吸取经典的干、湿球温湿度计的测温原理,克服了不能直接读数的缺点,同时又解决了目前已商品化的各种测湿仪器测量精度低、稳定性差,抗干扰能力弱等诸多问题,是目前测湿方法中易于标定、高精度、高稳定性、高可靠性的全新测温、测湿仪器,具有广泛的应用前景。

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