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濕度精密測(cè)量的探討 [2007-01-19]
來源：正島電器技術(shù)應(yīng)用開發(fā)部
摘?要：本文對(duì)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(píng)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)
１．濕度測(cè)量的現(xiàn)狀
??我們?cè)?FONT color=#000000>濕度的測(cè)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(cè)量模塊，實(shí)現(xiàn)各種智能化的測(cè)控功能。現(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(duì)濕度、絕對(duì)濕度、露點(diǎn)三個(gè)熱力學(xué)參數(shù)的快速測(cè)量，達(dá)到 的測(cè)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(zhǎng)沙華鵬公司自行研制和配套生產(chǎn)的濕度傳感器，標(biāo)定精確，達(dá)到了可在水中長(zhǎng)時(shí)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?cè)谝患覂x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(tái)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(cè)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(hào)的產(chǎn)品，濕度測(cè)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(gè)方面的問題：
??①在標(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。
??②在使用方面軍，各種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(chǎng)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(duì)濕度的敏感程度進(jìn)行間接測(cè)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(cè)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(duì)相對(duì)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(cè)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(cè)量。
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??新型濕度計(jì)的測(cè)量精度，取決于溫度傳感器(1)和溫度傳感器(2)的對(duì)稱性，要求兩支溫度傳感器完全一致。利用現(xiàn)有的測(cè)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(cè)量有可能達(dá)到較高的精度要求。我們用溫度傳感器(2)測(cè)出濕球的溫度 ，用溫度傳感器(1)測(cè)出環(huán)境溫度 ，并將兩個(gè)溫度值 送入單片機(jī)，按熱力學(xué)對(duì)濕度的定義進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度值，并以數(shù)字量的形式輸出。
??測(cè)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(cè)量精度高，可達(dá) 水平，可作濕度標(biāo)定之用；
??②用溫度標(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(hào)輸出等缺點(diǎn)；
??④可信度高，穩(wěn)定性好。這種測(cè)量方法基于相對(duì)濕度的熱力學(xué)定義，測(cè)量結(jié)果完全符合國(guó)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(cè)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(cè)溫原理，克服了不能直接讀數(shù)的缺點(diǎn)，同時(shí)又解決了目前已商品化的各種測(cè)濕儀器測(cè)量精度低、穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱等諸多問題，是目前測(cè)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(cè)溫、測(cè)濕儀器，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：濕度傳感器 濕度標(biāo)定 干、濕溫差溫濕度計(jì)
１．濕度測(cè)量的現(xiàn)狀
??我們?cè)?FONT color=#000000>濕度的測(cè)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(cè)量模塊，實(shí)現(xiàn)各種智能化的測(cè)控功能。現(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(duì)濕度、絕對(duì)濕度、露點(diǎn)三個(gè)熱力學(xué)參數(shù)的快速測(cè)量，達(dá)到 的測(cè)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(zhǎng)沙華鵬公司自行研制和配套生產(chǎn)的濕度傳感器，標(biāo)定精確，達(dá)到了可在水中長(zhǎng)時(shí)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?cè)谝患覂x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(tái)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(cè)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(hào)的產(chǎn)品，濕度測(cè)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(gè)方面的問題：
??①在標(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。
??②在使用方面軍，各種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(chǎng)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(duì)濕度的敏感程度進(jìn)行間接測(cè)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(cè)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(duì)相對(duì)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(cè)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(cè)量。
?????????
??新型濕度計(jì)的測(cè)量精度，取決于溫度傳感器(1)和溫度傳感器(2)的對(duì)稱性，要求兩支溫度傳感器完全一致。利用現(xiàn)有的測(cè)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(cè)量有可能達(dá)到較高的精度要求。我們用溫度傳感器(2)測(cè)出濕球的溫度 ，用溫度傳感器(1)測(cè)出環(huán)境溫度 ，并將兩個(gè)溫度值 送入單片機(jī)，按熱力學(xué)對(duì)濕度的定義進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度值，并以數(shù)字量的形式輸出。
??測(cè)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(cè)量精度高，可達(dá) 水平，可作濕度標(biāo)定之用；
??②用溫度標(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(hào)輸出等缺點(diǎn)；
??④可信度高，穩(wěn)定性好。這種測(cè)量方法基于相對(duì)濕度的熱力學(xué)定義，測(cè)量結(jié)果完全符合國(guó)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(cè)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(cè)溫原理，克服了不能直接讀數(shù)的缺點(diǎn)，同時(shí)又解決了目前已商品化的各種測(cè)濕儀器測(cè)量精度低、穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱等諸多問題，是目前測(cè)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(cè)溫、測(cè)濕儀器，具有廣泛的應(yīng)用前景。
