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什么是温湿度传感器?

  温湿度和人的生活息息相关,对温湿度的关注催生了温湿度一体传感器的诞生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。

  关于温湿度的几个概念解释:

  温度:度量物体冷热的物理量,是国际单位制中7个基本物理量之一。在生产和科学研究中,许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的,人们的生活也和它密切相关。

  湿度:湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。

  日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度。用%RH表示。在物理量的导出上相对湿度与温度有着密切的关系。一定体积的密闭气体,其温度越高相对湿度越低,温度越低,其相对湿度越高。其中涉及到复杂的热力工程学知识。

  有关湿度的一些定义:

  相对湿度:在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度,用RH%表示。总之,即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸汽压)的百分比。

  绝对湿度:指单位容积的空气里实际所含的水汽量,一般以克为单位。温度对绝对湿度有着直接影响,一般情况下,温度越高,水蒸气发得越多,绝对湿度就越大;相反,绝对湿度就小。

  饱和湿度:在一定温度下,单位容积,空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过这个限度,多余的水蒸气就会凝结,变成水滴,此时的空气湿度变称为饱和湿度。空气的饱和湿度不是固定不变的,它随着温度的变化而变化。温度越高,单位容积空气中能容纳的水蒸气就越多,饱和湿度就越大。

  露点:指含有一定量水蒸气(绝对湿度)的空气,当温度下降到一定程度时所含的水蒸气就会达到饱和状态(饱和湿度)并开始液化成水,这种现象叫做凝露。水蒸气开始液化成水时的温度叫做“露点温度”简称“露点”。如果温度继续下降到露点以下,空气中超饱和的水蒸气就会在物体表面上凝结成水滴。此外,风与空气中的温湿度有密切关系,也是影响空气温湿度变化的重要因素之一。

  测量方法

  湿度测量传感器常见的几个测量方法

  湿度测量技术来由已久。随着电子技术的发展,近代测量技术也有了飞速的发展。湿度测量从原理上划分二、三十种之多。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值(重量或体积)等等。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值,深究起来,涉及相当复杂的物理—化学理论分析和计算,初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素,因而影响的合理使用。

  常见的湿度测量方法有:动态法(双压法、双温法、分流法),静态法(饱和盐法、硫酸法),露点法,干湿球法和形形色色的电子式传感器法。

  这里双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理,平衡时间较长,分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段,这些设备可以做得相当精密,却因设备复杂,昂贵,运作费时费工,主要作为标准计量之用,其测量精度可达±2%RH -±1.5%RH。

  静态法中的饱和盐法,是湿度测量中最常见的方法,简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严,对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡,低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时,每次开启都需要平衡6~8小时。

  露点法是测量湿空气达到饱和时的温度,是热力学的直接结果,准确度高,测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达±0.2℃甚至更高。但用现代光—电原理的冷镜式露点仪价格昂贵,常和标准湿度发生器配套使用。

  干湿球法,这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久,使用最普遍。干湿球法是一种间接方法,它用干湿球方程换算出湿度值,而此方程是有条件的:即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了,所以其准确度只有5~7%RH,明显低于电子湿度传感器。显然干湿球也不属于静态法,不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。

  本文想强调两点:第一,由于湿度是温度的函数,温度的变化决定性地影响着湿度的测量结果。无论那种方法,精确地测量和控制温度是第一位的。须知即使是一个隔热良好的恒温恒湿箱,其工作室内的温度也存在一定的梯度。所以此空间内的湿度也难以完全均匀一致。

  第二,由于原理和方法差异较大,各种测量方法之间难以直接校准和认定,大多只能用间接办法比对。所以在两种测湿方法之间相互校对全湿程(相对湿度0~100%RH)的测量结果,或者要在所有温度范围内校准各点的测量结果,是十分困难的事。例如通风干湿球湿度计要求有规定风速的流动空气,而饱和盐法则要求严格密封,两者无法比对。最好的办法还是按国家对湿度计量器具检定葡京娱乐网址(标准)规定的传递方式和检定规程去逐级认定。

  选择温湿度传感器的注意事项

  ①.选择测量范围

  和测量重量、温度一样,选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外,搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100%RH)测量。

  ②、选择测量精度

  测量精度是湿度传感器最重要的指标,每提高—个百分点,对湿度传感器来说就是上一个台阶,甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度,其制造成本相差很大,售价也相差甚远。所以使用者一定要量体裁衣,不宜盲目追求“高、精、尖”。如在不同温度下使用湿度传感器,其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知,相对湿度是温度的函数,温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温,则提出过高的测湿精度是不合适的。多数情况下,如果没有精确的控温手段,或者被测空间是非密封的,±5%RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间,或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合,再选用±3%RH以上精度的湿度传感器。而精度高于±2%RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到,更何况传感器自身了。相对湿度测量仪表,即使在20—25℃下,要达到2%RH的准确度仍是很困难的。通常产品资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。

  ③、考虑时漂和温漂

  在实际使用中,由于尘土、油污及有害气体的影响,使用时间一长,电子式湿度传器会产生老化,精度下降,电子式湿度传感器年漂移量一般都在±2%左右,甚至更高。一般情况下,生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年,到期需重新标定。

  ④、其它注意事项

  湿度传感器是非密封性的,为保护测量的准确度和稳定性,应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度,还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的房间太大,就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高,否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰,甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时,要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时,建议选用电流输出信号的湿度传感器。

  风道管温湿度传感器

  风道管温湿度传感器一般采用原装进口的温湿度传感模块,通过高性能单片机的信号处理,可以输出各种模拟信号。具有广泛的应用,甚至超过一般壁挂式温湿度传感器。

  风道管温湿度传感器采用灵活的管道式安装,使用方便,输出标准模拟信号,直接应用于各种控制机构和控制葡京娱乐网址。整机性能更优越,长期稳定性更出色。这种温湿度传感器一般温度范围是-40-120℃ ,而湿度范围为0~100%RH。风道管温湿度传感器输出信号具有多样性,一般有4-20mA,0-5V,0-10V等常见模拟信号,有的还带有RS485数字信号输出,如果客户需要还可以附加显示功能,这也是使用范围很广的一种原因。

  风道管温湿度传感器广泛应用于楼宇自动化、气候与暖通信号采集、博物馆和宾馆的气候站、大棚温室以及医药行业等。这种传感器产品一般质保一年,使用一定年限后,产品测量精度会产生一定的漂移,为了保证测量精度,建议在产品使用1~2年后客户需对进行产品进行精度校正或者返厂精度校正。

  温湿度传感器的冷凝有什么用?

  测量精度

  和测量范围一样,测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点.对传感器来说就是上一个台阶,甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度,其制造成本相差很大,售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元,而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元,相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣,不宜盲目追求“高、精、尖”。

  生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0一80%RH)为±2%RH,而高湿段(80—100%RH)为±4%RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器.其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知,相对湿度是温度的函数,温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温,则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话,奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温,这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。

  多数情况下,如果没有精确的控温手段,或者被测空间是非密封的,±5%RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间,或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合,再选用±3%RH.以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器.其测温精度须足±0.3℃以上,起码是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到,更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为:“相对湿度测量仪表,即使在20—25℃下,要达到2%RH的准确度仍是很困难的。”

  基本原理

  湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

  湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。

  湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。

  电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH,这比干湿球测湿精度高。

  湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。

  温湿度传感器在实际生活中,发挥什么作用呢?

  温室养殖

  现代化的农业养殖大部分是基于温室的。我们需要控制温室内的温度、湿度条件等在一定范围内,适合农作物、畜禽等生长。不同的农作物适合不同的温湿度,为了控制温湿度,需要实时采集温室内的温湿度作为反馈,再进行控制。

  温湿度传感器在温室内属于必备设备,控制好有助于农作物生长,提高生产料率。

  气象检测

  除了在温室内,我们需要检测温湿度,对于我们日常的生活,温湿度也是非常重要的。所以气象台在发布天气预报的时候,将气温和相对湿度也发布出来(根据温湿度传感器数据、历史数据等信息进行预测)。根据气象台发布的温湿度,可以规划农业生产、科学实验、日常活动等。如干燥的天气需要注意森林防火。

  物品储藏

  我们知道物品存储时间跟环境有关。一般除了避免阳光直射,还会给出温度范围和相对湿度范围。最常见的是潮湿的天气蔬菜容易发霉,金属容易腐蚀。所以为保证质量,一般仓库内需要进行温湿度检测,避免物品储藏过程损坏。

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