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技術(shù)文章

介紹濕度傳感器原理
    濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。 　　濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。
    電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH，這比干濕球測(cè)濕精度高。
    濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這方面沒(méi)有干濕球測(cè)濕方法好。下面對(duì)各種濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
1、氯化鋰濕度傳感器
    （1）電阻式氯化鋰濕度計(jì)
     **個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來(lái)的。這種元件具有較高的精度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。 　　氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是（60～80）%RH 等。由此可見(jiàn)，要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí)，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。可用于全量程測(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè)，采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為（15～100）%RH，國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱其測(cè)量范圍可達(dá)（2 ～100）%RH 。
    （2）露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)
    露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro 公司首先研制出來(lái)的，其后我國(guó)和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似，但工作原理卻完全不同。簡(jiǎn)而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。 　　
2、碳濕敏元件
    碳濕敏元件是美國(guó)的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來(lái)的，與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn)，因之令人矚目。我國(guó)氣象部門(mén)于70年代初開(kāi)展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測(cè)量不確定度不超過(guò)±5%RH ，時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩(wěn)定性亦較好。
3、氧化鋁濕度計(jì) 　　
    氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是，體積可以非常小（例如用于探空儀的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測(cè)量下限達(dá)-110℃露點(diǎn)），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測(cè)量信號(hào)直接以電參量的形式輸出，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測(cè)量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測(cè)量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測(cè)可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國(guó)家的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問(wèn)題.上始終未能取得重大的突破。傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來(lái)，這種方法在工業(yè)中的低霜點(diǎn)測(cè)量方面開(kāi)始嶄露頭角。
4、陶瓷濕度傳感器
     在濕度測(cè)量領(lǐng)域中，對(duì)于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測(cè)量，到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測(cè)量技術(shù)*為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的**方法，而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問(wèn)題，無(wú)法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，要求在高溫下測(cè)量濕度的場(chǎng)合越來(lái)越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過(guò)程的濕度測(cè)量與控制。因此，自60年代起，許多國(guó)家開(kāi)始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無(wú)機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測(cè)控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣，主要用于食品加工方面。 　　以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器，另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的濕度傳感器。
    幾乎所有的傳感器都存在時(shí)漂和溫漂。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸，所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下，生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年，到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請(qǐng)使用者在選擇傳感器時(shí)考慮好日后重新標(biāo)定的渠道，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問(wèn)屬。
    選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場(chǎng)合的溫度變化范圍，看所選傳感器在指定溫度下能否正常工作，溫漂是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。要提醒使用者注意的是：電容式濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個(gè)變量，它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因?yàn)樗透叻肿泳酆衔锏慕殡娤禂?shù)隨溫度的改變是不同步的，而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù)，所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù)。電容式濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數(shù)*小，5-25℃時(shí)，中低濕段的溫漂可忽略不計(jì)。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時(shí)，就一定要考慮溫漂的影響，進(jìn)行必要的補(bǔ)償或訂正。

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