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濕度測量的基本概念
2014-12-18
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一,但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多溫度是個獨立的被測量而濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。此外濕度的校準(zhǔn)也是一個難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴。
一、濕度定義
在計量法中規(guī)定,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對濕度用RH%表示。總言之即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。
濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。對濕度的表示方法有絕對濕度、相對濕度、露點、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。
二、濕度測量方法
濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測量始終是世界計量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個看似簡單的量值深究起來涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計算初涉者可能會忽略在濕度測量中必需注意的許多因素因而影響傳感器的合理使用。
常見的濕度測量方法有：動態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法）靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法）露點法干濕球法和電子式傳感器法。
① 雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理平衡時間較長分流法是基于絕對濕氣和絕對干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密卻因設(shè)備復(fù)雜昂貴運作費時費工主要作為標(biāo)準(zhǔn)計量之用其測量精度可達(dá)±2%RH以上。
② 靜態(tài)法中的飽和鹽法是濕度測量中最常見的方法簡單易行。但飽和鹽法對液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時間去平衡低濕點要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時每次開啟都需要平衡6~8小時。
③ 露點法是測量濕空氣達(dá)到飽和時的溫度是熱力學(xué)的直接結(jié)果準(zhǔn)確度高測量范圍寬。計量用的精密露點儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。
④干濕球法這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法它用干濕球方程換算出濕度值而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法不要簡單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計的測量精度就等于提高了濕度計的測量精度。
⑤電子式濕度傳感器法
電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè), 近年來國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。
三、濕度測量方案的選擇
現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法電子式濕度傳感器測濕法。下面對這兩種方案進(jìn)行比較以便客戶選擇適合自己的濕度測量方法。
干濕球濕度計的特點：
早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計干濕球濕度計的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計的準(zhǔn)確度只有5％一7％RH。
干濕球測濕法采用間接測量方法通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計算得到濕度值因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。
干濕球測濕法的維護(hù)相當(dāng)簡單在實際使用中只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。
電子式濕度傳感器的特點：
而電子式濕度傳感器是近幾十年特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。
在實際使用中由于塵土、油污及有害氣體的影響使用時間一長會產(chǎn)生老化精度下降濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右甚至更高。一般情況下生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年到期需重新標(biāo)定。
電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷一般說來電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器。
濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)因此對使用的環(huán)境溫度有要求超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。
所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。
四、濕度傳感器選擇的注意事項
①．選擇測量范圍
和測量重量、溫度一樣選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程(0-100％RH)測量。
②、選擇測量精度
測量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)每提高—個百分點對濕度傳感器來說就是上一個臺階甚至是上一個檔次。因為要達(dá)到不同的精度其制造成本相差很大售價也相差甚遠(yuǎn)。所以使用者一定要量體裁衣不宜盲目追求“高、精、尖”。
如在不同溫度下使用濕度傳感器其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知相對濕度是溫度的函數(shù)溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5％RH的濕度變化(誤差)。使用場合如果難以做到恒溫則提出過高的測濕精度是不合適的。
多數(shù)情況下如果沒有精確的控溫手段或者被測空間是非密封的±5％RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合再選用±3％RH以上精度的濕度傳感器。
而精度高于±2％RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到更何況傳感器自身了。相對濕度測量儀表即使在20—25℃下要達(dá)到2％RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。
③、考慮時漂和溫漂
在實際使用中由于塵土、油污及有害氣體的影響使用時間一長電子式濕度傳器會產(chǎn)生老化精度下降電子式濕度傳器年漂移量一般都在±2%左右甚至更高。一般情況下生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年到期需重新標(biāo)定。
④、其它注意事項
濕度傳感器是非密封性的為保護(hù)測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，水分測定儀維修應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大就應(yīng)放置多個傳感器。
有的濕度傳感器對供電電源要求比較高否則將影響測量精度。或者傳感器之間相互干擾甚至無法工作。使用時應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。
傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸時要注意信號的衰減問題。當(dāng)傳輸距離超過200m以上時建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。
一、濕度定義
在計量法中規(guī)定,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對濕度用RH%表示。總言之即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。
濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。對濕度的表示方法有絕對濕度、相對濕度、露點、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。
二、濕度測量方法
濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測量始終是世界計量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個看似簡單的量值深究起來涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計算初涉者可能會忽略在濕度測量中必需注意的許多因素因而影響傳感器的合理使用。
常見的濕度測量方法有：動態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法）靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法）露點法干濕球法和電子式傳感器法。
① 雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理平衡時間較長分流法是基于絕對濕氣和絕對干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密卻因設(shè)備復(fù)雜昂貴運作費時費工主要作為標(biāo)準(zhǔn)計量之用其測量精度可達(dá)±2%RH以上。
② 靜態(tài)法中的飽和鹽法是濕度測量中最常見的方法簡單易行。但飽和鹽法對液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時間去平衡低濕點要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時每次開啟都需要平衡6~8小時。
③ 露點法是測量濕空氣達(dá)到飽和時的溫度是熱力學(xué)的直接結(jié)果準(zhǔn)確度高測量范圍寬。計量用的精密露點儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。
④干濕球法這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法它用干濕球方程換算出濕度值而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法不要簡單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計的測量精度就等于提高了濕度計的測量精度。
⑤電子式濕度傳感器法
電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè), 近年來國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。
三、濕度測量方案的選擇
現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法電子式濕度傳感器測濕法。下面對這兩種方案進(jìn)行比較以便客戶選擇適合自己的濕度測量方法。
干濕球濕度計的特點：
早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計干濕球濕度計的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計的準(zhǔn)確度只有5％一7％RH。
干濕球測濕法采用間接測量方法通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計算得到濕度值因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。
干濕球測濕法的維護(hù)相當(dāng)簡單在實際使用中只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。
電子式濕度傳感器的特點：
而電子式濕度傳感器是近幾十年特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。
在實際使用中由于塵土、油污及有害氣體的影響使用時間一長會產(chǎn)生老化精度下降濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右甚至更高。一般情況下生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年到期需重新標(biāo)定。
電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷一般說來電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器。
濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)因此對使用的環(huán)境溫度有要求超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。
所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。
四、濕度傳感器選擇的注意事項
①．選擇測量范圍
和測量重量、溫度一樣選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程(0-100％RH)測量。
②、選擇測量精度
測量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)每提高—個百分點對濕度傳感器來說就是上一個臺階甚至是上一個檔次。因為要達(dá)到不同的精度其制造成本相差很大售價也相差甚遠(yuǎn)。所以使用者一定要量體裁衣不宜盲目追求“高、精、尖”。
如在不同溫度下使用濕度傳感器其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知相對濕度是溫度的函數(shù)溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產(chǎn)生0.5％RH的濕度變化(誤差)。使用場合如果難以做到恒溫則提出過高的測濕精度是不合適的。
多數(shù)情況下如果沒有精確的控溫手段或者被測空間是非密封的±5％RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間或者需要隨時跟蹤記錄濕度變化的場合再選用±3％RH以上精度的濕度傳感器。
而精度高于±2％RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到更何況傳感器自身了。相對濕度測量儀表即使在20—25℃下要達(dá)到2％RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。
③、考慮時漂和溫漂
在實際使用中由于塵土、油污及有害氣體的影響使用時間一長電子式濕度傳器會產(chǎn)生老化精度下降電子式濕度傳器年漂移量一般都在±2%左右甚至更高。一般情況下生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年到期需重新標(biāo)定。
④、其它注意事項
濕度傳感器是非密封性的為保護(hù)測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，水分測定儀維修應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大就應(yīng)放置多個傳感器。
有的濕度傳感器對供電電源要求比較高否則將影響測量精度。或者傳感器之間相互干擾甚至無法工作。使用時應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。
傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸時要注意信號的衰減問題。當(dāng)傳輸距離超過200m以上時建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。
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