溼度傳感器

溼度傳感器

溼度傳感器選型

測量範圍

和測量重量、溫度一樣,選擇溼度傳感器首先要確定測量範圍。除了氣象、科研部門外,搞溫、溼度測控的一般不需要全溼程(0-100%RH)測量。在當今的信息時代,傳感器技術與計算機技術、自動控制技術緊密結合著。測量的目的在於控制,測量範圍與控制範圍合稱使用範圍。當然,對不需要搞測控系統的應用者來說,直接選擇通用型溼度儀就可以了。

測量精度

和測量範圍一樣,測量精度同是傳感器最重要的指標。每提高—個百分點.對傳感器來說就是上一個臺階,甚至是上一個檔次。因為要達到不同的精度,其製造成本相差很大,售價也相差甚遠。例如進口的1只廉價的溼度傳感器只有幾美元,而1只供標定用的全溼程溼度傳感器要幾百美元,相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣,不宜盲目追求“高、精、尖”。

生產廠商往往是分段給出其溼度傳感器的精度的。如中、低溼段(0一80%RH)為±2%RH,而高溼段(80—100%RH)為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下(如25℃)的值。如在不同溫度下使用溼度傳感器.其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知,相對溼度是溫度的函數,溫度嚴重地影響著指定空間內的相對溼度。溫度每變化0.1℃。將產生0.5%RH的溼度變化(誤差)。使用場合如果難以做到恆溫,則提出過高的測溼精度是不合適的。因為溼度隨著溫度的變化也漂忽不定的話,奢談測溼精度將失去實際意義。所以控溼首先要控好溫,這就是大量應用的往往是溫溼度—體化傳感器而不單純是溼度傳感器的緣故。

多數情況下,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。對於要求精確控制恆溫、恆溼的局部空間,或者需要隨時跟蹤記錄溼度變化的場合,再選用±3%RH

以上精度的溼度傳感器。與此相對應的溫度傳感器.其測溫精度須足±0.3℃以上,起碼是±0.5℃的。而精度高於±2%RH的要求恐怕連校準傳感器的標準溼度發生器也難以做到,更何況傳感器自身了。國家標準物質研究中心溼度室的文章認為:“相對溼度測量儀表,即使在20—25℃下,要達到2%RH的準確度仍是很困難的。”

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溼度傳感器工作原理

溼敏元件是最簡單的溼度傳感器。溼敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。溼敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感溼材料製成的膜,當空氣中的水蒸氣吸附在感溼膜上時,元件的電阻率和電阻值都發生變化,利用這一特性即可測量溼度。溼敏電容一般是用高分子薄膜電容製成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境溼度發生改變時,溼敏電容的介電常數發生變化,使其電容量也發生變化,其電容變化量與相對溼度成正比。

溼度傳感器注意事項

溼度傳感器是非密封性的,為保護測量的準確度和穩定性,應儘量避免在酸性、鹼性及含有機溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環境中使用。為正確反映欲測空間的溼度,還應避免將傳感器安放在離牆壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大,就應放置多個傳感器。

有的溼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。使用時應技要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。

傳感器需要進行遠距離信號傳輸時,要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過200m以上時,建議選用頻率輸出信號的溼度傳感器。

由於溼敏元件都存在一定的分散性,無論進口或國產的傳感器都需逐支調試標定。大多數在更換溼敏元件後需要重新調試標定,對於測量精度比較高的溼度傳感器尤其重要。

溼度傳感器現在正在被廣泛應用,溼度傳感器能夠很好的監控環境中溼度,在食品保護,環境檢測等方面有著重要的應用,我們在使用溼度傳感器的時候應該充分了解溼度傳感器的結構已經在使用過程中的一些注意事項。

溼度傳感器的形式不是很多,但是不管是什麼樣的溼度傳感器在使用過程中還是要注意以上幾個細節問題,不僅僅是溼度傳感器所有的傳感器在使用過程中都有它的注意事項,我們在使用的時候應該首先閱讀使用說明書已經和廠家諮詢相關的問題,才能更好的使用。

溼度傳感器


四個方面溼度傳感器好壞檢測

1、溼度傳感器的溫度係數

溼敏元件除對環境溼度敏感外,對溫度亦十分敏感,溫度每變化0.1℃。將產生0.5%RH的溼度變化(誤差)。使用場合如果難以做到恆溫,則提出過高的測溼精度是不合適的。有的溼敏元件在不同的相對溼度下,其溫度係數又有差別。多數情況下,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。對於要求精確控制恆溫、恆溼的局部空間,或者需要隨時跟蹤記錄溼度變化的場合,再選用±3%RH以上精度的溼度傳感器。溫漂非線性,這需要在電路上加溫度補償式。採用單片機軟件補償,或無溫度補償的溼度傳感器是保證不了全溫範圍的精度的,溼度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補償的效果,非線性的溫漂往往補償不出較好的效果,只有採用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。溼度傳感器工作的溫度範圍也是重要參數。多數溼敏元件難以在40℃以上正常工作。

2、精度和長期穩定性

溼度傳感器的精度應達到±2%~±5%RH,達不到這個水平很難作為計量器具使用,溼度傳感器要達到±2%~±3%RH的精度是比較困難的,通常產品資料中給出的特性是在常溫(20℃±10℃)和潔淨的氣體中測量的。在實際使用中,由於塵土、油汙及有害氣體的影響,使用時間一長,會產生老化,精度下降,溼度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷,一般說來,長期穩定性和使用壽命是影響溼度傳感器質量的頭等問題,年漂移量控制在1%RH水平的產品很少,一般都在±2%左右,甚至更高。

3、溼度傳感器的供電

有的溼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。金屬氧化物陶瓷,高分子聚合物和氯化鋰等溼敏材料施加直流電壓時,會導致性能變化,甚至失效,所以這類溼度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。

必須是交流電供電。使用時應按照技術要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。傳感器需要進行遠距離信號傳輸時,要注意信號的衰減問題。當傳輸距離超過200m以上時,建議選用頻率輸出信號的溼度傳感器。

4、互換性

目前,溼度傳感器普遍存在著互換性差的現象,同一型號的傳感器不能互換,嚴重影響了使用效果,給維修、調試增加了困難,有些廠家在這方面作出了種種努力,(但互換性仍很差)取得了較好效果。

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3種溼度傳感器應用電路

1、直讀式溼度計的應用電路

直讀式溼度計電路如圖1所示,其中RH為氯化錘溼敏電阻器,氯化錘是一種吸溼鹽類,氯化錘溼敏電阻器是一種新型溼敏電阻器,屬水分子親和力型溼敏元件,它採用真空鍍膜工藝在玻璃片上鍍上一層梳狀金電極,然後在電極上塗上一層由氯化錘和聚氯乙烯醇等配製的感溼膜。由於聚氯乙烯醇是一種粘合性很強的多孔性物質,它與氯化錘結合後,水分子會很容易在感溼膜中吸附或釋放,從而使溼敏電阻器的電阻值發生迅速的變化。為了提高溼敏電阻器的抗汙染能力,還在溼敏電阻表面塗敷一層多孔性保護膜。

對於一種配方的溼敏電阻,其測試溼度的範圍相當狹窄。要求溼度測量範圍較大時,需要將多個溼敏電阻器組合使用,其測量範圍才能達到20%~80%RH。由VT1、VT2和T1等組成測溼電橋的電源,其振盪頻率為250~1000Hz。電橋的輸出信號經變壓器T2、C3耦合到VT3,經VT3放大後的信號由VD1~VD4橋式整流後輸入微安表,指示出由於相對溼度的變化而引起電流的改變。經標定並把溼度刻劃在微安表表盤上,就成為一個簡單而實用的直讀式溼度計了。

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2 電容型溼度傳感器的應用電路

電容型溼度傳感器是用高分子材料的溼敏元件作為敏感元件,它利用有機高分子材料的吸溼性能與膨潤性能製成的,屬水分子親和力型溼敏元件,吸溼後,介電常數發生明顯變化的高分子電介質,可做成電容式溼敏元件。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。高分子溼敏元件的薄膜做得極薄,一般約5000埃,使元件易於很快的吸溼與脫溼,減少了滯後誤差,響應速度快。這種溼敏元件的缺點是不宜用於含有機溶媒氣體的環境,元件也不能耐80度以上的高溫。電容型溼度傳感器的應用電路圖2所示。它由兩個時基電路IC1、IC2組成,556為雙時基電路即兩個555多諧振盪器,IC1及外圍元件組成多諧振盪器,主要產生觸發IC2的脈衝,IC2和電容型溼敏元件及外圍元件組成可調寬的脈衝發生器,其脈衝寬度將取決於溼敏元件的電容值的大小,而溼敏元件的電容值的大小決定於空氣中的相對溼度,調寬脈衝從IC2的⑨腳輸出,經R5、C3濾波後成為直流信號輸出。輸出電壓的大小正比於空氣的相對溼度,其靈敏度為2mV/%RH。

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3 線性頻率輸出式溼度傳感器的應用電路

線性頻率輸出式溼度傳感器HS1100/1101是基於獨特工藝設計的電容元件,具有可靠性高、穩定性好、反應時間快等優點,可用於線性電壓或頻率輸出迴路當中。採用HS1100/1101的頻率輸出特性,實現對環境相對溼度的測量。線性頻率輸出式溼度傳感器測量電路如圖3所示,電源電壓範圍是UCC =+3.5~12V。利用一片CMOS定時器TLC555,配上HS1100/1101和電阻R2、R4構成單穩態電路,將相對溼度轉換成頻率信號。輸出頻率範圍是7351~6033Hz,所對應的相對溼度為0%~100%。當RH=55%時,f =6660Hz。輸出頻率信號可送至數字頻率計或單片機系統,測量並顯示出相對溼度值。3R為輸出端的限流電阻,起保護作用。555電路的非平衡電阻R1作為內部溫度補償用,應具有1%的精度,目的是為了引入溫度效應,使它與HS1100/1101的溫度效應相匹配。由於不同型號的555的內部溫度補償有所不同,所以R1的值必須與特定的芯片相匹配。R3為輸出端的限流電阻,起保護作用。

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溼度傳感器發展趨勢

在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門,經常需要對環境溼度進行測量及控制。但在常規的環境參數中,溼度是最難準確測量的一個參數。用乾溼球溼度計或毛髮溼度計來測量溼度的方法,早已無法滿足現代科技發展的需要。這是因為測量溼度要比測量溫度複雜的多,溫度是個獨立的被測量,而溼度卻受其他因素(大氣壓強、溫度)的影響。此外,溼度的標準也是一個難題。國外生產的溼度標定設備價格十分昂貴。


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