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湿度测量的基本概念

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门经常需要对环境湿度进行测量及控制。对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一,但在常规的环境参数中湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多温度是个独立的被测量而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外湿度的校准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。 
一、湿度定义
    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。总言之即气体中(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(饱和水蒸气压)的百分比。
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。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。
二、湿度测量方法
    湿度测量从原理上划分有二、三十种之多。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传感器的合理使用。
    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)露点法干湿球法和电子式传感器法。
① 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以上。
② 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。
③ 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。
④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,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。
⑤电子式湿度传感器法
    电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业, 近年来国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件也将湿度测量技术提高到新的水平。
三、湿度测量方案的选择
    现代湿度测量方案最主要的有两种:干湿球测湿法电子式湿度传感器测湿法。下面对这两种方案进行比较以便客户选择适合自己的湿度测量方法。
干湿球湿度计的特点:
    早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度;湿度计必须处于通风状态:只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5%一7%RH。
    干湿球测湿法采用间接测量方法通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值因此对使用温度没有严格限制在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。
    干湿球测湿法的维护相当简单在实际使用中只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比干湿球测湿法不会产生老化精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。
电子式湿度传感器的特点:
    而电子式湿度传感器是近几十年特别是近20年才迅速发展起来的。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发生器来逐支标定电子式湿度传感器的准确度可以达到2%一3%RH。
    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会产生老化精度下降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。
    电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断一般说来电子式湿度传感器的长期稳定性和使用寿命不如干湿球湿度传感器。
    湿度传感器是采用半导体技术因此对使用的环境温度有要求超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。
所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。
四、湿度传感器选择的注意事项
①.选择测量范围
    和测量重量、温度一样,食用油品质检测仪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以上时建议选用频率输出信号的湿度传感器。