湿度检测常见的两种方式干湿球湿度计、电子湿度传感器说明

 

 

关于关于湿度检测常见有两种方式：干湿球湿度计、电子湿度传感器。

 

1、湿度的定义

 

比较经典的说法：空气湿度（简称湿度）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。

 

日常生活中所指的湿度常为相对湿度，用%RH（Relative Humidity）表示，即气体中的水蒸气压与其气体的饱和水蒸气压的百分比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。

 

行业多数情况下提到湿度也是指相对湿度。

 

 

AH:绝对湿度（Absolute Humidity）, 单位质量或体积空气中所含湿气的多少，单位g/kg或g/m3；

 

SH：饱和湿度（Saturation Point Humidity) ，单位质量或体积空气中所能保有的最大湿气量。

 

湿度的表示方式有很多种，常用的有绝对湿度、比湿、混合比、相对湿度和露点等。

 

湿度的表达方式

 

 

2、湿度的检测与分类

 

对于湿度的检测人类发明了很多方法，根据工作原理的不同进行分类，一般有：

 

1）伸缩式

 

这是使用历史较久的传感器， 如最早出现的毛发湿度计。主要是根据测定材料的在不同湿度时伸缩不同进行湿度测量， 材料选用毛发、尼龙丝等。由于毛发、尼龙丝湿度敏感元件的反应速度慢，相对湿度与输出位移量的变化不成线性关系，使用的时间长久之后，易塑性变形和老化，但这种敏感元件因具有构造简单，工作可靠，价廉和不需要经常维护等优点，虽然精度不高(一般为±15%)，但能满足舒适性空调等一般要求。

 

毛发湿度计的构造如下图：

 

 

毛发湿度计构造原理图：

 

 

2）蒸发式

 

也称为干湿球湿度计，利用当大气压力和风速不变时，水分蒸发时必须向外界吸收热能这一效应研制而成。方法是采用两个相同的温度传感器分别放于被测湿度场和饱和湿度场中，当空气中的相对湿度发生变化时， 两个温度传感器就会出现差值，从而测定空气中的相对湿度。

 

 

 

Wet-bulb Pluses:

 

可靠、简单，便于维护，无需校准，容易判断是否故障，仅有两种典型失效情况：湿球纱布需要更换或者供水失效。湿球纱布更换的成本低廉。

 

Reliable, simple technology

 

Easy to maintain

 

No calibration required

 

Easy to determine if malfunctioning (starts reading 100%)

 

Only two typical failure modes: wick needs changing or water supply is gone

Wicks are cheap to replace

 

3、露点式

 

当一固体冷却至足以使周围水蒸气凝固时，固体上面开始结露。测出此物体表面的温度，即露点温度。获得此量后， 再加上温度和气压，就可以换算为任何需要的湿度表示。

 

4、电子式

 

利用材料的电特性与空气中湿度变化呈现一定的关系确定气体湿度。主要有：①电阻式，利用吸湿性能较好的物质吸附水汽后电阻发生变化而制得， 但由于电阻受温度影响较大， 固有的温度系数使其不能工作在很宽的温度范围内。②电容式，利用感湿材料吸水后介电常数发生变化而改变电容值。它与电阻型湿度计相比有显著的优势：灵敏度高， 功耗低， 温漂小， 其优良的性能受到了科学家们的普遍关注。由于易于与COMS工艺相结合， 便于实现小型化、集成化， 因此现在市面上出售的湿度计绝大部分都是电容型的。

 

 

 

 

某厂家总结的湿度传感器的优缺点

 

Solid-state Pluses:优势

 

No wick to change

 

无需更换湿球纱布

 

Can read humidity below freezing and above boiling (although normal chambers can't control at these conditions)

 

能够测量冰点以下及沸点以上的湿度（虽然普通试验箱无法控制这些情况下的湿度）

 

Solid-state Minuses:缺点

 

Malfunction (loss of calibration) cannot be detected easily发生故障不容易发现

 

Can be damaged by extreme temperatures

 

极端温度会失效

 

Can be damaged (temporary or permanent) by condensation (when operated near 100% RH)

 

凝露（接近100%相对湿度时）会导致暂时或永久失效

 

Needs regular calibration (every 6 months)

 

需要定期校准（每隔6个月）

 

Requires specialized equipment for proper calibration and adjustment

 

需要专业的设备校准和调试

 

Accuracy varies depending on temperature

 

误差随着不同温度而不同

 

Expensive to replace

 

替换昂贵

 

总的来讲湿度传感器具有如下特点或者叫缺点：

 

1）精度和长期稳定性

 

湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，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。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，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

 

2）湿度传感器的温度系数

 

湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。

 

3）湿度传感器的供电

 

金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。

 

4）互换性

 

目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。

 

5）湿度校正

 

校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。

 

既然有这么多问题，所以也就不难理解，目前为什么温湿度试验箱主流还是使用干湿球法测量湿度，而不是使用电子式的湿度传感器。看来，有时新技术并不能完全替代老办法。：干湿球湿度计、电子湿度传感器