濕度的技術領域與使用方法
2014-11-06
在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門，經常需要對環境濕度進行測量及控制。對環境溫、濕度的控制以及對工業材料水份值的監測與分析都已成為比較普遍的技術條件之一,但在常規的環境參數中，濕度是最難準確測量的一個參數。這是因為測量濕度要比測量溫度復雜得多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強、溫度)的影響。此外，濕度的校準也是一個難題。國外生產的濕度標定設備價格十分昂貴。
一、濕度定義
在計量法中規定,濕度定義為"物象狀態的量"。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系,但用數量來進行表示較為困難。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，涉及相當復雜的物理-化學理論分析和計算，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：動態法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態法（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。由于采用了現代測控手段，這些設備可以做得相當精密，卻因設備復雜，昂貴，運作費時費工，主要作為標準計量之用，其測量精度可達±2%RH以上。
② 靜態法中的飽和鹽法，是溫濕度計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，對環境溫度的穩定要求較高。用起來要求等很長時間去平衡，低濕點要求更長。特別在室內濕度和瓶內濕度差值較大時，每次開啟都需要平衡6~8小時。
③ 露點法是測量濕空氣達到飽和時的溫度，是熱力學的直接結果，準確度高，測量范圍寬。計量用的精密露點儀準確度可達±0.2℃甚至更高。但用現代光-電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴，常和標準濕度發生器配套使用。
④ 干濕球法，這是18世紀就發明的測濕方法。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：即在濕球附近的風速必需達到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了，所以其準確度只有5~7%RH,干濕球也不屬于靜態法，不要簡單地認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。干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經過計算得到濕度值。因此對使用溫度沒有嚴格限制，在高溫環境下測濕不會對傳感器造成損壞。
干濕球濕度計的特點：
早在18世紀人類就發明了干濕球濕度計，干濕球濕度計的準確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風狀態：只有紗布水套、水質、風速都滿足一定要求時，才能達到規定的準確度。干濕球濕度計的準確度只有5％一7％RH。
⑤電子式濕度傳感器法
電子式濕度傳感器產品及濕度測量屬于90年代興起的行業, 近年來，國內外在濕度傳感器研發領域取得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代濕度測控系統創造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。
三、濕度測量方案的選擇
現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行比較，以便客戶選擇適合自己的濕度測量方法。
干濕球測濕法的維護相當簡單，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年才迅速發展起來的。濕度傳感器生產廠在產品出廠前都要采用標準濕度發生器來逐支標定，電子式濕度傳感器的準確度可以達到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，生產廠商會標明1次標定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標定。
電子式濕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，電子式濕度傳感器的長期穩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體技術，因此對使用的環境溫度有要求，超過其規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，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。因為要達到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠。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，溫度嚴重地影響著指定空間內的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產生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的要求恐怕連校準傳感器的標準濕度發生器也難以做到，更何況傳感器自身了。相對濕度測量儀表，即使在20-25℃下，要達到2％RH的準確度仍是很困難的。通常產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，生產廠商會標明1次標定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標定。
④、其它注意事項
濕度傳感器是非密封性的，為保護測量的準確度和穩定性，應盡量避免在酸性、堿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濕度，還應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濕度傳感器。
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