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我司在德國(guó)、美國(guó)都有自己的公司,專業(yè)從事進(jìn)口貿(mào)易行業(yè),所以我司的技術(shù)人員為都會(huì)輪流到國(guó)外廠家學(xué)習(xí)技術(shù)。
德國(guó)HYDAC賀德克濕度傳感器的高分子聚合物的介電系數(shù)隨溫度的改變是不同步
人類的生存和社會(huì)活動(dòng)與濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,很難找出一個(gè)與濕度無(wú)關(guān)的領(lǐng)域來(lái)。由于應(yīng)用領(lǐng)域不同,對(duì)HYDAC濕度傳感器的技術(shù)要求也不同。從制造角度看,同是HYDAC濕度傳感器,材料、結(jié)構(gòu)不同,工藝不同.其性能和技術(shù)指標(biāo)(像精度方面)有很大差異,因而價(jià)格也相差甚遠(yuǎn)。對(duì)使用者來(lái)說(shuō),選擇HYDAC濕度傳感器時(shí),首先要搞清楚需要什么樣的傳感器;在自己的財(cái)力允許的情況下選購(gòu)何種檔次的產(chǎn)品,權(quán)衡好“需要與可能"的關(guān)系,不至于盲目行事。從我們與用戶的來(lái)往來(lái)看,覺得有以下幾個(gè)問(wèn)題值得注意。
和測(cè)量重量、溫度一樣,選擇HYDAC濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外,搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100%RH)測(cè)量。在當(dāng)今的信息時(shí)代,傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于控制,測(cè)量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然,對(duì)不需要搞測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用者來(lái)說(shuō),直接選擇通用型濕度儀就可以了。
測(cè)量精度
和測(cè)量范圍一樣,測(cè)量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高—個(gè)百分點(diǎn).對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階,甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度,其制造成本相差很大,售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的1只廉價(jià)的HYDAC濕度傳感器只有幾美元,而1只供標(biāo)定用的全濕程HYDAC濕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(chǎn)廠商往往是分段給出其HYDAC濕度傳感器的精度的。如中、低濕段(0一80%RH)為±2%RH,而高濕段(80—100%RH)為±4%RH。而且此精度是在某一溫度下(如25℃)的值。如在不同溫度下使用HYDAC濕度傳感器.其示值還要考慮溫度漂移的影響。,相對(duì)濕度是溫度的函數(shù),溫度嚴(yán)重地影響著空間內(nèi)的相對(duì)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(chǎng)合如果難以做到恒溫,則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的話,奢談測(cè)濕精度將失去實(shí)際意義。所以控濕首先要控好溫,這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是HYDAC濕度傳感器的緣故。
多數(shù)情況下,如果沒(méi)有精確的控溫手段,或者被測(cè)空間是非密封的,±5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間,或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合,再選用±3%RH
以上精度的HYDAC濕度傳感器。與此相對(duì)應(yīng)的溫度傳感器.其測(cè)溫精度須足±0.3℃以上,起碼是±0.5℃的。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。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為:“相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表,即使在20—25℃下,要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。"
濕敏元件是的HYDAC濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。
濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜,當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí),元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化,利用這一特性即可測(cè)量濕度。
濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的,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(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí),濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化,使其電容量也發(fā)生變化,其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。
電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH,這比干濕球測(cè)濕精度高。
濕敏元件的線性度及抗污染性差,在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中,很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這方面沒(méi)有干濕球測(cè)濕方法好。下面對(duì)各種HYDAC濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
1、氯化鋰HYDAC濕度傳感器
(1)電阻式氯化鋰濕度計(jì)
第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來(lái)的。這種元件具有較高的精度,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉,適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。
氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為(80~100)%RH ,0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是(60~80)%RH 等。由此可見,要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí),必須把不同濃度的元件組合在一起使用??捎糜谌砍虦y(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè),采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為(15~100)%RH,國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱其測(cè)量范圍可達(dá)(2 ~100)%RH 。
(2)露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)
露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro 公司首先研制出來(lái)的,其后我國(guó)和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似,但工作原理卻不同。簡(jiǎn)而言之,它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。
2、碳濕敏元件
碳濕敏元件是美國(guó)的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來(lái)的,與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比,碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無(wú)沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn),因之令人矚目。我國(guó)氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制,并取得了積極的成果,其測(cè)量不確定度不超過(guò)±5%RH ,時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為2~3s,滯差一般在7%左右,比阻穩(wěn)定性亦較好。
3、氧化鋁濕度計(jì)
氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是,體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅90μm厚、12mg重),靈敏度高(測(cè)量下限達(dá)-110℃露點(diǎn)),響應(yīng)速度快(一般在 0.3s 到 3s 之間),測(cè)量信號(hào)直接以電參量的形式輸出,大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理程序,等等。另外,它還適用于測(cè)量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測(cè)量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測(cè)可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而,遺憾的是盡管許多國(guó)家的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力,但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件,以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問(wèn)題.
上始終未能取得重大的突破。因此,到目前為止,傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來(lái),這種方法在工業(yè)中的低霜點(diǎn)測(cè)量方面開始嶄露頭角。
4、陶瓷HYDAC濕度傳感器
在濕度測(cè)量領(lǐng)域中,對(duì)于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測(cè)量,到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),而其中又以高溫條件下的濕度測(cè)量技術(shù)最為落后。以往,通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的方法,而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問(wèn)題,無(wú)法令人滿意。另一方面,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,要求在高溫下測(cè)量濕度的場(chǎng)合越來(lái)越多,例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過(guò)程的濕度測(cè)量與控制。因此,自60年代起,許多國(guó)家開始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測(cè)量的HYDAC濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件,人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無(wú)機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明,陶瓷元件不僅具有濕敏特性,而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型"和“濕瓷 - Ⅲ型"的多功能傳感器。前者可測(cè)控溫度和濕度,主要用于空調(diào),后者可用來(lái)測(cè)量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣,主要用于食品加工方面。
以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器,另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的HYDAC濕度傳感器,這里就不一一介紹了。
時(shí)漂和溫漂
幾乎所有的傳感器都存在時(shí)漂和溫漂。由于HYDAC濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸,所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下,生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年,到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請(qǐng)使用者在選擇傳感器時(shí)考慮好日后重新標(biāo)定的渠道,不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務(wù)問(wèn)屬。
溫漂在上1節(jié)已經(jīng)提到。選擇HYDAC濕度傳感器要考慮應(yīng)用場(chǎng)合的溫度變化范圍,看所選傳感器在溫度下能否正常工作,溫漂是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。要提醒使用者注意的是:電容式HYDAC濕度傳感器的溫度系數(shù)α是個(gè)變量,它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因?yàn)樗透叻肿泳酆衔锏慕殡娤禂?shù)隨溫度的改變是不同步的,而溫度系數(shù)α又主要取決于水和感濕材料的介電系數(shù),所以電容式濕敏元件的溫度系數(shù)并非常數(shù)。電容式HYDAC濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數(shù)最小,5-25℃時(shí),中低濕段的溫漂可忽略不計(jì)。但在高溫高濕區(qū)或負(fù)溫高濕區(qū)使用時(shí),就一定要考慮溫漂的影響,進(jìn)行必要的補(bǔ)償或修正。
與傳統(tǒng)測(cè)濕方法的關(guān)系
早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計(jì),而電子式HYDAC濕度傳感器是近幾十年.特別是近20年才迅速發(fā)展起來(lái)的。新舊事物的交替與人們的觀念轉(zhuǎn)變很有關(guān)系。由于干濕球、毛發(fā)濕度計(jì)的價(jià)格仍明顯低于HYDAC濕度傳感器,造成一部分人對(duì)電子HYDAC濕度傳感器價(jià)格的不認(rèn)可。正好像用慣了掃帚的人改用吸塵器時(shí),總覺得花幾百元錢買一臺(tái)吸塵器有些不上算,不如花幾元錢買把掃帚那樣心理容易平衡。
由于傳統(tǒng)測(cè)濕方法在人們的腦海中印象太深了,一些人形成了只有干濕球濕度計(jì)才是準(zhǔn)確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計(jì)來(lái)對(duì)比剛購(gòu)得的HYDAC濕度傳感器,如發(fā)現(xiàn)示值不同,馬上認(rèn)為HYDAC濕度傳感器不準(zhǔn)。須知干濕球的準(zhǔn)確度只有5%一7%RH,不但低于電子HYDAC濕度傳感器,而且還取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度;濕度計(jì)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(shí),才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。HYDAC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(lái)逐支標(biāo)定,分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。所以希望用戶在需要校準(zhǔn)時(shí)也采用相同的方法,避免用準(zhǔn)確度低的器具去校準(zhǔn)或比對(duì)精度高的傳感器。