论文部分内容阅读
摘 要：在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数，这是因为湿度容易受大气压力、温度及一些外在因素的影响，选择湿度测量仪表及传感器应考虑湿度测量方法、测量范围、测量精度、使用环境等因素。
关键词：湿度；湿度测量方法；测量范围；测量精度
在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数，这是因为湿度容易受大气压力、温度及一些外在因素的影响。此外，湿度检测仪器的校准也是一个难题，国外生产的湿度标定校准设备价格十分昂贵，而国内又少有质量可靠、精度较高的校准仪器，因此，合理选择及应用好湿度传感器，就显得非常有意义。
一、湿度的定义与解读
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。也就是气体中（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。
湿度与我们的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、湿度测量方法解析
湿度测量从原理上划分有很多种，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须注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。
常见的湿度测量方法有：利用物质几何尺寸变化的测湿法（伸缩法）、露点法、干湿球法和电子式传感器法、动态法（双压法、双温法、分流法）、静态法（饱和盐法、硫酸法）等等。
现对我厂选用的几种湿度测量方法作简单介绍。
1、伸缩法
伸缩法的测量原理是依据物质在湿度发生变化时其长度会随之变化而进行的，例如当相对湿度从0%变到100%时，通常人类毛发的总长度会伸长2.5%。这一变化可以通过机械装置放大用指针指示出来，或通过机械—电量的转换，输出表征湿度水平的电信号，从而进行湿度的测量和控制，这种方法就叫伸缩法。
毛发湿度计是伸缩法测湿的典型应用。它与当代的各种湿度计相比，具有结构简单、使用方便、造价低廉的优点，从湿度测量的现状与要求来看，即使在科学技术高度发达的今天，毛发、肠衣之类湿度传感器仍将继续为人们沿用，但也存在滞后和精度不高等固有的缺点。
2、冷凝露点法
露点法是一种古老的湿度测量方法，随着科学技术的发展，露点技术臻于完善，现代的光电露点仪采用热电制冷，并且可以自动补偿零点和连续跟踪测量露点，高精度露点仪在一般湿度范围的测量准确度可达±1℃露点温度。
露点湿度计的原理可以通过一个简单的实验来说明，若将一个光洁的金属表面放到相对湿度低于100%的空气中并使之冷却，当温度降到某一数值时，靠近该表面的相对湿度达到100%，这时将有露在表面上形成。因为在这个温度下空气中的水汽达到了饱和，冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡，也就是说，在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同，这就是Regnault原理。该原理可以叙述为：当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温，直到空气中的水汽达到饱和状态，该状态叫做露点；在冷却的过程中，气体和水汽两者的分压力保持不变。如果空气的温度是Ta，露生成的温度为Td，则湿空气的相对湿度可以通过下式算出：
U= 在露点温度（Td）时的饱和水气压/在原来温度（Ta）时的饱和水气压×100%
式中饱和水汽压的数值可以通过查表得到。在0℃以下，水汽达到饱和时，水在镜面上结冰，此时的温度又叫做露点。
3、电子式湿度传感器法
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。
我厂中央空调的各湿度传感器，制丝卷包车间的壁挂式温湿度表，均采用电子式湿度传感器法。其原理是采用电容式湿敏元件湿度传感器，当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，常见国外生产湿敏电容传感器公司有Humirel、Philips、Siemens等。
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。
三、湿度传感器的应用选择解析
1.选择测量范围
和测量重量、温度一样，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、考虑温漂和时漂
几乎所有的湿度传感器都存在时漂和温漂。温漂指湿度传感器需在指定的温度范围内才能正常工作，超出指定的温度范围，便不能保证测量精度。如电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计，但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或修正。时漂指使用时间一长，电子式湿度传器便会产生老化，精度下降，一般情况下，湿度传感器1次校准的有效使用时间为1年至2年，到期需重新校准，这样才能保证湿度测量的准确。
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、粉尘及含有机溶剂的空气中使用。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，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。
参考文献
[1] 各类型温湿度传感器、溫湿度测量仪说明书、操作使用手册.
关键词：湿度；湿度测量方法；测量范围；测量精度
在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数，这是因为湿度容易受大气压力、温度及一些外在因素的影响。此外，湿度检测仪器的校准也是一个难题，国外生产的湿度标定校准设备价格十分昂贵，而国内又少有质量可靠、精度较高的校准仪器，因此，合理选择及应用好湿度传感器，就显得非常有意义。
一、湿度的定义与解读
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。也就是气体中（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。
湿度与我们的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、湿度测量方法解析
湿度测量从原理上划分有很多种，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须注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。
常见的湿度测量方法有：利用物质几何尺寸变化的测湿法（伸缩法）、露点法、干湿球法和电子式传感器法、动态法（双压法、双温法、分流法）、静态法（饱和盐法、硫酸法）等等。
现对我厂选用的几种湿度测量方法作简单介绍。
1、伸缩法
伸缩法的测量原理是依据物质在湿度发生变化时其长度会随之变化而进行的，例如当相对湿度从0%变到100%时，通常人类毛发的总长度会伸长2.5%。这一变化可以通过机械装置放大用指针指示出来，或通过机械—电量的转换，输出表征湿度水平的电信号，从而进行湿度的测量和控制，这种方法就叫伸缩法。
毛发湿度计是伸缩法测湿的典型应用。它与当代的各种湿度计相比，具有结构简单、使用方便、造价低廉的优点，从湿度测量的现状与要求来看，即使在科学技术高度发达的今天，毛发、肠衣之类湿度传感器仍将继续为人们沿用，但也存在滞后和精度不高等固有的缺点。
2、冷凝露点法
露点法是一种古老的湿度测量方法，随着科学技术的发展，露点技术臻于完善，现代的光电露点仪采用热电制冷，并且可以自动补偿零点和连续跟踪测量露点，高精度露点仪在一般湿度范围的测量准确度可达±1℃露点温度。
露点湿度计的原理可以通过一个简单的实验来说明，若将一个光洁的金属表面放到相对湿度低于100%的空气中并使之冷却，当温度降到某一数值时，靠近该表面的相对湿度达到100%，这时将有露在表面上形成。因为在这个温度下空气中的水汽达到了饱和，冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡，也就是说，在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同，这就是Regnault原理。该原理可以叙述为：当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温，直到空气中的水汽达到饱和状态，该状态叫做露点；在冷却的过程中，气体和水汽两者的分压力保持不变。如果空气的温度是Ta，露生成的温度为Td，则湿空气的相对湿度可以通过下式算出：
U= 在露点温度（Td）时的饱和水气压/在原来温度（Ta）时的饱和水气压×100%
式中饱和水汽压的数值可以通过查表得到。在0℃以下，水汽达到饱和时，水在镜面上结冰，此时的温度又叫做露点。
3、电子式湿度传感器法
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。
我厂中央空调的各湿度传感器，制丝卷包车间的壁挂式温湿度表，均采用电子式湿度传感器法。其原理是采用电容式湿敏元件湿度传感器，当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，常见国外生产湿敏电容传感器公司有Humirel、Philips、Siemens等。
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。
三、湿度传感器的应用选择解析
1.选择测量范围
和测量重量、温度一样，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、考虑温漂和时漂
几乎所有的湿度传感器都存在时漂和温漂。温漂指湿度传感器需在指定的温度范围内才能正常工作，超出指定的温度范围，便不能保证测量精度。如电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计，但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或修正。时漂指使用时间一长，电子式湿度传器便会产生老化，精度下降，一般情况下，湿度传感器1次校准的有效使用时间为1年至2年，到期需重新校准，这样才能保证湿度测量的准确。
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、粉尘及含有机溶剂的空气中使用。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，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。
参考文献
[1] 各类型温湿度传感器、溫湿度测量仪说明书、操作使用手册.