濕度精密測量的探討

　　摘要：本文對新型的電容、電導和熱傳導濕度傳感器及經(jīng)典的干、濕球溫濕度計進行了評述，研制了新的干、濕溫差溫濕度計，提出了以溫度標定替代濕度標定的方法。

　　關(guān)鍵詞：濕度傳感器濕度標定干、濕溫差溫濕度計

　　１．濕度測量的現(xiàn)狀

　　我們在濕度的測量與控制的工作中，了解到新一代的電容、電導和熱傳導濕度傳感器已達到了商品化的實用程度。這些濕度傳感器均采用了現(xiàn)代半導體技術(shù)和微處理器技術(shù)，使器件的非線性得到了完善的修正，并出現(xiàn)了低能耗一體化測量模塊，實現(xiàn)各種智能化的測控功能。現(xiàn)在市售的各種濕度傳感器，大部分為進口產(chǎn)品，如深圳光之神公司推出的HIS型濕敏電容及其濕度變送器，設計比較精巧，可實現(xiàn)相對濕度、絕對濕度、露點三個熱力學參數(shù)的快速測量，達到的測量精度，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性也較好，但在抗結(jié)露能力（防水浸）和抗污染氣氛（酒精、煤氣、化肥、農(nóng)藥等）方面各有不同。電導性陶瓷燒結(jié)的濕敏傳感器性能良好，長沙華鵬公司自行研制和配套生產(chǎn)的濕度傳感器，標定A，達到了可在水中長時間泡浸的水平。這些濕度傳感器代表了現(xiàn)代濕度傳感器的方向，經(jīng)典的溫濕球濕度表，毛發(fā)濕度計等是不可能與之相媲美的。

　　我們在一家儀器商店考察了各種不同廠商生產(chǎn)的濕度計，發(fā)現(xiàn)沒有一臺數(shù)字式濕度計（大多是濕敏電容傳感器）與經(jīng)典的溫濕球溫濕度表的濕度測量結(jié)果相一致，且誤差在以上，有的甚至在以上。同一廠家生產(chǎn)的同一型號的產(chǎn)品，濕度測量結(jié)果也不完全一致，只是相差較小。

　　由以上分析可知，由于半導體技術(shù)、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，已使新型的濕度傳感器達到了可以商品化生產(chǎn)的實用程度。然而，尚有以下三個方面的問題：

　　①在標定方面，必須有專用的濕度標定儀器，不能象經(jīng)典的溫濕球那樣只進行溫度標定。

　　②在使用方面軍，各種新型濕度傳感器都不能覆蓋全部使用范圍，需要使用者進行適當選擇，從而限制了市場的進一步擴大。

　　③在原理方面，新型濕度傳感器是利用各種材料對濕度的敏感程度進行間接測量的，而不能象經(jīng)典的溫濕球濕度表那樣，用熱力學定義進行直接測量，并已為廣大使用者所熟知，可信度好。

　　為此，我們開展了一種新濕度傳感器的研制。

　　2．新型干濕溫差濕度計的研制

　　我們從熱力學對相對濕度（RH）的定義出發(fā)，根據(jù)經(jīng)典的干、濕球溫濕度計的測量方法，利用微電子技術(shù)和單片機技術(shù)，實現(xiàn)了濕度的智能化測量。

　　新型濕度計的測量精度，取決于溫度傳感器(1)和溫度傳感器(2)的對稱性，要求兩支溫度傳感器完全一致。利用現(xiàn)有的測溫傳感器，熱電阻、半導體等不難做到只有0.01℃的誤差，使?jié)穸葴y量有可能達到較高的精度要求。我們用溫度傳感器(2)測出濕球的溫度，用溫度傳感器(1)測出環(huán)境溫度，并將兩個溫度值送入單片機，按熱力學對濕度的定義進行數(shù)據(jù)處理，計算測量環(huán)境的溫度、濕度值，并以數(shù)字量的形式輸出。

　　測試結(jié)果表明，新型干、濕球溫濕度計具有以下特點：

　　①測量精度高，可達水平，可作濕度標定之用；

　　②用溫度標定，替代濕度標定，標定精確、容易；

　　③實現(xiàn)了數(shù)字化，可直接讀數(shù)，從而克服了經(jīng)典的干、濕球溫濕度計不能直接讀數(shù)和無電信號輸出等缺點；

　　④可信度高，穩(wěn)定性好。這種測量方法基于相對濕度的熱力學定義，測量結(jié)果完全符合國家干、濕溫差濕度標準。

　　這種新型濕度計，可作為濕度的標定儀器，亦可廣泛應用于氣象、人工環(huán)境實驗室，作為濕度精密測量和控制之用。

　　3．結(jié)論

　　本文提出的新型干濕球濕度計，吸取經(jīng)典的干、濕球溫濕度計的測溫原理，克服了不能直接讀數(shù)的缺點，同時又解決了目前已商品化的各種測濕儀器測量精度低、穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱等諸多問題，是目前測濕方法中易于標定、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的全新測溫、測濕儀器，具有廣泛的應用前景。