湿度精密测量的探讨

湿度精密测量的探讨

　　摘要：本文对新型的电容、电导和热传导湿度传感器及经典的干、湿球温湿度计进行了评述，研制了新的干、湿温差温湿度计，提出了以温度标定替代湿度标定的方法。

　　关键词：湿度传感器湿度标定干、湿温差温湿度计

　　１．湿度测量的现状

　　我们在湿度的测量与控制的工作中，了解到新一代的电容、电导和热传导湿度传感器已达到了商品化的实用程度。这些湿度传感器均采用了现代半导体技术和微处理器技术，使器件的非线性得到了完善的修正，并出现了低能耗一体化测量模块，实现各种智能化的测控功能。现在市售的各种湿度传感器，大部分为进口产品，如深圳光之神公司推出的HIS型湿敏电容及其湿度变送器，设计比较精巧，可实现相对湿度、绝对湿度、露点三个热力学参数的快速测量，达到的测量精度，稳定性和重现性也较好，但在抗结露能力（防水浸）和抗污染气氛（酒精、煤气、化肥、农药等）方面各有不同。电导性陶瓷烧结的湿敏传感器性能良好，长沙华鹏公司自行研制和配套生产的湿度传感器，标定A，达到了可在水中长时间泡浸的水平。这些湿度传感器代表了现代湿度传感器的方向，经典的温湿球湿度表，毛发湿度计等是不可能与之相媲美的。

　　我们在一家仪器商店考察了各种不同厂商生产的湿度计，发现没有一台数字式湿度计（大多是湿敏电容传感器）与经典的温湿球温湿度表的湿度测量结果相一致，且误差在以上，有的甚至在以上。同一厂家生产的同一型号的产品，湿度测量结果也不完全一致，只是相差较小。

　　由以上分析可知，由于半导体技术、计算机技术的飞速发展，已使新型的湿度传感器达到了可以商品化生产的实用程度。然而，尚有以下三个方面的问题：

　　①在标定方面，必须有专用的湿度标定仪器，不能象经典的温湿球那样只进行温度标定。

　　②在使用方面军，各种新型湿度传感器都不能覆盖全部使用范围，需要使用者进行适当选择，从而限制了市场的进一步扩大。

　　③在原理方面，新型湿度传感器是利用各种材料对湿度的敏感程度进行间接测量的，而不能象经典的温湿球湿度表那样，用热力学定义进行直接测量，并已为广大使用者所熟知，可信度好。

　　为此，我们开展了一种新湿度传感器的研制。

　　2．新型干湿温差湿度计的研制

　　我们从热力学对相对湿度（RH）的定义出发，根据经典的干、湿球温湿度计的测量方法，利用微电子技术和单片机技术，实现了湿度的智能化测量。

　　新型湿度计的测量精度，取决于温度传感器(1)和温度传感器(2)的对称性，要求两支温度传感器完全一致。利用现有的测温传感器，热电阻、半导体等不难做到只有0.01℃的误差，使湿度测量有可能达到较高的精度要求。我们用温度传感器(2)测出湿球的温度，用温度传感器(1)测出环境温度，并将两个温度值送入单片机，按热力学对湿度的定义进行数据处理，计算测量环境的温度、湿度值，并以数字量的形式输出。

　　测试结果表明，新型干、湿球温湿度计具有以下特点：

　　①测量精度高，可达水平，可作湿度标定之用；

　　②用温度标定，替代湿度标定，标定精确、容易；

　　③实现了数字化，可直接读数，从而克服了经典的干、湿球温湿度计不能直接读数和无电信号输出等缺点；

　　④可信度高，稳定性好。这种测量方法基于相对湿度的热力学定义，测量结果完全符合国家干、湿温差湿度标准。

　　这种新型湿度计，可作为湿度的标定仪器，亦可广泛应用于气象、人工环境实验室，作为湿度精密测量和控制之用。

　　3．结论

　　本文提出的新型干湿球湿度计，吸取经典的干、湿球温湿度计的测温原理，克服了不能直接读数的缺点，同时又解决了目前已商品化的各种测湿仪器测量精度低、稳定性差，抗干扰能力弱等诸多问题，是目前测湿方法中易于标定、高精度、高稳定性、高可靠性的全新测温、测湿仪器，具有广泛的应用前景。