濕度的測量原理及使用方法 


濕度測量的基本概念

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一,但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是zui難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)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(zhǔn)也是一個難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價格十分昂貴。

一、濕度定義

在計量法中規(guī)定,濕度定義為"物象狀態(tài)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(guān)系,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。對濕度的表示方法有濕度、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(lǐng)域中的難題之一。一個看似簡單的量值，深究起來，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理-化學(xué)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(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)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(xué)P、V、T平衡原理，平衡時間較長，分流法是基于濕氣和干空氣的混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運作費時費工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計量之用，其測量精度可達(dá)±2%RH以上。

② 靜態(tài)法中的飽和鹽法，是溫濕度計測量中zui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(yán)，對環(huán)境溫度的穩(wěn)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(nèi)濕度和瓶內(nèi)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(dá)到飽和時的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測量范圍寬。計量用的精密露點儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光-電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。

④ 干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用zui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(fēng)速必需達(dá)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(zhǔn)確度只有5~7%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡單地認(rèn)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(jīng)過計算得到濕度值。因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)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(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計，干濕球濕度計的準(zhǔn)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(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計的準(zhǔn)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(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè), 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)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(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。

三、濕度測量方案的選擇

現(xiàn)代濕度測量方案zui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(jìn)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(hù)相當(dāng)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(chǎn)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(huán)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(fā)展起來的。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)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)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(chǎn)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(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。

電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)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(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)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zui重要的指標(biāo)，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(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠(yuǎn)。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。*，相對濕度是溫度的函數(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(shù)情況下，如果沒有的控溫手段，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(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。相對濕度測量儀表，即使在20-25℃下，要達(dá)到2％RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。通常產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。

④、其它注意事項

濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)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(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度，還應(yīng)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(yīng)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(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。
傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸時，要注意信號的衰減問題。當(dāng)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。