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    德國HYDAC賀德克濕度傳感器低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量

人類的生存和社會活動與濕度密切相關。隨著現代化的發展，很難找出一個與濕度無關的領域來。由于應用領域不同，對HYDAC濕度傳感器的技術要求也不同。從制造角度看，同是HYDAC濕度傳感器，材料、結構不同，工藝不同．其性能和技術指標（像精度方面）有很大差異，因而價格也相差甚遠。對使用者來說，選擇HYDAC濕度傳感器時，首先要搞清楚需要什么樣的傳感器；在自己的財力允許的情況下選購何種檔次的產品，權衡好“需要與可能”的關系，不至于盲目行事。從我們與用戶的來往來看，覺得有以下幾個問題值得注意。

和測量重量、溫度一樣，選擇HYDAC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。在當今的信息時代，傳感器技術與計算機技術、自動控制技術緊密結合著。測量的目的在于控制，測量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當然，對不需要搞測控系統的應用者來說，直接選擇通用型濕度儀就可以了。

測量精度

和測量范圍一樣，測量精度同是傳感器最重要的指標。每提高—個百分點．對傳感器來說就是上一個臺階，甚至是上一個檔次。因為要達到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠。例如進口的1只廉價的HYDAC濕度傳感器只有幾美元，而1只供標定用的全濕程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。，相對濕度是溫度的函數，溫度嚴重地影響著空間內的相對濕度。溫度每變化0.1℃。將產生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。因為濕度隨著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測濕精度將失去實際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應用的往往是溫濕度—體化傳感器而不單純是HYDAC濕度傳感器的緣故。

多數情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、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HYDAC濕度傳感器。與此相對應的溫度傳感器．其測溫精度須足±0.3℃以上，起碼是±0.5℃的。而精度高于±2%RH的要求恐怕連校準傳感器的標準濕度發生器也難以做到，更何況傳感器自身了。國家標準物質研究中心濕度室的文章認為：“相對濕度測量儀表，即使在20—25℃下，要達到2%RH的準確度仍是很困難的。”

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。

濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量濕度。

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。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。

電子式濕敏傳感器的準確度可達2-3%RH，這比干濕球測濕精度高。

濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。下面對各種HYDAC濕度傳感器進行簡單的介紹。

1、氯化鋰HYDAC濕度傳感器

（1）電阻式氯化鋰濕度計

第一個基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國標準局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度，同時結構簡單、價廉，適用于常溫常濕的測控等一系列優點。

氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關。單個元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內。例如0.05%的濃度對應的感濕范圍約為（80～100）%RH ，0.2%的濃度對應范圍是（60～80）%RH 等。由此可見，要測量較寬的濕度范圍時，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。可用于全量程測量的濕度計組合的元件數一般為5個，采用元件組合法的氯化鋰濕度計可測范圍通常為（15～100）%RH，國外有些產品聲稱其測量范圍可達（2 ～100）%RH 。

（2）露點式氯化鋰濕度計

露點式氯化鋰濕度計是由美國的 Forboro 公司首先研制出來的，其后我國和許多國家都做了大量的研究工作。這種濕度計和上述電阻式氯化鋰濕度計形式相似，但工作原理卻不同。簡而言之，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行工作的。

2、碳濕敏元件

碳濕敏元件是美國的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出來的，與常用的毛發、腸衣和氯化鋰等探空元件相比，碳濕敏元件具有響應速度快、重復性好、無沖蝕效應和滯后環窄等優點，因之令人矚目。我國氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制，并取得了積極的成果，其測量不確定度不超過±5%RH ，時間常數在正溫時為2～3s，滯差一般在7%左右，比阻穩定性亦較好。

3、氧化鋁濕度計

氧化鋁傳感器的突出優點是，體積可以非常小（例如用于探空儀的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測量下限達-110℃露點），響應速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測量信號直接以電參量的形式輸出，大大簡化了數據處理程序，等等。另外，它還適用于測量液體中的水分。如上特點正是工業和氣象中的某些測量領域所希望的。因此它被認為是進行高空大氣探測可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因為這些特點使人們對這種方法產生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國家的專業人員為改進傳感器的性能進行了不懈的努力，但是在探索生產質量穩定的產品的工藝條件，以及提高性能穩定性等與實用有關的重要問題.

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使用。近年來，這種方法在工業中的低霜點測量方面開始嶄露頭角。

4、陶瓷HYDAC濕度傳感器

在濕度測量領域中，對于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量，到目前為止仍然是一個薄弱環節，而其中又以高溫條件下的濕度測量技術最為落后。以往，通風干濕球濕度計幾乎是在這個溫度條件下可以使用的方法，而該法在實際使用中亦存在種種問題，無法令人滿意。另一方面，科學技術的進展，要求在高溫下測量濕度的場合越來越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質量控制的許多工業過程的濕度測量與控制。因此，自60年代起，許多國家開始竟相研制適用于高溫條件下進行測量的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機物上。實踐已經證明，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展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經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。前者可測控溫度和濕度，主要用于空調，后者可用來測量濕度和諸如酒精等多種有機蒸氣，主要用于食品加工方面。

以上幾種是應用較多的幾種類型傳感器，另外還有其他根據不同原理而研制的HYDAC濕度傳感器，這里就不一一介紹了。

時漂和溫漂

幾乎所有的傳感器都存在時漂和溫漂。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。這就決定了它的穩定性和壽命是有限的。一般情況下，生產廠商會標明1次標定的有效使用時間為1年或2年，到期負責重新標定。請使用者在選擇傳感器時考慮好日后重新標定的渠道，不要貪圖便宜或迷信洋貨而忽略了售后服務問屬。

溫漂在上1節已經提到。選擇HYDAC濕度傳感器要考慮應用場合的溫度變化范圍，看所選傳感器在溫度下能否正常工作，溫漂是否超出設計指標。要提醒使用者注意的是：電容式HYDAC濕度傳感器的溫度系數α是個變量，它隨使用溫度、濕度范圍而異。這是因為水和高分子聚合物的介電系數隨溫度的改變是不同步的，而溫度系數α又主要取決于水和感濕材料的介電系數，所以電容式濕敏元件的溫度系數并非常數。電容式HYDAC濕度傳感器在常溫、中濕段的溫度系數最小，5-25℃時，中低濕段的溫漂可忽略不計。但在高溫高濕區或負溫高濕區使用時，就一定要考慮溫漂的影響，進行必要的補償或修正。

與傳統測濕方法的關系

早在18世紀人類就發明了干濕球和毛發濕度計，而電子式HYDAC濕度傳感器是近幾十年．特別是近20年才迅速發展起來的。新舊事物的交替與人們的觀念轉變很有關系。由于干濕球、毛發濕度計的價格仍明顯低于HYDAC濕度傳感器，造成一部分人對電子HYDAC濕度傳感器價格的不認可。正好像用慣了掃帚的人改用吸塵器時，總覺得花幾百元錢買一臺吸塵器有些不上算，不如花幾元錢買把掃帚那樣心理容易平衡。

由于傳統測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才是準確的固有概念。有些用戶拿干濕球濕度計來對比剛購得的HYDAC濕度傳感器，如發現示值不同，馬上認為HYDAC濕度傳感器不準。須知干濕球的準確度只有5%一7%RH，不但低于電子HYDAC濕度傳感器，而且還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風狀態：只有紗布水套、水質、風速都滿足一定要求時，才能達到規定的準確度。HYDAC濕度傳感器生產廠在產品出廠前都要采用標準濕度發生器來逐支標定，分流式標準濕度發生器來進行標定。所以希望用戶在需要校準時也采用相同的方法，避免用準確度低的器具去校準或比對精度高的傳感器。