相对湿度传感器

通常,相对湿度传感器基于由周围湿度变化引起的材料的机械或电气特性的变化。我们将分别查看此类传感器的代表性样本。

机械膨胀湿度计

也许最古老的湿度测量装置形式是基于人类头发的长度与周围空气的相对湿度成比例变化的事实。湿度越高,时间越长头发。制造商通常使用一束头发。这平均每条链的个体反应,因为不同的毛发以略微不同的膨胀和收缩速率响应。

扩展传感器

最常见的湿度调节器通过>)材料的膨胀或收缩来感知湿度。在这种情况下,该元件是动物毛发的扁平束,其通过延长来响应增加的相对湿度。其他膨胀传感器基于塑料条或细丝,像动物毛一样响应,改变尺寸与相对湿度:

测量误差的来源包括不同毛发的响应,以及将毛发连接到指示刻度的机械连接的响应。精度为±5%至7%是头发湿度计的常见结果,但与许多其他仪器一样,它们在相对湿度范围的中间比在非常高或低的范围内更准确。在室温下,精确度可以接近±2%至3%?,在40%至60%之间。超出该范围,准确度将下降。

为了提高准确度,设备应在将要使用的房间进行校准,并在房间预期的湿度范围内进行校准。设计师应对头发湿度计读数保持健康的怀疑态度,包括那些被称为“认证”的人。通常用手指轻敲一下就足以将湿度读数改变3%,因为机械连杆会随着时间的推移而消失。它们最好用作一般性指示,而不是重要的读数。

毛发湿度计的当代改编是塑料膨胀湿度计。在这种流行且经济的仪器中,头发被吸湿性聚合物如尼龙,聚酰亚胺塑料或纤维素代替。控制住宅炉子加湿器许多廉价的工业湿度调节器使用这种类型的传感器。虽然吸湿性聚合物比人类头发更均匀,但同样的建议注意事项–不要期望精度大于±7%,在使用它们的环境中定期校准它们,如果相对湿度大幅波动,则不应期望准确性是常见的。

电子膨胀湿度计

在机械湿度计中,材料膨胀的变化通过齿轮,杠杆和表盘的机械连接进行测量和指示。对这一概念的修改取代了与电子学的联系。头发,塑料和一种情况下,沙漠植物种子壳连接到电子应变计,该电子应变计测量当传感元件收缩时施加的压力。这通常是对机械式湿度计的改进,因为往往比连杆更可重复,特别是在长时间内。

电子电容传感器

电容传感器

许多材料的电气特性会随湿度而变化。连接到材料的电路可以测量变化并将信号转换为相对湿度的值。

简而言之,电容器存储一个电荷。在其最简单的形式中,它由两个由绝缘体隔开的金属板组成。如果其他因素相同,则电容器的电荷和它所带来的电阻取决于板之间隔板的绝缘容量,称为介电常数的特性电容器中使用的电容器是密封的,因为水分会改变分离器的分子常数。如果电容器向空气敞开,其电阻随着湿度的变化而变化,因为分离器会吸收和解吸水分。这提供了十进制电容传感器的工作原理。测量开路电容器的电阻并转换为相应的相对湿度。

湿度传感器中使用的可变电容器可以用许多不同种类的分离器构成。吸湿性聚合物和氧化物是最常见的。理想的分离器是干燥时具有非常高的介电常数而在潮湿时非常低的分离器。差异越大,测量就越容易。

电阻传感器

这些仪器测量处理过的聚合物随着相对湿度的增加而变化的阻力。测量体电阻而不是表面电阻,这有助于使传感器在高相对湿度下非常可靠。

与任何传感器一样,电容传感器存在一些误差源,主要是信号的线性和传感器材料的老化。二-?即使是最好的材料常数是不严格线性相对湿度的蒸发散。介电常数的变化在极端高湿度或低湿度下比在中间范围内更小,因此信号必须在转换为相对湿度值之前进行线性化。否则,信号会低估秤的顶部和底部的湿度变化。通常这是在传感器电路内完成的,但线性化有时在目的地而不是信号源完成。

此外,许多最适合电容传感器的隔板材料可以随时间改变特性,特别是如果它们变得充满冷凝或必须测量具有重度化学污染的气流。这并不意味着它们不如其他类型的传感器更合适-只需像任何其他仪器一样,定期校准可以提高准确性,特别是当仪器

在其预期测量范围的中点校准时。例如,如果必须在70°和10%下精确运行,那么依靠在75°和65%下校准的仪器是不明智的-水分水平对于可靠的测量来说太不同了。

电子电阻传感器

某些聚合物的电阻可以根据它们吸收的水蒸气而改变,并且吸收速率是周围空气相对湿度的函数。在一个这样的系统中,两个用含有季铵盐的厚聚合物涂覆并连接。当圩田吸收水分时,在材料中产生移动离子,减少电极之间的阻抗。

干湿球温度计

空气的湿球温度和干球温度之间的差异提供了其含水量的指示。当空气干燥时,湿球温度较低。当两个读数相同时,空气饱和–100%相对湿度–由于该现象发生在大部分聚合物中而不是仅发生在表面上,因此当测量90%以上的相对湿度时,这种类型的传感器往往比电容器件更精确和更稳定。相比之下,电容式设备在相对湿度低于15%时比电阻式传感器具有更好的灵敏度,因为它们比块状聚合物更容易检测到少量水分的表面吸收。

湿度仪器

测量相对湿度的最常用方法之一是使用一对匹配的温度计来感测空气的湿球温度和球温度之间的差异。这些仪器使用两个温度计,一个干燥,另一个覆盖湿芯。湿式温度计显示出比温度低的温度,因为蒸发的水从温度计本身蒸发所需的热量。这降低了传感灯泡周围的温度。

吊带干湿计

安装在旋转接头上的干湿球温度计旋转成圆形,并记录温度差异。虽然价格便宜,但使用该设备需要经验和许多重复读数才能

达到超过±7%的准确度。

冷却量取决于蒸发速率,这取决于空气中已经存在的水分量–空气越干燥,冷却越多,湿球温度越低。湿球温度下降,直到由于蒸发引起的热损失和由于来自周围空气的热传递而产生的热量之间达到平衡。当已知空气的湿球和干球温度时,可以通过读取心理图来确定所有其他属性,包括相对湿度和露点。

这个原则是共同的基础也添加一个廉价用于测量空气湿度的沉重,轻便的仪器。干湿球温度计安装在吊索中。在湿球温度计上的芯子被润湿之后,操作者快速地将吊索旋转成圆形。水从灯芯中蒸发,湿球读数下降,直到所有水蒸发–然后湿球温度开始朝干球温度上升。通常,操作员重复该过程五到七次以确保他已经看到最低的湿球读数,这将是最正确的。

该技术存在许多限制,因为在使用吊带干湿计时存在如此多的不受控制的变量。操作员必须在最大湿球压下点时准确读取温度计。并且无法保证灯芯上的水持续足够长的时间来读取真正的湿球–它可能在蒸发速率与传热速率达到平衡之前完全蒸发。灯芯必须绝对清洁–即使是轻微处理的天然皮肤油也可以将湿球读数改变两到三华氏度。灯芯必须是完整的,并且必须是湿润的。旋转速度–因此横跨空气的速度湿芯必须是每分钟600英尺的。水必须非常纯净–建议使用蒸馏水以避免污染水。简而言之,该仪器可用于近似,但只有最有经验和最细致的操作员才能获得一致的结果。

吸气式干湿计

该仪器改进了吊索干湿度计,因为空气流速和水蒸发是恒定的

一些仪器在更加受控的条件下使用湿球和干球测量。所述送气就是一个例子。干湿球温度计安装在带有电池风扇和液体储存器的箱子中,以便将水供给湿球灯芯。所述风扇将空气吸入第一跨干球,然后跨过湿球以恒定的速率。由于湿球芯具有储液器,因此温度保持相对恒定,使其更易于读取。灯芯清洁度仍然非常重要,温度计的准确性和可读性会影响读数的准确性。

(美国加热,制冷和空气控制工程师)建议,经过精心操作,吸气式湿度计可以在露点高于32°时在+5%相对湿度范围内产生精度。?

当湿球温度和球温度之间的差异最大时,出现最大的误差-低相对湿度。还要注意的是,误差始终是正的,绝不是负的,也就是说技术总是会高估空气中的水分含量,而不是低于真实含水量。这是因为由于蒸发速率的消耗,误差源始终是不充分的冷却,并且较高的湿球温度读数会过高地影响空气水分含量。

绝对湿度传感器

前面描述的一些相对湿度传感器还显示特定的湿度读数,它们通过将干球温度与相对湿度相结合而在数学上得出。然而,在该部分中描述的传感器直接测量绝对湿度。

重力火车

该仪器不用于控制或指示脱水室内的水分,也不用于仪器目录中。但是,理解它是有用的,因为它是所有其他湿度测量装置的准确度的标准。当美国仪器制造商谈到可以追溯到美国国家标准与技术研究院的测量时,>他们指的是在重力火车上结束的一系列测量。

当在内容器的抛光表面上形成冷凝时,观察者通过测量杯内液体的温度来估计空气露点。

在重量分析技术,技术人员重少量的强大干燥剂,通常是磷酸酐(?2〇5)。将干燥剂暴露于潮湿空气样品中,从中除去所有水蒸气。然后再次称重干燥剂。两次测量的差异是从空气样本中去除的水分重量。正如人们可能想象的那样,这个程序非常复杂,而且时间紧迫。该装置填充房间,并且操作需要几个熟练的技术人员。单次测量可能需要数小时,数天或数周才能完成–水分越低,测量所需的时间就越长。国家研究所提供仪器的露点认证,然后用于校准商业和工业中使用的其他设备。但为此目的,研究所使用“双压发电机”,在受控的露点产生空气,然后送到待校准的设备。

冷凝湿度计

测量比湿度的更常用仪器是基于露点现象。如果在其水分凝结时已知空气的温度和总压力,则也知道比湿度。在恒定压力下,每个露点仅具有蒸汽压力和水分含量的单一值。

冷凝湿度计最简单的形式称为露珠,它在1751年复制了的实验。一个薄的抛光金属容器充满液体,逐渐冷却加冰或冰。温度计测量液体温度,假设液体温度与容器外表面旁边的空气温度相同。当在容器外侧形成冷凝时,观察者注意到液体温度,该温度被假定为空气露点温度。虽然比采用湿球和干球读数更加准确和可重复,但是除颤读数同样取决于操作员。存在许多不受控制的变量,包括观察者的视觉,表面的影响,可能的表面污染,通过表面的气流,液体溶液的温度变形以及冷凝物的再蒸发。这些都是难以在现场获得准确的露水读数。

电子冷凝式湿度计

这些仪器通过电子设备自动进行冷凝观察和表面冷却,使该技术非常准确,可用于校准其他仪器。

制造商已经通过自动控制表面的冷却,其照明,气流速率以及温度传感器与表面的耦合来改进这一基本原理。控制这些变量使光学露点观测更加可重复。

氧化铝传感器

水蒸气被氧化铝强烈吸引,这使得这种传感器特别适用于测量在高温下发生的低露点。

此外,通过?自动观察冷凝表面。发光二极管照射在冷却的表面上。反射光由敏感的光电池接收。当光电管感应到的减少时,仪器假定湿气已冷凝在冷却表面上,散射光线。该仪器控制冷却机构,以将表面保持正好在空气露点,因此它可以连续地被显示。

电子露点湿度计被许多人认为是在各种条件下连续测量的最一致精确设备,通常用于校准其他仪器。但是,有一些测量误差源。一个是冷却表面上的污染。大多数设备设计用于补偿正常的轻微粉尘,但如果腐蚀性或吸湿性材料沉积在抛光表面上,则读数变得不那么准确。此外,每个设备的冷却量都有限制,因此如果温度非常高且测量的露点非常低,用户必须小心指定足够的冷却能力对于预期的空气温度范围。

氧化铝传感器

这些仪器的工作原理与用于指示相对湿度的电容传感器相同。氧化铝薄膜的电容随着吸附的水蒸气而变化。指示露点而不是相对湿度的传感器通常是优选的。

在非常低的相对湿度下操作,并且可以非常准确。典型规格是露点±3°。氧化铝非常吸湿。这是一个优点测量非常低时的相对湿度,并且这样的器械通常用于测量的-40露点〇在空气温度高于300°?〇其来自选自?用于干燥塑料树脂干燥剂除湿机。

一些警告是必要的,因为氧化物非常强烈地结合水蒸气。如果气流从非常潮湿变为非常干燥,传感器可能需要很长时间才能响应变化。人们不应该期望在冷却盘管的下游读取读数,然后立即期望在70°和-20°?露点的干燥室中准确读数。此外,反复润湿靠近饱和度操作的传感器会导致氧化膜发生化学变化,这可能会改变响应特性。这些限制可以通过保持传感器干燥,并通过间歇读取所讨论的空气来减轻,因此传感器始终接近“正确读数”从下面而不是真实价值之上。

盐平衡传感器

氯化锂盐平衡传感器

有时被称为露珠,这个传感器是基于>)盐的水分平衡特征可变加热器保持盐干燥,盐温度与空气中特定的水分量成正比。

另一种特定的湿度传感器使用吸湿盐的平衡特性。当周围空气的相对湿度约为11%时,氯化锂是干燥的。当盐不在液体溶液中时,其耐受性非常高。饱和盐传感器加热氯化锂层直至其完全干燥,如通过测量其电阻所确定的。测量盐的温度,然后将其转换成空气的特定湿度。例如,如果盐必须在100°干燥,传感器假定空气的水分含量必须为26粒,因为26粒在100°时代表11%。

只要盐层清洁且呈现形状,并且温度传感器稳定,这种仪器就是可重复的。这些传感器因需要维护而闻名,因为如果传感器在饱和条件下失去热量,它们的氯化锂层就会耗尽–?盐变得饱和并从传感器上滴下。虽然其他传感器可能具有需要较少关注的外观,但是实践工程师已经发现所有传感器需要定期关注和校准才能获得准确的结果。

电解湿度计

这些仪器通常用于测量极低的水分含量–低于-50°的露点。它们使用电流将水分子分解成氢和氧的组成原子。这些仪器

使用电解将水分子分开。必要的电流与空气样品中水分子的数量成比例。

一个非常小且精心控制的空气流被引导穿过涂有磷酸酐(一种强力干燥剂)的传感器。通过干燥剂缠绕的两个电极电解吸收的水蒸气。保持干燥剂干燥所需的电流与最初在空气样品中的水分子数量成正比。该技术在低露点时非常准确,因为水分含量很少,因此难以使用其他方法。电解仪器可以区分百万分之100和125?重量份–小于70°时百分之一百分之一的相对湿度。

由于电解传感器作用于磷酸酐吸收的任何分子,因此读数可能被其他污染物扭曲。而且,由于较高的气流速率会给干燥剂带来不成比例的水分子,因此必须小心控制样品流速。

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