現(xiàn)代信息技術(shù)使傳感器技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用大大改進(jìn)了信號(hào)的處理技術(shù)，提高了測(cè)試精度。總線技術(shù)有效地解決了多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)距離通信等在模擬技術(shù)時(shí)期困擾人們的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化更為測(cè)控技術(shù)提供施展身手的廣闊空間。
濕度測(cè)量在十年前還是局限于氣象，科研等少數(shù)領(lǐng)域里討論的技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)同樣使?jié)穸葌鞲衅鞒蔀榭萍伎锷铣Ｒ?jiàn)的術(shù)語(yǔ)。越來(lái)越多的專業(yè)人士關(guān)注并研制出各種新型濕度傳感器。嵌入式技術(shù)、總線技術(shù)同樣在濕度測(cè)量領(lǐng)域開(kāi)出絢麗的花朵。本文僅從多年實(shí)踐出發(fā)，討論合理使用濕度傳感器的若干問(wèn)題。提請(qǐng)同行在研究和使用濕度傳感器時(shí)注意，以免影響分析的正確性甚至得出不合理的結(jié)論。
1、濕度測(cè)量方法的比較
濕度測(cè)量技術(shù)來(lái)由已久。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近代測(cè)量技術(shù)也有了飛速的發(fā)展。濕度測(cè)量從原理上劃分二、三十種之多。對(duì)濕度的表示方法有絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、濕氣與干氣的比值(重量或體積)等等。但濕度測(cè)量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的量值，深究起來(lái)，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計(jì)算，初涉者可能會(huì)忽略在濕度測(cè)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(jiàn)的濕度測(cè)量方法有：動(dòng)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(diǎn)法，干濕球法和形形色色的電子式傳感器法。
這里雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于絕對(duì)濕氣和絕對(duì)干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)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(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可達(dá)±2%RH-±1.5%RH。
靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測(cè)量中最常見(jiàn)的方法，簡(jiǎn)單易行。但飽和鹽法對(duì)液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對(duì)環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來(lái)要求等很長(zhǎng)時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長(zhǎng)。特別在室內(nèi)濕度和瓶?jī)?nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開(kāi)啟都需要平衡6~8小時(shí)。
露點(diǎn)法是測(cè)量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)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(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。
干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測(cè)濕方法。歷史悠久，使用最普遍。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(jì)將此條件簡(jiǎn)化了，所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH,明顯低于電子濕度傳感器。顯然干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測(cè)量精度就等于提高了濕度計(jì)的測(cè)量精度。
本文想強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一，由于濕度是溫度的函數(shù)，溫度的變化決定性地影響著濕度的測(cè)量結(jié)果。無(wú)論那種方法，精確地測(cè)量和控制溫度是第一位的。須知即使是一個(gè)隔熱良好的恒溫恒濕箱，其工作室內(nèi)的溫度也存在一定的梯度。所以此空間內(nèi)的濕度也難以完全均勻一致。
第二，由于原理和方法差異較大，各種測(cè)量方法之間難以直接校準(zhǔn)和認(rèn)定，大多只能用間接辦法比對(duì)。所以在兩種測(cè)濕方法之間相互校對(duì)全濕程(相對(duì)濕度0~100%RH)的測(cè)量結(jié)果，或者要在所有溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果，是十分困難的事。例如通風(fēng)干濕球濕度計(jì)要求有規(guī)定風(fēng)速的流動(dòng)空氣，而飽和鹽法則要求嚴(yán)格密封，兩者無(wú)法比對(duì)。最好的辦法還是按國(guó)家對(duì)濕度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)(標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定的傳遞方式和檢定規(guī)程去逐級(jí)認(rèn)定。
2、濕度傳感器測(cè)濕原理的差異
濕度傳感器可分為物性型和結(jié)構(gòu)型。物性型濕度傳感器又分為水分子親和型和非親和型兩類。絕大多數(shù)實(shí)用的濕度傳感器屬于前者。水分子親和型的感濕機(jī)理主要表現(xiàn)在感濕材料在吸濕后阻值和電容值發(fā)生規(guī)律性變化。具有此類物性的材料很多：有金屬氧化物、高分子、電解質(zhì)、碳—聚合物混合材料。而現(xiàn)有的電子敏感材料的均勻性、一致性尚未達(dá)到理想水平，元件制作工藝也參差不齊，所以感濕元件的物性存在分散性。感濕元件的物性與濕度值之間又是一種間接關(guān)系，須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路將阻值或容值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流量值。所以不同的原理、不同的材料、不同的結(jié)構(gòu)做出的傳感器反映的濕度值總是存在差異。到目前為止，還沒(méi)有一種在測(cè)量范圍、測(cè)試精度、響應(yīng)時(shí)間、使用溫度、穩(wěn)定性各方面都盡善盡美的“全天候”濕度傳感器。
